KR100403980B1 - Interaction circuit for millimeter wave high power amplifier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀리미터파 대역 고출력 증폭기의 한 종류인 자이로 TWT (Gyro-TWT: Gyrotron Traveling Wave Tube)의 대역폭이 좁은 단점을 극복하고 보다 넓은 대역폭을 가지는 밀리미터파 대역 고출력 증폭기를 위한 새로운 구조의 인터액션 회로를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로는, 두 개의 서로 대향하는 수평 내벽 및 수평 내벽보다 좁은 폭을 가지는 두 개의 서로 대향하는 수직 내벽을 갖는 사각 도파관; 및 사각 도파관의 한쪽 수평 내벽과 전기적으로 접촉하며, 수평 내벽과 수직이며, 사각 도파관의 수직 내벽으로부터의 거리가 일정하도록 위치한 하나 이상의 도체봉을 포함한다.The present invention overcomes the shortcomings of the Gyro-TWT (Gyrotron Traveling Wave Tube), which is one of the millimeter wave band high power amplifiers, and provides a new structure of an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier having a wider bandwidth. It is to provide. An interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier of the present invention includes a square waveguide having two mutually opposite horizontal inner walls and two mutually opposite vertical inner walls having a width smaller than the horizontal inner wall; And at least one conductor rod in electrical contact with one horizontal inner wall of the rectangular waveguide and perpendicular to the horizontal inner wall and positioned such that a distance from the vertical inner wall of the square waveguide is constant.
Description
본 발명은 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀리미터파 대역 고출력 증폭기의 한 종류인 자이로 TWT (Gyro-TWT: Gyrotron Traveling Wave Tube)의 대역폭이 좁은 단점을 극복하고 보다 넓은 대역폭을 가지는 밀리미터파 대역 고출력 증폭기를 위한 새로운 구조의 인터액션 회로를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier, and more particularly, to overcome the shortcomings of the gyro TWT (Gyrotron Traveling Wave Tube), which is a type of millimeter wave band high power amplifier, It is to provide a new structure of interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier having a bandwidth.
자이로 TWT란 밀리미터 대역(30-300 GHz)의 고출력 전자기파의 출력을 위한 증폭 장치를 말하는데, 이는 그 이전의 클라이스트론(krystron)이나 TWT(Trevling Wave Tube)에 비하여 수 십배 이상의 고 출력을 낼 수 있는 장점을 가지고 있어서 현재 많이 사용되고 있는 증폭 장치이다. 하지만 이 증폭기의 단점은 사용 가능한 주파수 대역폭이 협소하다는 것이다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 종래의 기술은 인터액션 회로(Interaction Circuit)에 주기적 구조의 금속막을 첨가하거나 주기적 구조의 유전체를 삽입하여 광대역의 자이로 TWT를 구현하나, 이와 같은 주기적 구조의 금속막이나 유전체의 삽입에 의한 방법은 구조상 미세한 전기적 튜닝이 어렵다는 문제가 있다.Gyro TWT is an amplification device for the output of high-power electromagnetic waves in the millimeter band (30-300 GHz), which is tens of times higher than the previous Krystron or TWT (Trevling Wave Tube). It is an amplification device that is widely used at present. The disadvantage of this amplifier, however, is the narrow frequency bandwidth available. In order to overcome these disadvantages, the conventional technology implements a wideband gyro TWT by adding a periodic metal film or inserting a periodic structure dielectric into an interaction circuit, but inserting a metal film or dielectric having such periodic structure. The method has a problem in that fine electrical tuning is difficult in structure.
도1 에서는 종래 기술의 자이로 TWT의 개략도를 나타내었다. 도1 에 나타낸 바와 같이 자이로 TWT는 전자빔(beam)을 방출하기 위한 전자총(gun)부(10), 상기 전자총부(10)에서 방출된 전자빔과 전자기파의 인터액션을 통하여 전자빔의 에너지를 전자기파의 에너지로 전환시키기 위한 인터액션부(20) 및 전자기파를 출력하기 위한 전파 출력부(30)로 크게 나누어지며, 전자총부(10)는 전자빔을 방출시키기 위한 음극부(12) 및 양극부(14), 제1 솔레노이드 코일(16), 인터액션부(20)는 인터액션 회로부(22) 및 주 솔레노이드 코일(24)로 이루어진다. 또한, 최종 전파의 출력을 위한 전파 출력부(30)는 전자빔 전류의 최종 귀착 전극인 컬렉터부(32) 및 출력 윈도우(34)를 포함한다.Figure 1 shows a schematic of a gyro TWT of the prior art. As shown in FIG. 1, the gyro TWT converts the energy of the electron beam into the energy of the electromagnetic wave through an electron gun part 10 for emitting an electron beam, and an interaction between the electron beam emitted from the electron gun part 10 and the electromagnetic wave. It is divided into the interaction part 20 for switching and the electric wave output part 30 for outputting electromagnetic waves, and the electron gun part 10 is the cathode part 12, the anode part 14, and the 1st part for emitting an electron beam. The solenoid coil 16, the interaction part 20 consists of the interaction circuit part 22 and the main solenoid coil 24. As shown in FIG. In addition, the radio wave output unit 30 for outputting the final radio wave includes a collector unit 32 and an output window 34 which are the final incidence electrodes of the electron beam current.
전자빔은 상기 전자총부(10)의 음극부(12)에서 방출되어 양극부(14)와 음극부(12)에 의하여 형성되는 공간 전계(electric field) 및 제1 솔레노이드 코일(16)에 의하여 형성되는 축방향의 자계(magnetic field)에 의하여 도 1에 나타낸 바와 같은 궤적을 따라 운동하게 된다. 또한 전자는 축 방향의 자장에 의하여 Larmor gyration 이라고 하는 일정한 반경(Larmor radius) 및 회전 주기(Larmor frequency)를 가지는 원 운동을 하게 되며 이 때의 회전 주기는 각속도 wc= eB0/me를 가지게 됨이 알려져 있고, 여기서 e는 전자의 전하량, B0는 축방향의 자장의 크기, me는 전자의 질량을 나타낸다. 이와 같은 전자의 원 운동은 위에서 설명한 양극부(14)와 음극부(12)에 의하여 형성되는 공간 전계(electric field) 및 제1 솔레노이드 코일(16)에 의하여 형성되는 축방향의 자계(magnetic field)에 의한 궤적 상의 전자 운동과 결합되어 도1과 같은 복잡한 전자의 운동이 나타나게 된다.The electron beam is emitted by the cathode part 12 of the electron gun part 10 and is formed by a space electric field formed by the anode part 14 and the cathode part 12 and the first solenoid coil 16. The magnetic field in the axial direction moves along the trajectory as shown in FIG. 1. In addition, electrons are constant radius (Larmor radius) and a rotation period (Larmor frequency) of having, and to the circular motion the rotation cycle at this time is called a Larmor gyration by the axial magnetic field is to have an angular velocity w c = eB 0 / m e Where e is the charge of the electron, B 0 is the magnitude of the magnetic field in the axial direction, and m e is the mass of the electron. Such circular motion of the electrons is performed by the axial magnetic field formed by the first electric solenoid coil 16 and the spatial electric field formed by the anode 14 and the cathode 12 described above. Combined with the electron motion on the trajectory, the complex electron motion as shown in Fig. 1 appears.
도2에서는 종래기술의 인터액션 회로의 분산 특성과 전자빔의 분산 특성을 나타내었다. 여기서, 가로축은 전자기파의 전파상수(β=2π/λ)를 나타내며, 세로축은 주파수를 나타낸다.2 shows the dispersion characteristics of the conventional interaction circuit and the dispersion characteristics of the electron beam. Here, the horizontal axis represents the propagation constant (β = 2π / λ) of the electromagnetic wave, and the vertical axis represents the frequency.
이와 같은 자이로 TWT에서 전자빔의 에너지가 전자파의 에너지로 변환되기 위해서는 전자빔의 속도와 전자파를 증폭시키는 구조, 즉 인터액션 회로의 위상속도가 일치하여야 하므로, 상기 도2의 인터액션 회로의 분산 특성 곡선과 전자빔의 분산 특성이 일치하는 지점에서 안정적인 동작점이 형성된다. 하지만 인터액션 회로의 위상속도는 도2에 나타낸 바와 같이 사용 주파수에 따라 변화하는 일정한 분산 특성을 갖게 되며, 그에 따라 도2에 나타낸 바와 같이 전자빔의 분산 특성과의 교점(즉 전자빔의 속도와 인터액션 회로의 위상속도가 일치하는 지점)이 이론적으로 단일한 하나의 교점(A)에서 형성되며, 그 교점이 바로 출력 전자파의 대역폭을 결정하게 되어 이것이 자이로 TWT를 협대역으로 만든다. 따라서, 인터액션 회로의 분산 특성은 결국 자이로 TWT의 대역폭을 결정하게 되며, 상기와 같이 단일 지점에서의 인터액션 회로의 분산 특성과 전자빔의 속도의 교점이 형성되도록 되지 않고 넓은 폭을 가지는 여러 지점에서 교점이 형성되도록 할 수 있다면 넓은 대역폭을 갖는 자이로 TWT의 구현이 가능하게 된다. 바꾸어 말하면 광대역의 자이로 TWT를 위한 인터액션 회로의 구조를 제공하기 위해서는 인터액션 회로가 가지는 분산 특성의 선형화를 통하여 위상속도를 일정하도록 하는 것이 요구되게 된다.In order to convert the energy of the electron beam into the energy of the electromagnetic wave in the gyro TWT, the structure of the amplification of the electron beam and the phase speed of the interaction circuit must be matched, so that the dispersion characteristic curve of the interaction circuit of FIG. A stable operating point is formed at the point where the dispersion characteristics match. However, as shown in FIG. 2, the phase velocity of the interaction circuit has a constant dispersion characteristic that varies according to the use frequency. As a result, as shown in FIG. 2, the intersection point of the electron beam dispersion characteristic (ie, the speed of the electron beam and the interaction circuit) The point where the phase velocities coincide) is theoretically formed at a single intersection point A, which directly determines the bandwidth of the output electromagnetic waves, which makes the gyro TWT narrow. Therefore, the dispersion characteristic of the interaction circuit ultimately determines the bandwidth of the gyro TWT, and as described above, the intersection of the dispersion characteristic of the interaction circuit and the velocity of the electron beam at a single point is not formed. If it can be formed, it is possible to implement a wide bandwidth gyro TWT. In other words, in order to provide a structure of an interaction circuit for a wideband gyro TWT, it is required to maintain a constant phase speed through linearization of dispersion characteristics of the interaction circuit.
본 발명은 위와 같은 종래의 자이로 TWT 가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자이로 TWT의 협대역 특성을 극복하여 광대역의 증폭기를 구현하고자 기존에 존재하지 않는 새로운 구조의 인터액션 회로를 제안한 것이다. 본 발명에서 제안된 구조는 종래의 단순한 원형 도파관 구조를 가지는 인터액션 회로와는 달리 기존의 사각 도파관(rectangular wave guide)에 주기적 구조의 금속봉을 가장자리에 삽입하여 웨이브 가이드의 분산 특성을 선형화하여 광대역의 증폭기로 구현 가능하도록 함으로써, 종래 기술의 상기 분산 특성을 선형화하기 위하여 금속막을 삽입한 경우나 유전체를 삽입한 경우보다 제조가 간단하고 특히 전기적인 튜닝이 간편하도록 한 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로 및 고출력 증폭기를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the conventional gyro TWT as described above, in order to overcome the narrowband characteristics of the gyro TWT to implement a wideband amplifier has proposed a new structure of the existing interaction circuit. Unlike the conventional interaction circuit having a simple circular waveguide structure, the proposed structure of the present invention linearly disperses characteristics of the wave guide by inserting a periodic bar into the edge of a rectangular wave guide, thereby linearizing the dispersion characteristics of the wave guide. Interaction circuit and millimeter-wave power amplifier for millimeter wave band high power amplifier, which is simpler to manufacture and particularly easier to electronic tuning than when metal film is inserted or dielectric is inserted in order to linearize the dispersion characteristics of the prior art. It is to provide an amplifier.
도1은 종래 기술의 자이로 TWT의 개략도를 나타내었다.1 shows a schematic of a gyro TWT of the prior art.
도2는 종래기술의 인터액션 회로의 분산 특성과 전자빔의 분산 특성을 나타내었다. 여기서, 가로축은 전자기파의 전파상수(β=2π/λ)를 나타내며, 세로축은 주파수를 나타낸다.Figure 2 shows the dispersion characteristics of the interaction circuit of the prior art and the dispersion characteristics of the electron beam. Here, the horizontal axis represents the propagation constant (β = 2π / λ) of the electromagnetic wave, and the vertical axis represents the frequency.
도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로를 나타내었다.3 shows an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier according to a preferred embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로의 사시도를 나타내었다.4 is a perspective view of an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier according to a preferred embodiment of the present invention.
도5a는 각 도체봉이 도파관의 인접한 각 수직 내벽에 대하여 평행하게 일렬로 배열되어 있으며, 도파관의 축을 중심으로 하여 대칭으로 배열되어 있는 한 실시예를 나타낸다.FIG. 5A shows one embodiment in which each conductor rod is arranged in parallel to each adjacent vertical inner wall of the waveguide and symmetrically arranged about the axis of the waveguide.
도5b는 각 도체봉이 도파관의 한 쪽 수직 내벽과 d의 거리를 가지며, 일렬로 배열되어 있는 다른 한 실시예를 나타낸다.Fig. 5B shows another embodiment in which each conductor rod is arranged in a row with a distance of d from one vertical inner wall of the waveguide.
도5c는 각 도체봉이 도파관의 축을 중심으로 대칭 배열되어 있으나 각 도체봉의 배열 방법을 달리하여 마주보는 각 도체봉이 어긋나게 배열된 또 다른 한 실시예를 나타낸다.5C shows another embodiment in which each conductor rod is symmetrically arranged about the axis of the waveguide, but each conductor rod facing each other is differently arranged by varying the arrangement method of each conductor rod.
도6은 조절 수단을 부가하여 미세 튜닝이 가능하도록 도체봉의 삽입 깊이를 조절하는 본 발명의 한 실시예를 나타낸다.Figure 6 shows one embodiment of the invention to adjust the insertion depth of the conductor rod to enable fine tuning by adding a control means.
도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 인터액션 회로의 분산 특성을 종래 기술의 분산 특성과 비교하여 나타내었다.Figure 7 shows the dispersion characteristics of the interaction circuit according to the preferred embodiment of the present invention in comparison with the dispersion characteristics of the prior art.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
122 : 도파관 222 : 도체봉122: waveguide 222: conductor rod
322 : 도체봉의 축 422 : 도파관의 수직 내벽322 axis of conductor rod 422 vertical inner wall of waveguide
522 : 도파관의 수평 내벽522: horizontal inner wall of the waveguide
2a : 도파관의 장축 b : 도파관의 단축2a: long axis of waveguide b: shortening of waveguide
c : 도파관의 길이 h : 도체봉의 도파관 내부 삽입 깊이c: Wavelength of waveguide h: Insertion depth of waveguide inside waveguide
r : 도체봉의 반경 d : 도체봉의 축과 도파관의 수직 내벽 사이의 거리r: radius of conductor rod d: distance between axis of conductor rod and vertical inner wall of waveguide
l : 도체봉 간의 간격l: spacing between conductor rods
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 의한 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로는: 서로 대향하는 제1 및 제2 수평 내벽(522) 및 상기 수평 내벽 간의 간격보다 좁은 간격을 가지고 서로 대향하는 제1 및 제2 수직 내벽(422)을 갖는 사각 도파관; 상기 사각 도파관의 상기 제1 수평 내벽으로부터 돌출되어 상기 제1 수평 내벽에만 전기적으로 접촉하고, 상기 제1 수평 내벽과 대향하는 상기 제2 수평 내벽과는 그 말단부가 일정한 거리(b-h)를 사이에 두고 이격되고, 상기 제1 수평 내벽과 수직이며, 상기 사각 도파관의 축에 평행하여 상기 사각 도파관의 상기 제1 및 제2 수직 내벽으로부터의 거리(d)가 일정한 하나 이상의 열 상에 정렬된 복수개의 원통형 도체봉(222); 및 상기 원통형 도체봉(222)의 상기 사각 도파관의 상기 한쪽 수평 내벽(522)을 통하여 상기 사각 도파관의 내부로 삽입되는 깊이(h)를 조절하기 위한 조절수단(622)을 포함하며, 상기 복수개의 도체봉 사이의 간격(l)은 일정하며, 상기 복수개의 도체봉이 상기 도파관의 중심축으로부터 벗어나 상기 도파관의 어느 한쪽 수직 내벽에 더 가까운 하나의 열을 이루도록 배치된 것을 특징으로 한다.An interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes: first and second horizontal inner walls 522 facing each other and facing each other with a narrower gap than the gap between the horizontal inner walls; A rectangular waveguide having first and second vertical inner walls 422; The second horizontal inner wall protrudes from the first horizontal inner wall of the rectangular waveguide and is in electrical contact with only the first horizontal inner wall, and the second horizontal inner wall facing the first horizontal inner wall has a constant distance bh therebetween. A plurality of cylinders spaced apart and perpendicular to the first horizontal inner wall and aligned on one or more rows in which the distance d from the first and second vertical inner walls of the square waveguide is parallel to the axis of the square waveguide Conductor rod 222; And adjusting means (622) for adjusting a depth (h) inserted into the rectangular waveguide through the one horizontal inner wall 522 of the rectangular waveguide of the cylindrical conductor rod 222, the plurality of The spacing l between the conductor rods is constant, characterized in that the plurality of conductor rods are arranged to form one row closer to one of the vertical inner walls of the waveguide, away from the central axis of the waveguide.
본 발명의 다른 한 측면에 의한 밀리미터파 대역의 고출력 증폭기용 인터액션 회로는: 서로 대향하는 제1 및 제2 수평 내벽(522) 및 상기 수평 내벽 간의 간격보다 좁은 간격을 가지고 서로 대향하는 제1 및 제2 수직 내벽(422)을 갖는 사각 도파관; 상기 사각 도파관의 상기 제1 수평 내벽으로부터 돌출되어 상기 제1 수평 내벽에만 전기적으로 접촉하고, 상기 제1 수평 내벽과 대향하는 상기 제2 수평 내벽과는 그 말단부가 일정한 거리(b-h)를 사이에 두고 이격되고, 상기 제1 수평 내벽과 수직이며, 상기 사각 도파관의 축에 평행하여 상기 사각 도파관의 상기 제1 및 제2 수직 내벽으로부터의 거리(d)가 일정한 하나 이상의 열 상에 정렬된 복수개의 원통형 도체봉(222); 및 상기 원통형 도체봉(222)의 상기 사각 도파관의 상기 한쪽 수평 내벽(522)을 통하여 상기 사각 도파관의 내부로 삽입되는 깊이(h)를 조절하기 위한 조절수단(622)을 포함하며, 상기 복수개의 도체봉 사이의 간격(l)은 일정하며, 상기 복수개의 도체봉이 상기 도파관의 중심축으로부터 벗어나 상기 도파관의 대향하는 양쪽 수직 내벽에 각각 가까운 두 개의 열을 이루도록 배치된 것을 특징으로 한다.An interaction circuit for a high power amplifier in a millimeter wave band according to another aspect of the present invention comprises: first and second horizontal inner walls 522 facing each other and first and second facing each other with a narrower spacing than the gap between the horizontal inner walls; A square waveguide having two vertical inner walls 422; The second horizontal inner wall protrudes from the first horizontal inner wall of the rectangular waveguide and is in electrical contact with only the first horizontal inner wall, and the second horizontal inner wall facing the first horizontal inner wall has a constant distance bh therebetween. A plurality of cylinders spaced apart and perpendicular to the first horizontal inner wall and aligned on one or more rows in which the distance d from the first and second vertical inner walls of the square waveguide is parallel to the axis of the square waveguide Conductor rod 222; And adjusting means (622) for adjusting a depth (h) inserted into the rectangular waveguide through the one horizontal inner wall 522 of the rectangular waveguide of the cylindrical conductor rod 222, the plurality of The spacing l between the conductor rods is constant, characterized in that the plurality of conductor rods are arranged so as to form two rows, each of which is close to both opposite vertical inner walls of the waveguide, away from the central axis of the waveguide.
본 발명의 또 다른 한 측면에 의한 밀리미터파 대역의 고출력 증폭기는: 전자빔을 제공하기 위한 음극, 양극 및 제1 솔레노이드 코일을 포함하는 전자총부; 상기 전자빔과 전자기파의 인터액션을 통하여 전자빔의 에너지를 전자기파의 에너지로 변환시키는 인터액션부; 및 상기 전자빔을 받아들이며, 상기 전자기파를 장치 외부로 출력하기 위한 전파출력부를 포함하며, 여기서 상기 인터액션부는: 축방향의 자장을 발생시키기 위한 주 솔레노이드, 서로 대향하는 제1 및 제2 수평 내벽(522) 및 상기 수평 내벽 간의 간격보다 좁은 간격을 가지고 서로 대향하는 제1 및 제2 수직 내벽(422)을 갖는 사각 도파관, 상기 사각 도파관의 상기 제1 수평 내벽으로부터 돌출되어 상기 제1 수평 내벽에만 전기적으로 접촉하고, 상기 제1 수평 내벽과 대향하는 상기 제2 수평 내벽과는 그 말단부가 일정한 거리(b-h)를 사이에 두고 이격되고, 상기 제1 수평 내벽과 수직이며, 상기 사각 도파관의 축에 평행하여 상기 사각 도파관의 상기 제1 및 제2 수직 내벽으로부터의 거리(d)가 일정한 하나 이상의 열 상에 정렬된 복수개의 원통형 도체봉(222), 및 상기 원통형 도체봉(222)의 상기 사각 도파관의 상기 한쪽 수평 내벽(522)을 통하여 상기 사각 도파관의 내부로 삽입되는 깊이(h)를 조절하기 위한 조절수단(622)을 포함하며, 상기 복수개의 도체봉 사이의 간격(l)은 일정하며, 상기 복수개의 도체봉이 상기 도파관의 중심축으로부터 벗어나 상기 도파관의 어느 한쪽 수직 내벽에 더 가까운 하나의 열을 이루도록 배치된 것임을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a millimeter wave band high power amplifier includes: an electron gun unit including a cathode, an anode, and a first solenoid coil for providing an electron beam; An interaction unit for converting the energy of the electron beam into the energy of the electromagnetic wave through the interaction between the electron beam and the electromagnetic wave; And a radio wave output unit for receiving the electron beam and outputting the electromagnetic wave to the outside of the device, wherein the interaction unit includes: a main solenoid for generating an axial magnetic field, and first and second horizontal inner walls 522 facing each other; And a rectangular waveguide having first and second vertical inner walls 422 opposed to each other with a gap narrower than a gap between the horizontal inner walls, and protruding from the first horizontal inner wall of the square waveguide to electrically contact only the first horizontal inner wall. And the second horizontal inner wall facing the first horizontal inner wall is spaced apart from each other with a predetermined distance bh therebetween, perpendicular to the first horizontal inner wall, and parallel to the axis of the rectangular waveguide. A plurality of cylindrical conductor rods 222 arranged on one or more rows in which the distance d from the first and second vertical inner walls of the rectangular waveguide is constant; And adjusting means 622 for adjusting a depth h inserted into the rectangular waveguide through the one horizontal inner wall 522 of the rectangular waveguide of the cylindrical conductor rod 222, wherein the plurality of conductors The spacing 1 between the rods is constant and is characterized in that the plurality of conductor rods are arranged to form one row closer to either vertical inner wall of the waveguide, away from the central axis of the waveguide.
본 발명의 또 다른 한 측면에 의한 밀리미터파 대역의 고출력 증폭기는: 전자빔을 제공하기 위한 음극, 양극 및 제1 솔레노이드 코일을 포함하는 전자총부; 상기 전자빔과 전자기파의 인터액션을 통하여 전자빔의 에너지를 전자기파의 에너지로 변환시키는 인터액션부; 및 상기 전자빔을 받아들이며, 상기 전자기파를 장치 외부로 출력하기 위한 전파출력부를 포함하며, 여기서 상기 인터액션부는: 축방향의 자장을 발생시키기 위한 주 솔레노이드, 서로 대향하는 제1 및 제2 수평 내벽(522) 및 상기 수평 내벽 간의 간격보다 좁은 간격을 가지고 서로 대향하는 제1 및 제2 수직 내벽(422)을 갖는 사각 도파관, 상기 사각 도파관의 상기 제1 수평 내벽으로부터 돌출되어 상기 제1 수평 내벽에만 전기적으로 접촉하고, 상기 제1 수평 내벽과 대향하는 상기 제2 수평 내벽과는 그 말단부가 일정한 거리(b-h)를 사이에 두고 이격되고, 상기 제1 수평 내벽과 수직이며, 상기 사각 도파관의 축에 평행하여 상기 사각 도파관의 상기 제1 및 제2 수직 내벽으로부터의 거리(d)가 일정한 하나 이상의 열 상에 정렬된 복수개의 원통형 도체봉(222), 및 상기 원통형 도체봉(222)의 상기 사각 도파관의 상기 한쪽 수평 내벽(522)을 통하여 상기 사각 도파관의 내부로 삽입되는 깊이(h)를 조절하기 위한 조절수단(622)을 포함하며, 상기 복수개의 도체봉 사이의 간격(l)은 일정하며, 상기 복수개의 도체봉이 상기 도파관의 중심축으로부터 벗어나 상기 도파관의 대향하는 양쪽 수직 내벽에 각각 가까운 두 개의 열을 이루도록 배치된 것임을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a millimeter wave band high power amplifier includes: an electron gun unit including a cathode, an anode, and a first solenoid coil for providing an electron beam; An interaction unit for converting the energy of the electron beam into the energy of the electromagnetic wave through the interaction between the electron beam and the electromagnetic wave; And a radio wave output unit for receiving the electron beam and outputting the electromagnetic wave to the outside of the device, wherein the interaction unit includes: a main solenoid for generating an axial magnetic field, and first and second horizontal inner walls 522 facing each other; And a rectangular waveguide having first and second vertical inner walls 422 opposed to each other with a gap narrower than a gap between the horizontal inner walls, and protruding from the first horizontal inner wall of the square waveguide to electrically contact only the first horizontal inner wall. And the second horizontal inner wall facing the first horizontal inner wall is spaced apart from each other with a predetermined distance bh therebetween, perpendicular to the first horizontal inner wall, and parallel to the axis of the rectangular waveguide. A plurality of cylindrical conductor rods 222 arranged on one or more rows in which the distance d from the first and second vertical inner walls of the rectangular waveguide is constant; And adjusting means 622 for adjusting a depth h inserted into the rectangular waveguide through the one horizontal inner wall 522 of the rectangular waveguide of the cylindrical conductor rod 222, wherein the plurality of conductors The spacing (l) between the rods is constant, characterized in that the plurality of conductor rods are arranged so as to form two rows, each of which is close to both opposite vertical inner walls of the waveguide, away from the central axis of the waveguide.
바람직하게는 상기 밀리미터파 대역의 고출력 증폭기용 인터액션 회로에 있어서, 상기 두 개의 열 중의 어느 한 열에 속하는 한 도체봉과 다른 한 열에 속하고 상기 도체봉과 대응되는 다른 도체봉은 서로 엇갈리게 배열된다.Preferably, in the interaction circuit for a high power amplifier in the millimeter wave band, one conductor rod belonging to one of the two columns and the other conductor rod belonging to the other column and corresponding to the conductor rods are alternately arranged.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도3에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로를 나타내었다. 도3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 밀리미터파대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로는 도파관(122) 및 도체봉(222)으로 이루어진다.3 shows an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in Fig. 3, the interaction circuit for the millimeter wave band high power amplifier of the present invention includes a waveguide 122 and a conductor rod 222.
도파관(122)은 금속으로 이루어지며, 공간적으로 제한된 전자기파의 전송을 위한 통상의 도파관과 동일한 작용을 한다. 상술한 바대로 일반적인 인터액션 회로는 단순한 원형 도파관 구조를 가지나 본 발명의 인터액션 회로는 사각형의 도파관 구조를 가지고 있으며, 이와 같은 사각형의 도파관 구조는 제조가 매우 용이한 이점을 가진다. 위의 도3에서는 도파관의 수직 내벽(422)의 높이를 b로, 수평 내벽(522)의 폭을 2a로 나타내었다.Waveguide 122 is made of metal and functions the same as a conventional waveguide for the transmission of spatially limited electromagnetic waves. As described above, the general interaction circuit has a simple circular waveguide structure, but the interaction circuit of the present invention has a rectangular waveguide structure, and the rectangular waveguide structure has an advantage of being very easy to manufacture. In FIG. 3, the height of the vertical inner wall 422 of the waveguide is represented by b, and the width of the horizontal inner wall 522 is represented by 2a.
도체봉(222)은 도3에 나타낸 바와 같이 중심축을 벗어나(off-centered) 도파관(122)의 수직 내벽(422)에 가깝도록 배치되며, 각 도체봉(222)의 배열방법은 다양하게 변화될 수 있다. 도3에서는 도체봉(222)의 반경을 r로, 도파관(122) 내부에 위치하는 깊이를 h로, 도체봉(222)의 축(322)과 도파관(122)의 수직 내벽(422) 사이의 거리를 d로 나타내었다.Conductor rods 222 are disposed close to the vertical inner wall 422 of the waveguide 122 off-centered as shown in FIG. 3, and the arrangement of each conductor rod 222 may vary. Can be. In FIG. 3, the radius of the conductor rod 222 is r, the depth located inside the waveguide 122 is h, and between the axis 322 of the conductor rod 222 and the vertical inner wall 422 of the waveguide 122. The distance is represented by d.
도4에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로의 사시도를 나타내었다. 여기서, 각 도체봉(222) 사이의 거리를 l로, 도파관(122)의 길이를 c로 나타내었다.4 is a perspective view of an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier according to a preferred embodiment of the present invention. Here, the distance between each conductor rod 222 is represented by l, and the length of the waveguide 122 is represented by c.
각 도체봉의 배열은 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 도5a에서는 각 도체봉이 인접한 각 수직 내벽(422)에 대하여 평행하게 일렬로 배열되어 있으며, 도파관(122)의 축을 중심으로 하여 대칭으로 배열되어 있는 예를 나타낸다.The arrangement of each conductor rod can vary. For example, FIG. 5A shows an example in which the conductor rods are arranged in parallel with respect to each adjacent vertical inner wall 422 and are arranged symmetrically about the axis of the waveguide 122.
또한, 도5b에서는 도5a와는 달리 한 쪽 수직 내벽(422)과 d의 거리를 가지며, 일렬로 배열되어 있는 예를 나타낸다. 이와 같이 비대칭적인 구조의 배열로도 본 발명의 목적인 선형적인 분산 특성을 얻는 것이 가능하다.In addition, unlike FIG. 5A, FIG. 5B shows an example of having a distance between one vertical inner wall 422 and d and arranged in a line. It is possible to obtain a linear dispersion characteristic which is the object of the present invention even with such an asymmetrical arrangement.
도5c에서는 도5a의 실시예와 같이 도파관(122)의 축을 중심으로 대칭 배열되어 있으나 각 도체봉의 배열 방법을 달리하여 마주보는 각 도체봉이 엇갈리게 배열되도록 배치되어 있다. 엇갈리게 배열되어 있다고 함은 도5c에 나타나 있는 것처럼 한 열에 속하여 있는 어느 한 도체봉의 중심축을 지나는 수직벽으로부터의 법선을 연장할 때 다른 한 열에 속하여 있는 다른 도체봉의 중심축과 만나지 않도록 배치되어 있는 경우를 말하며, 반드시 도5c와 같이 대칭적으로 배치될 필요는 없다.In FIG. 5C, as in the embodiment of FIG. 5A, the conductor rods are symmetrically arranged about the axis of the waveguide 122, but the conductor rods facing each other are arranged to be alternately arranged by varying the arrangement method of each conductor rod. The staggered arrangement means that when extending the normal from the vertical wall passing through the central axis of one of the conductor bars belonging to one column as shown in Fig. 5C, it is arranged not to meet the central axis of another conductor rod belonging to another column. That is, it does not necessarily have to be symmetrically arranged as shown in FIG. 5C.
또한, 위에서 나열된 세 가지의 배열 방법은 단지 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 아니다. 본 발명은 다양한 변형이 가능하고 그 변형이 당업자에게 자명한 정도라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있음은 당연하다고 할 것이다. 예를 들어, 도체봉 사이의 간격을 서로 다르게 하여 구성할 수도 있을 것이며, 각 도체봉을 여러 개의 부분으로 나누어 구성할 수도 있는데, 이와 같은 경우에도 일체로 구성되었는가 또는 수개의 부분으로 서로 분리될 수 있도록 구성되었는가의 여부는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나는가를 결정하는 데에 있어서 중요한 요소가 아님이 자명하며, 본 발명의 단순한 변형에 지나지 않는다고 볼 것이다.In addition, the three arrangement methods listed above are merely intended to facilitate the present invention and are not intended to limit the present invention. Various modifications may be made to the present invention, and it will be obvious that the modifications are within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the spacing between the conductor rods may be different, and each conductor rod may be divided into several parts. In this case, they may be integrally formed or separated into several parts. It is obvious that the configuration is not so important in determining whether it is beyond the scope of the technical idea of the present invention, it will be seen as a mere modification of the present invention.
잘 알려진 바와 같이 도파관(122)의 장축(2a) 및 단축(b)의 길이는 도파관 (122)이 사용되는 전자기파의 차단 주파수(cut-off frequency)를 결정하게 된다. 또한, 도체봉(222)은 본 발명의 인터액션 회로의 설계 및 제작 시에 그 깊이(h)가고정되도록 제작될 수도 있으나, 그와 달리 도 6과 같이 별도의 조절 수단에 의하여 그 깊이(h)를 조절할 수 있도록 구성할 수도 있으며, 이 경우에는 도 6과 같이 깊이(h)를 조절할 수 있는 조절 수단이 더 필요하게 된다. 이와 같은 조절 수단으로서, 도파관(122)의 한 쪽 수평 내벽(522)에 도체봉(222)이 통과할 수 있는 나사홈(722)을 가진 구멍(622)을 마련하고 도체봉(222)의 표면에 위의 구멍의 나사홈과 결합될 수 있는 나사홈(822)을 마련하여 도체봉(222)을 도파관(122)의 내부에 삽입할 수 있도록 하는 구성이 사용될 수 있다.As is well known, the lengths of the long axis 2a and the short axis b of the waveguide 122 determine the cut-off frequency of the electromagnetic wave in which the waveguide 122 is used. In addition, the conductor rod 222 may be manufactured so that the depth (h) is fixed during the design and manufacture of the interaction circuit of the present invention, otherwise the depth (h) by a separate adjusting means as shown in FIG. It can also be configured to adjust, in this case it is necessary to further control means for adjusting the depth (h) as shown in FIG. As such adjustment means, a hole 622 having a threaded groove 722 through which the conductive rod 222 can pass is formed in one horizontal inner wall 522 of the waveguide 122 and the surface of the conductive rod 222 is provided. In order to provide a screw groove 822 that can be coupled to the screw groove of the hole in the above configuration can be used to allow the conductor rod 222 to be inserted into the inside of the waveguide 122.
또한, 위의 조절 수단의 다른 예로서, 위와 같은 나사 홈에 의한 결합을 사용하지 않고, 도파관(122) 위에 도체봉(222)을 지지하기 위하여 도체봉(222)과 결합될 수 있는 기계적 수단을 마련하고, 도파관(122)의 수평 내벽(522)에 마련된 구멍을 통하여 도체봉(222)을 단순히 삽입시키는 구성도 가능하다. 이 경우에는 도체봉(222)을 지지하는 기계적 수단에 모터 및 제어 회로 등이 부가되어 도체봉(222)이 삽입되는 깊이(h)를 조절하도록 할 수도 있다.In addition, as another example of the above adjustment means, a mechanical means that can be coupled with the conductor rod 222 to support the conductor rod 222 on the waveguide 122 without using the above-mentioned screw groove coupling It is also possible to provide a configuration in which the conductor rod 222 is simply inserted through a hole provided in the horizontal inner wall 522 of the waveguide 122. In this case, a motor, a control circuit, or the like may be added to the mechanical means for supporting the conductor rod 222 to adjust the depth h at which the conductor rod 222 is inserted.
위와 같이 상기 도체봉(222)을 상기 도파관(122)의 수평 내벽(522)을 통하여 삽입시키고, 상기 도파관(122) 내부에 삽입되는 깊이(h)를 조절할 수 있도록 하는 경우, 출력 전자기파 대역폭의 미세한 조정(tuning)이 가능하여 지게된다.When the conductor rod 222 is inserted through the horizontal inner wall 522 of the waveguide 122 as described above, and the depth h inserted into the waveguide 122 can be adjusted, the output electromagnetic wave bandwidth is minute. Tuning is possible.
위에서 설명한 종래 기술의 금속막이나 유전체의 삽입에 의한 인터액션 회로의 구성에 비하여 본 발명의 도체봉의 배열에 의한 인터액션 회로는 이처럼 미세한 대역폭의 조정이 가능하여 진다는 추가적인 이점을 가지게 되며 많은 실험과 전산 모사를 통한 계산(simulation)에 의하여 그 탁월한 효과가 검증된 바 있다.Compared to the configuration of the interaction circuit by inserting the metal film or dielectric of the prior art described above, the interaction circuit by the arrangement of the conductor rods of the present invention has the additional advantage that such a fine bandwidth can be adjusted. The excellent effect has been verified by simulation through.
도 7에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 인터액션 회로의 분산 특성을 종래 기술의 분산 특성과 비교하여 나타내었다. 본 발명에 의한 인터액션 회로를 사용하는 경우, 도 7과 같이 선형화된(linearized) 분산 특성을 얻을 수 있게 되며, 그에 따라 종래 기술의 경우와는 달리 전자 빔의 선형 분산 특성 그래프와의 많은 교점(P)이 형성될 수 있으며 넓은 대역폭의 인터액션 회로의 제공이 가능하게 된다.In FIG. 7, the dispersion characteristics of the interaction circuit according to the preferred embodiment of the present invention are compared with those of the prior art. In the case of using the interaction circuit according to the present invention, linearized dispersion characteristics can be obtained as shown in FIG. 7, and thus, unlike the prior art, many intersection points with the linear dispersion characteristics graph of the electron beam (P ) Can be formed and it is possible to provide a wide bandwidth interaction circuit.
본 발명의 다른 한 가지 특징에 의한 밀리미터파 대역의 고출력 증폭기는, 전자총부, 인터액션부 및 전파출력부를 포함하는데, 상기 전자총부와 전파출력부는 종래 기술의 경우와 그 구성 및 작용이 동일하므로 자세한 기술은 생략한다. 또한, 상기 인터액션부는 주 솔레노이드, 도파관 및 도체봉을 포함하는데 여기서 상기 도파관 및 상기 도체봉은 상술된 인터액션 회로를 구성하며 인터액션 회로의 구성 및 작용은 위에서 이미 기술한 바와 같으므로 기술을 생략한다.According to another aspect of the present invention, a millimeter wave band high output amplifier includes an electron gun unit, an interaction unit, and a radio wave output unit, and the electron gun unit and the radio wave output unit have the same construction and operation as in the prior art, and thus, detailed description Is omitted. In addition, the interaction part includes a main solenoid, a waveguide, and a conductor rod, wherein the waveguide and the conductor rod constitute the above-described interaction circuit, and the construction and operation of the interaction circuit are the same as described above, and thus description thereof is omitted.
상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.The embodiments and the drawings are only for the purpose of describing the contents of the invention in detail, and are not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above has a general knowledge in the technical field to which the present invention belongs Various substitutions, modifications, and changes are possible in the present invention without departing from the spirit of the present invention, but are not limited to the embodiments and the accompanying drawings, as well as the appended claims and equivalents. It should be judged including the scope.
본 발명에 의한 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로 및 증폭기에 의하여 제조가 간단하고 특히 전기적인 튜닝이 간편하도록 한 밀리미터파 대역 고출력 증폭기용 인터액션 회로 및 고출력 증폭기를 제공할 수 있다.An interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier and an amplifier according to the present invention can provide an interaction circuit for a millimeter wave band high power amplifier and a high output amplifier, which are simple to manufacture and particularly easy to electrical tuning.
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Legal Events
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| AMND | Amendment | ||
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| AMND | Amendment | ||
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| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |