JPS6338121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、大電力マイクロ波伝送に関するもの
である。電子管若しくはプラズマチヤンバーなど
のような真空装置又は導波管の加圧区間の中に或
いはそこから外に電力を取り出すために、導波管
窓がしばしば必要とされる。

従来技術 円形電場モードを伝搬させる円形導波管が、最
大限の電力操作可能性及び低い伝送損失が重要で
ある場合に、用いられてきた。電子管出力のよう
な排気区間と気体充満区間との間を円形モードマ
イクロ波を通過させるための窓は、一般的には導
波管の中空孔を横切つて密封するガラス又はセラ
ミツクでできた円形デイスクであつた。本発明と
ともに権利譲渡された２つの特許発明、ダブリユ
ー・シー・シルバーナル（W.C.Sylvernal）に対
して1966年７月７日に発行された米国特許第
3225377号及びジエイ・フアインシユタイン（J.
Feinstein）に対して1960年３月21日に発行され
た米国特許第3096462号は、従来技術である円形
モード窓を開示している。

従来技術の窓には２つの問題があつた。誘電加
熱が、窓の中央部分の温度を支持された周縁の温
度よりも高く上昇させ、終に機械的応力により窓
を破壊することがあり得る。更に窓の誘電体が装
填された領域内に、数種のモードが存在すること
ができ、それらは空虚な導波管自身内には伝播で
きない。これらの「ゴースト」又は捕捉モード
は、高Ｑ定在波共振を示し、装置構造上のわずか
な非対称性により伝送モードへと結合し得る。そ
の定在波共振はそこで、その振幅を増大させ、終
には誘電体窓は熱応力により曲がり、或いは無線
周波アークが起こり得る。

円形電場導波管においてのもう１つの問題は、
導波管は他の低次モードを伝播させるのに充分大
きいということである。不要なモードの優先的吸
収が、軸線に垂直なスロツトを導波管内に設ける
ことにより促進され、非円形モードが外部電磁波
吸収体へ結合される。円形モードは軸方向電流成
分を有しないので、そのスロツトに交差する電流
はなく、故にほんのわずかな電力しか吸収体へと
損失されない。

発明の概要 本発明の一目的は、高周波で大電力を伝送する
ことが可能な円形電場導波管のためのマイクロ波
窓組立体を提供することである。

他の目的は、捕捉モード共振がない窓組立体を
提供することである。

更なる目的は、非円形モードに対して吸収性フ
イルターとして機能する窓組立体を提供すること
である。

これらの目的は、電磁波伝送窓を形成する２枚
の誘電体の平行プレートを用いることにより達成
される。導波管壁内においてプレートの間には、
隙間があり、これは２つの目的に役立つ。隙間
は、プレート間を循環してそれを冷却する冷却流
体を収容する。更にその隙間は導波管内方表面を
越えて延在し、水のような電磁波吸収物質を含む
領域に結合する。非円形モードが、その隙間を通
じその吸収物質へと伝送される。

好適実施例の説明 第１図には、円形導波管１０の２つの区間の間
に本発明の導波管窓組立体の一例を示してある。
それら円形導波管１０の内方表面は、軸線１２に
関して真円の円筒である。一端には、他の部材へ
の接続のための導波管フランジ１４がある。他端
は、例えば、マイクロ波発生電子管の出力導波管
となつていても良い。実際の真空気密な窓は、軸
線１２に垂直な誘電体から成る２枚の円形プレー
ト１８である。その誘電体は、高アルミナセラミ
ツク若しくはベリリアセラミツク又は単結晶サフ
アイアであつて良い。２枚のプレート１８は、わ
ずかな間隙をもつて隔てられ、それにより冷却液
体がそれらの間を流れることができる。プレート
１８の周縁の近傍には金属化された円形バンド２
０があり、プレート１８は円形バンドにより、鉄
ニツケルコバルト合金などで作られた薄い金属円
筒２４，２５のフランジ２２へロウ付けされる。
円筒２４，２５は、導波管区間１０へロウ付けさ
れて、これらの電気的連続性を形成する。導波管
区間１０には取付フランジ２６が付設され、取付
フランジは通常の支持リング２８へボルト締めさ
れて、２つの導波管区間１０を整合し離間した状
態で強固に支持する。支持リング２８は、Ｏリン
グ３２を中に含んだ溝を有し、導波管窓組立体を
気密に保つ。

フツ化炭化水素の気体又は液体などのような、
低い誘電損失を有する冷却流体が、図面の頂部に
ある冷却液パイプ３４を通じて送り込まれる。そ
の冷却流体は、フツ化炭素重合体などで作られた
誘電体円筒３８により境界づけられたチヤネル３
６を通つて循環する。冷却流体は、薄い円筒２４
の表面上を流れ、それを冷却する。円筒２４，２
５は薄いので、半径方向に充分な可撓性を有し、
互いにロウ付けされているプレート１８との熱膨
張差に対応できる。プレート１８は熱伝導性が貧
弱であるので、流体冷却が都合良い。図面中に矢
印で示されているように、チヤネル３６の底部４
０において、冷却流体は、流れを封ずる誘電体円
筒３８上の突出フランジ４４にある一連の穴４２
を通過する。次に導波管窓のプレート１８の間を
上方に流れて、プレート全体を冷却する。頂部に
おいては、フランジ４４は不浸透性であるが、も
う一方のフランジ４６は一連の穴４８を有する。
冷却流体は、その一連の穴４８を第２の円形チヤ
ネル５０へと通過して、第２の薄い円筒２５の上
を流れてそれを冷却する。チヤネル５０の底部に
おいて、冷却流体は、穴５２を通り外側円筒チヤ
ネル５４へと流れる。チヤネル５４の内部には、
プラスチツク管５６内に包含された、例えば水な
どのような電磁波吸収物質５５がある。プラスチ
ツク管５６は、それが吸収する如何なるマイクロ
波エネルギーによつても熱を発生する。冷却流体
は、チヤネル５４を巡つて流れ、プラスチツク管
５６から熱を除去し、頂部へと流れ、そして出路
管５８を通つて導波管窓組立体を離れる。電磁波
吸収物質５５をプラスチツク管５６を通して流す
ことによつても熱を除去できる。

以下に動作について説明する。TE₀₁モードな
どのような円形電場モードのほんのわずかな電磁
波エネルギーだけしか、フランジ２２の間の小さ
な隙間６０を通つて導波管１０の外へ流れない。
何故ならば、導波管壁内においてTEモード等に
よる電流は、フランジ２６及びリング２８により
境界づけられ電磁波を封ずる外側のチヤネル内に
電磁場を誘起させるための軸方向（隙間６０を横
断する方向）の電流成分を持たないからである。
しかし、他の多くの望まれないモードは軸方向電
流を含み、外側チヤネルに結合して、それらのエ
ネルギーは損失性物質５５により吸収される。

循環する冷却液は、窓プレート１８内の誘電損
失及び薄い円筒２４，２５の無線周波電流加熱に
より発生した熱をも除去する。従つて本発明によ
り、導波管窓の欠点となる他の多くの原因を取り
除くことができた。

第２図は、第１図と同様な軸方向断面図であ
り、本発明のわずかに異なる実施例を示してい
る。ここでは導波管１０の対向する端を形成する
薄い金属円筒２４′，２５′は、第１図におけるよ
うなフランジになつてはおらず、それらの開口端
７０のところでプレート１８の周縁のまわりにロ
ウ付けされていて、真空気密窓シールを形成す
る。プレート１８間の隙間６０は、やはり冷却流
体のためのコンジツトを形成する。更に、非円形
モードの軸方向電流成分は、隙間６０により妨げ
られて、外側電気的空胴５４内に電磁波を励起さ
せ、そしてその電磁波は損失性物質５５により減
衰される。冷却流体は、図面の矢印で示されるよ
うに、入路管３４を介して進入する。冷却流体
は、上方プレナムチヤンバー３６に流れ込み、流
体を封する仕切り３８′内にある円形チヤネル４
０を巡つて降下し、薄い円筒２４′との冷却接触
をもつてそれを冷却する。次に冷却流体は、流体
容器３８′のフランジ４４内の複数の穴４２を通
つて、導波管円筒２４′，２５′の間の隙間６０の
底部へと進む。冷却流体はそこで、誘電プレート
１８間を上方に流れてそれらを冷却し、流体を封
する容器３８′の第２のフランジ４６内の複数の
穴４８を通過して円形チヤネル５０へと流れ、そ
してチヤネル５０を巡つて下方へ流れて薄い円筒
２５′を冷却する。更に冷却流体は、開口部５２
を通つて外側冷却チヤネル５４へと流出し、チヤ
ネル５４を巡つて上昇して損失性物質５５を冷却
し、そして冷却液出口パイプ５８を通つて外へ出
る。

本発明の範囲内にあつて、多くの異なる配置が
なされ得ることは、当業者には明白であろう。液
体又は気体の冷却剤の流れのパターンには、多く
の変化がなされ得る。損失性物質は、固体又は液
体であつても良いし、もし液体ならばそれを循環
することによつても冷却することができる。損失
性物質は、第１図の３８のような冷却液直接障壁
であつても良い。上述のように実施例を説明して
きたが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。本発明の真の範囲は、特許請求の範囲及びそ
の法的等価物によつて定義される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つた窓組立体の軸方向断
面図である。第２図は、わずかに異なる実施例の
軸方向断面図である。 主要符号の説明：１０……導波管、１８……誘
電プレート、６０……隙間、５５……電磁波吸収
物質、１２……軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向〓間を画成した内方導体壁を有する円
   形中空断面の導波管、のための窓組立体であつ
   て： 前記導波管の前記断面を横切つて延在し、前記
   〓間の両側で前記導波管へと密封された２枚の誘
   電プレート； 前記〓間および前記誘電プレート間を通して冷
   却流体を循環させるための手段； 前記導波管の外部にあつて、電磁波吸収材料を
   包含する手段；ならびに 前記内方導体壁の外側へと延び、前記〓間を前
   記の電磁波吸収材料を包含する手段に電磁波伝送
   関係で接続するための手段； から成る窓組立体。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された窓組立体
   であつて： 前記電磁波吸収材料が誘電液体であり、前記の
   包含手段が前記液体を循環させるための手段を有
   する； ことを特徴とする窓組立体。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された窓組立体
   であつて： 前記電磁波吸収材料が固体状誘電体である； ことを特徴とする窓組立体。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載された窓組立体
   であつて：さらに 前記誘電体を通して前記冷却流体を循環させる
   ための手段； から成る窓組立体。