JPS6252420B2 - - Google Patents

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JPS6252420B2
JPS6252420B2 JP55094761A JP9476180A JPS6252420B2 JP S6252420 B2 JPS6252420 B2 JP S6252420B2 JP 55094761 A JP55094761 A JP 55094761A JP 9476180 A JP9476180 A JP 9476180A JP S6252420 B2 JPS6252420 B2 JP S6252420B2
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JP
Japan
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output
microwave
cavity resonator
section
electron beam
Prior art date
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Application number
JP55094761A
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Japanese (ja)
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JPS5719940A (en
Inventor
Morio Shintani
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/36Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えばクライストロンや進行波管など
の直進ビーム型マイクロ波管装置、特に大電力マ
イクロ波管装置の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in straight beam type microwave tube devices, such as klystrons and traveling wave tubes, and particularly in high power microwave tube devices.

テレビジヨン送信機などのマイクロ波の高電力
増幅用として一般にクライストロンや進行波管な
どの直進ビーム型マイクロ波管装置が用いられて
いることは良く知られている。ところが最近に至
り例えば核融合装置でプラズマへの電磁波エネル
ギーの注入用として大電力クライストロンを用い
た高周波加熱装置が用いられるなど、大電力のマ
イクロ波出力が得られるマイクロ波管装置の要望
が強まつている。例えば上述の核融合装置用高周
波加熱装置の1例では周波数650MHz,750MHzの
2点で高周波出力の最大値は200kWといわれて
いる。
It is well known that straight beam type microwave tube devices such as klystrons and traveling wave tubes are generally used for high power amplification of microwaves in television transmitters and the like. Recently, however, there has been an increasing demand for microwave tube devices that can provide high-power microwave output, such as in nuclear fusion devices, where high-frequency heating devices using high-power klystrons are used to inject electromagnetic energy into plasma. ing. For example, in one example of the above-mentioned high-frequency heating device for a nuclear fusion device, the maximum value of the high-frequency output is said to be 200 kW at two frequencies of 650 MHz and 750 MHz.

このような大電力マイクロ波管装置としては例
えば多空胴型のクライストロンがある。この多空
胴型のクライストロンは第1図にその構造の概略
図を示したとおり、電子ビームを発生する電子銃
部1と、マイクロ波入力部2およびマイクロ波出
力部3を含み電子ビームの作用によりマイクロ波
を増幅するよう配列された入力空胴共振器4、中
間空胴共振器5および出力空胴共振器6と(ここ
では空胴共振器は3個しか描いていないが実際に
は4個以上の場合が多い)、電子ビームを捕集す
るコレクタ電極7とをドリフト管8を用い順次結
合した構造になつている。
An example of such a high-power microwave tube device is a multi-cavity klystron. As shown in the schematic diagram of its structure in Figure 1, this multi-cavity klystron includes an electron gun section 1 that generates an electron beam, a microwave input section 2, and a microwave output section 3. An input cavity resonator 4, an intermediate cavity resonator 5, and an output cavity resonator 6 are arranged to amplify microwaves (although only three cavities are shown here, there are actually four cavity resonators). (often more than one) and a collector electrode 7 for collecting the electron beam are successively connected using a drift tube 8.

電子銃部1から射出された電子ビームは、入力
空胴共振器4内でマイクロ波入力部2から与えら
れたマイクロ波信号で速度変調を受け、更にドリ
フト管8や中間空胴共振器5を通過しながら密度
変調に変換される。そしてこの密度変調された電
子ビームは出力空胴共振器6に増幅されたマイク
ロ波信号の出力を生ぜしめこれをマイクロ波出力
部3から外部の負荷に取出させたのちコレクタ電
極7に捕集される。
The electron beam emitted from the electron gun section 1 undergoes velocity modulation within the input cavity resonator 4 by the microwave signal applied from the microwave input section 2, and further passes through the drift tube 8 and the intermediate cavity resonator 5. It is converted into density modulation while passing through. This density-modulated electron beam generates an amplified microwave signal output in the output cavity resonator 6, which is extracted from the microwave output section 3 to an external load, and then collected by the collector electrode 7. Ru.

かかるマイクロ波管装置において、前述のよう
に大電力のマイクロ波出力を得る場合最も問題と
なるのはマイクロ波出力部3の構造である。
In such a microwave tube device, the structure of the microwave output section 3 is the most problematic when obtaining high-power microwave output as described above.

第2図はこの大電力のマイクロ波出力を得るよ
うに工夫された従来技術の1例によるマイクロ波
出力部を含む出力空胴共振器の断面図を示すもの
である。図において、6は出力空胴共振器、8は
ドリフト管、9はマイクロ波出力を外部の負荷へ
取出すための真空封止構造の誘電体の出力窓、1
0は出力導波管、11は結合窓、12はチユーナ
である。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an output cavity resonator including a microwave output section according to an example of the prior art that is devised to obtain this high-power microwave output. In the figure, 6 is an output cavity resonator, 8 is a drift tube, 9 is a dielectric output window with a vacuum-sealed structure for extracting microwave output to an external load, 1
0 is an output waveguide, 11 is a coupling window, and 12 is a tuner.

出力空胴共振器6内のマイクロ波信号電力は、
出力空胴共振器6に設けられた2つの結合窓11
を介してそれぞれの出力導波管10内に導かれ、
この出力導波管10の端部に設けられた例えば酸
化アルミニウム(Al2O3)などの誘電体で形成さ
れた真空封止構造の出力窓9から外部の負荷へ取
出される。図に示したチユーナ12はベローズを
介して空胴共振器に取付けられており、出力空胴
共振器6の共振周波数をマイクロ波信号に対して
同調をとるためのものである。
The microwave signal power in the output cavity resonator 6 is
Two coupling windows 11 provided in the output cavity resonator 6
into the respective output waveguides 10 through
The signal is taken out to an external load through an output window 9 which is provided at the end of the output waveguide 10 and has a vacuum-sealed structure made of a dielectric material such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The tuner 12 shown in the figure is attached to the cavity resonator via a bellows, and is used to tune the resonant frequency of the output cavity resonator 6 to the microwave signal.

ここで大電力のマイクロ波出力を取出すための
重要な問題として、出力窓は誘電体損失による加
熱と、高周波電力に対する耐電界強度に限界があ
るため出力窓9から取出し得るマイクロ波電力に
は限界があるということである。従つて従来例の
1つとしては第2図に示すように2個の出力窓を
個別に設けることにより大電力のマイクロ波出力
を取出しうるようにしてある。
Here, the important problem in extracting high-power microwave output is that the output window is heated due to dielectric loss and there is a limit to the electric field strength against high-frequency power, so there is a limit to the microwave power that can be extracted from the output window 9. This means that there is. Therefore, in one conventional example, as shown in FIG. 2, two output windows are individually provided so that high-power microwave output can be taken out.

しかしながら、この第2図に示した従来技術に
よると大電力を外部の負荷へ取出すことについて
は一応目的を達成されることになるが、その構造
に基づく幾かの欠点が発生する。
However, although the conventional technique shown in FIG. 2 achieves the objective of extracting large amounts of power to an external load, it does have some drawbacks due to its structure.

まず、第1の欠点は第2図に示すように、結合
窓11および出力導波管10がそれぞれ2個宛別
個に設けられているので、出力空胴共振器6の外
周のスペースフアクタ(空間利用率)が悪くなる
ということである。例えば更にもう1個の出力窓
を設けてしまえばあと増設が困難である外、実際
のマイクロ波管装置ではこれら空胴共振器全体を
電子ビームを軸方向に集束させるため集束装置
(図示していない)で囲むことになるが、このよ
うに幾つも出力導波管が出力空胴共振器の外に出
ていると、それの構造が複雑となるなどの困難が
生じる。
First, the first drawback is that, as shown in FIG. This means that the space utilization rate) will deteriorate. For example, if one more output window is provided, it would be difficult to add more, and in an actual microwave tube device, a focusing device (not shown) is used to focus the electron beam in the axial direction of the entire cavity. However, if a number of output waveguides extend outside the output cavity resonator in this way, difficulties arise such as the structure becoming complicated.

次に第2の欠点としては、第2図に示した構造
によると、図示の如くチユーナ12と結合窓11
とが出力空胴共振器6の中心点に対して90度に対
応することになる。このようにチユーナと結合窓
が近い場合には、空胴共振器6の外部Q(QE
が周波数に対して急変することによる特性の劣化
及び不要共振モードの発生による悪影響などが懸
念されることである。
Next, as a second drawback, according to the structure shown in FIG. 2, the tuner 12 and the coupling window 11 are
corresponds to 90 degrees with respect to the center point of the output cavity resonator 6. In this way, when the tuner and the coupling window are close, the external Q (Q E ) of the cavity resonator 6
There are concerns about deterioration of characteristics due to sudden changes in frequency and adverse effects due to generation of unnecessary resonance modes.

本発明の目的は、1個の出力導波管が複数個の
出力窓を有する構造とすることにより、上述の従
来例で示された欠点を除去した大電力マイクロ波
装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a high-power microwave device that eliminates the drawbacks shown in the above-mentioned conventional example by having a structure in which one output waveguide has a plurality of output windows. .

本発明のマイクロ波管装置は電子ビームを発生
する電子銃部と、マイクロ波入力部およびマイク
ロ波出力部と、電子ビームの作用によりマイクロ
波を増幅するよう配列された複数個の空胴共振器
と、電子ビームを捕集するコレクタ電極とを含む
直進ビーム型マイクロ波管装置において、マイク
ロ波出力部が、複数個の真空封止構造の誘電体の
出力窓を有する出力導波管を含んで構成されたこ
とを特徴とする。
The microwave tube device of the present invention includes an electron gun section that generates an electron beam, a microwave input section, a microwave output section, and a plurality of cavity resonators arranged so as to amplify the microwave by the action of the electron beam. and a collector electrode for collecting the electron beam, the microwave output section including an output waveguide having a plurality of dielectric output windows having a vacuum-sealed structure. It is characterized by being configured.

以下図面を用いた本発明の一実施例について詳
細に説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below using the drawings.

第3図は本発明のマイクロ波管装置の一実施例
である多空胴型クライストロンのマイクロ波出力
部を含む出力空胴共振器の断面図である。図にお
いて1〜12はこれまでの従来例と同じであり、
13は整合用ポストである。
FIG. 3 is a sectional view of an output cavity resonator including a microwave output section of a multi-cavity klystron which is an embodiment of the microwave tube device of the present invention. In the figure, 1 to 12 are the same as the conventional example,
13 is an alignment post.

本発明の一実施例である多空胴型クライストロ
ンは第1図に示した従来例と同じく、電子ビーム
を発生する電子銃部1と、マイクロ波入力部2お
よびマイクロ出力部3を含む電子ビームの作用に
よりマイクロ波を増幅するよう配列された入力空
胴共振器4、中間空胴共振器5および出力空胴共
振器6と(図示していないがこの本発明の一実施
例では2個の中間空胴共振器を有している)、電
子ビームを捕集するコレクタ電極7をドリフト管
8を用い順次結合した構造になつている。
The multi-cavity klystron, which is an embodiment of the present invention, is similar to the conventional example shown in FIG. An input cavity resonator 4, an intermediate cavity resonator 5, and an output cavity resonator 6 are arranged to amplify microwaves by the action of It has a structure in which collector electrodes 7 for collecting electron beams are sequentially connected using a drift tube 8.

本発明の要点は第3図に示すマイクロ波出力部
を含む出力空胴共振器の構造にある。即ち2個の
真空封止構造の誘電体の出力窓9と整合用ポスト
13とを有するH面T分岐型の出力導波管10が
チユーナ12と対向した位置に配置された結合窓
11を介して出力空胴共振器6に結合されてい
る。
The key point of the invention lies in the structure of the output cavity resonator including the microwave output section shown in FIG. That is, an H-plane T-branch type output waveguide 10 having two vacuum-sealed dielectric output windows 9 and a matching post 13 is connected to the output waveguide 10 through a coupling window 11 disposed at a position facing the tuner 12. and is coupled to the output cavity resonator 6.

整合用ポスト13はH面T分岐の出力導波管1
0の2個の出力窓への分岐点に配置され、結合窓
11を介して前記出力空胴共振器6内から出力導
波管11内へ取出したマイクロ波出力を2個の出
力窓9より平等に外部の負荷へ取出せるように整
合するため例えば無酸素銅の小棒で作られた整合
用素子である。この整合用素子としては整合用ポ
ストの代りに誘導性窓を用いる場合もある。
The matching post 13 is the H-plane T-branched output waveguide 1
The microwave output extracted from the output cavity resonator 6 into the output waveguide 11 via the coupling window 11 is output from the two output windows 9. A matching element made of a small rod of oxygen-free copper, for example, is used for matching so that it can be taken out evenly to an external load. As the matching element, an inductive window may be used instead of the matching post.

なお、本発明の一実施例である多空胴型クライ
ストロンの製造方法は良く知られて6る従来技術
と変りない。
The method for manufacturing the multi-cavity klystron, which is an embodiment of the present invention, is the same as the well-known prior art.

上述の本発明の一実施例によると、2個の出力
窓9を有する1個の出力導波管10を用いて1個
の結合窓11を介してマイクロ波出力を取出して
いるので、従来同一マイクロ波出力を取出すのに
1個の出力窓9を有する1個の出力導波管10を
2個の結合窓11を介して個別に取出していたの
に比較して、結合窓11および出力導波管10が
2個宛必要であつたものが1個宛で良いことにな
る。このことは従来問題とされていた出力空胴共
振器6の外周のスペースフアクタが悪くなること
を防止することになる。
According to the embodiment of the present invention described above, one output waveguide 10 having two output windows 9 is used to extract the microwave output through one coupling window 11, so that the same Compared to the case where one output waveguide 10 having one output window 9 was individually taken out via two coupling windows 11 to extract the microwave output, the coupling window 11 and the output waveguide What used to be necessary to address two wave tubes 10 now only needs to be addressed to one. This prevents the space factor around the outer periphery of the output cavity resonator 6 from becoming worse, which has been a problem in the past.

更に本発明の一実施例では、前記出力導波管1
0を結合する結合窓11をチユーナ12に対向す
る面、即ち空胴共振器6の中心点に対して180度
に対応する位置に設けているので、前述のように
従来は90度に対応する位置に設けた場合に比較し
て、チユーナ12と結合窓11との間隔が十分な
長さに保たれることになり、従来例で問題とされ
ていた空胴共振器6の外部Q(QE)が周波数に
対して急変することによる特性の劣化及び不要共
振モードの発生による悪影響などの懸念も防止さ
れることになる。
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the output waveguide 1
Since the coupling window 11 for coupling 0 is provided on the surface facing the tuner 12, that is, at a position corresponding to 180 degrees with respect to the center point of the cavity resonator 6, as previously described, it corresponds to 90 degrees. The distance between the tuner 12 and the coupling window 11 is maintained at a sufficient length compared to the case where the tuner 12 and the coupling window 11 are provided at This also prevents concerns such as deterioration of characteristics due to sudden changes in E ) with respect to frequency and adverse effects due to generation of unnecessary resonance modes.

上述の一実施例は多空胴型クライストロンの場
合について説明したが、マイクロ波進行波管など
のような直進ビーム型マイクロ波管装置にも本発
明は適用できることは云うまでもない。
Although the above-mentioned embodiment has been explained in the case of a multi-cavity type klystron, it goes without saying that the present invention can also be applied to a straight beam type microwave tube device such as a microwave traveling wave tube.

上に詳述したように本発明のマイクロ波管装置
は、1個の出力導波管が複数個の出力窓を有する
構造としたことにより、大電力マイクロ波管装置
で従来問題とされていた出力空胴共振器の外周の
スペースフアクタの低下、外部Q(QE)の周波
数に対して急変することによる特性の劣化、不要
共振モードの発生による悪影響などを防止する効
果を有する。
As detailed above, the microwave tube device of the present invention has a structure in which one output waveguide has a plurality of output windows, which solves the problems conventionally associated with high-power microwave tube devices. This has the effect of preventing a decrease in the space factor around the outer circumference of the output cavity resonator, deterioration of characteristics due to sudden changes in the frequency of the external Q (Q E ), and adverse effects due to the generation of unnecessary resonance modes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は多空胴型クライストロンの構造の概略
図、第2図および第3図はそれぞれ従来例および
本発明の一実施例のマイクロ波出力部を含む出力
空胴共振器の断面図である。 1……電子銃部、2……マイクロ波入力部、3
……マイクロ波出力部、4……入力空胴共振器、
5……中間空胴共振器、6……出力空胴共振器、
7……コレクタ電極、8……ドリフト管、9……
出力窓、10……出力導波管、11……結合窓、
12……チユーナ、13……整合用ポスト。
FIG. 1 is a schematic diagram of the structure of a multi-cavity klystron, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of an output cavity resonator including a microwave output section of a conventional example and an embodiment of the present invention, respectively. . 1...Electron gun section, 2...Microwave input section, 3
...Microwave output section, 4...Input cavity resonator,
5... intermediate cavity resonator, 6... output cavity resonator,
7... Collector electrode, 8... Drift tube, 9...
Output window, 10... Output waveguide, 11... Coupling window,
12... Chuyuna, 13... Alignment post.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電子ビームを発生する電子銃部1と、マイク
ロ波入力部2およびマイクロ波出力部3を含み前
記電子ビームの作用によりマイクロ波を増幅する
よう配列された複数個の空胴共振器4,5,6
と、前記電子ビームを補集するコレクタ電極7と
を含む直進ビーム型マイクロ波管装置において、
前記マイクロ波出力部3は、出力空胴共振器6に
設けられた一つの結合窓11と、この結合窓11
から出射するマイクロ波を導く出力導波管10と
を有し、該出力導波管10は複数個の真空封止構
造の誘電体出力窓9を備えていることを特徴とす
るマイクロ波管装置。
1. An electron gun section 1 that generates an electron beam, and a plurality of cavity resonators 4 and 5 that include a microwave input section 2 and a microwave output section 3 and are arranged so as to amplify microwaves by the action of the electron beam. ,6
and a collector electrode 7 that collects the electron beam,
The microwave output section 3 includes one coupling window 11 provided in the output cavity resonator 6, and a coupling window 11 provided in the output cavity resonator 6.
an output waveguide 10 that guides microwaves emitted from the microwave, and the output waveguide 10 is equipped with a plurality of dielectric output windows 9 having a vacuum-sealed structure. .
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51148343A (en) * 1975-06-16 1976-12-20 Toshiba Corp Microwave equipment
JPS5211447A (en) * 1975-07-18 1977-01-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd High frequency heating apparatus

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