KR100877436B1 - 전자기 방사의 위상 어레이 소스 - Google Patents

Abstract

애노드-캐소드 공간(44)에 의해 분리되는 애노드(42)와 캐소드(40)를 포함하는 전자기 방사원(22)이 제공된다. 상기 방사원(22)은 상기 애노드(42)와 상기 캐소드(40) 사이에 dc 전압을 인가하고 상기 애노드-캐소드 공간(44)에 걸쳐 전계(E)를 설정하는 전기 컨택트들(54, 56)을 더 포함한다. 상기 전계(E)에 통상 수직으로 상기 애노드-캐소드 공간(44) 내에 dc 자계(B)를 제공하도록 적어도 하나의 자석(58, 60)이 배치된다. 상기 애노드-캐소드 공간(44)을 규정하는 상기 애노드(42)의 표면을 따라 복수의 개구(59a, 59b)가 형성되며, 이에 따라 상기 캐소드(40)에서 방출된 전자는 상기 전계(E)와 상기 자계(E)에 영향을 받아, 상기 애노드-캐소드 공간(44)을 통한 경로를 따르고, 개구(59a, 59b)에 근접하여 진행한다. 공통 공진기(66)는 개구(59a, 59b)에 매우 근접하여 진행하는 전자들로 인해 개구(59a, 59b) 내에 유도되는 전자기 방사를 입력받고, 개구(59a, 59b)를 향해 다시 전자기 방사를 반사하여, 원하는 동작 주파수에서 각 개구를 가로지르는 진동 전계를 생성한다.

전자기 방사, 위상 어레이 소스, 방사원, 애노드-캐소드 공간, 공통 공진기

Description

전자기 방사의 위상 어레이 소스{PHASED ARRAY SOURCE OF ELECTROMAGNETIC RADIATION}

본 발명은 전자기 방사원에 관한 것으로서, 특히, 전자기 방사의 위상 어레이 소스에 관한 것이다.

마그네트론(magnetrons)은 당업계에 공지되어 있다. 마그네트론은 오랜동안 마이크로웨이브 에너지의 매우 효율적인 소스로서 사용되어 왔다. 예를 들어, 마그네트론은 마이크로웨이브 오븐에 통상 사용되어 다양한 요리를 가열하여 요리하기에 충분한 마이크로웨이브 에너지를 생성한다. 마그네트론의 사용은 그들이 매우 효율적이어서 과도한 전력 소모, 열 방출 등과 관련된 고비용을 방지한다는 점에서 바람직하다.

마이크로웨이브 마그네트론은 회전 전자 공간 전하를 생성하기 위해 일정한 자계를 사용한다. 공간 전하는 복수의 마이크로웨이브 공진 캐버티(resonant cavity)와 상호동작하여 마이크로웨이브 방사를 생성한다. 지금까지는, 마그네트론은 약 100㎓ 이하의 최대 동작 주파수로 일반적으로 제한되어 왔다. 보다 높은 주파수는 여러 이유로 인해 종래에는 실용적이지 못하다고 간주되어 왔다. 예를 들어, 마그네트론을 매우 작은 치수로 스케일하기 위해서는 매우 높은 자계가 요구된다. 또한, 매우 작은 마이크로웨이브 공진기를 제공하는데 상당한 어려움이 있다. 이러한 문제점들은 이전에는 보다 고주파의 마그네트론을 부적절하고 비실용적이게 하였다.

최근, 출원인은 종래 마그네트론으로는 이제까지는 가능하지 않은 주파수에서 동작하기에 적합한 마그네트론을 개발하였다. 이 고주파 마그네트론은 적외선과 가시광선 대역 내의 주파수에서 고효율, 고전력 전자기 에너지를 생성할 수 있으며, 이는 자외선, x선 등과 같은 보다 높은 주파수로 확장될 수 있다. 그 결과, 마그네트론은 장거리 광통신, 상업 및 산업용 조명, 제조 등과 같은 다양한 애플리케이션에서 광원으로서 역할을 수행할 수 있다. 이러한 마그네트론은, 함께 양도되고 함께 계류중인 2000년 6월 1일에 출원된 미국 특허출원번호 제09/584,887호와 2001년 3월 1일에 출원된 미국 특허출원번호 제09/798,623호에 상세히 기재되어 있으며, 그 전체 개시가 여기서 참조로서 모두 통합된다.

이 고주파 마그네트론은 극히 높은 자계를 요구하지 않는다는 이점이 있다. 그 대신, 마그네트론은 보다 타당한 세기의 자계, 보다 바람직하게는, 영구 자석으로부터 획득되는 자계를 사용하는 것이 바람직하다. 자계 세기는 캐소드와 애노드 사이의 작용 공간(이하 애노드-캐소드 공간(anode-cathode space)으로도 불림) 내의 전자 공간 전하의 회전반경과 각속도를 결정한다. 애노드는 원하는 동작 파장에 따라 크기가 정해지는 복수의 작은 공진 캐버티를 포함한다. 복수의 공진 캐버티를 이른바 파이 모드(pi-mode)로 동작하도록 제한하는 메커니즘이 제공된다. 특히, 각 공진 캐버티는 그에 바로 인접하는 공진 캐버티와 파이 라디안(pi-radians) 만큼의 위상차로 공진하도록 제한된다. 출력 결합기 또는 결합기 어레이는 유용한 출력 전력을 전달하기 위해서 공진 캐버티로부터 광 방사를 결합하도록 제공된다.

그럼에도 불구하고, 고주파 전자기 방사원의 개발에서 추가 개발이 당업계에 강력하게 요구되고 있다. 예를 들어, 보다 적은 손실의 메커니즘과 그에 따른 보다 고효율의 장치가 매우 요구되고 있다. 특히, 복수의 소형 공진 캐버티를 사용하지 않는 장치가 매우 필요하다. 이러한 장치는 보다 우수한 설계 유연성을 제공한다. 더욱이, 이러한 장치는 극초단파에서 전자기 방사를 생성하는데 매우 적합하다.

전자기 방사의 위상 어레이 소스(여기서 "페이저(phaser)"로 불림)가 본 발명에 따라 제공된다. 페이저는 직류(dc) 전기를 단일 주파수 전자기 방사로 변환한다. 그 동작 파장은 마이크로웨이브 대역 또는 적외선 또는 가시광선 대역 또는 보다 짧은 파장일 수 있다.

일 실시예에서 전자 상호작용 공간의 외부 경계 둘레에 배치되는 페이징 라인(paging line)의 어레이 및/또는 맞물림 전극(interdigital electrodes)을 포함한다. 동작 동안, 진동 전계가 어레이 내의 인접 페이징 라인/맞물림 전극 사이의 갭에서 나타난다. 그 전계는 인접한 갭 내에서 반대 방향으로 지정되도록 제한됨으로써, 효율적인 마그네트론 동작에 필요한 이른바 "파이 모드(pi-mode)" 필드를 제공한다.

전자 구름은 상호작용 공간에서 대칭축 주변에서 회전한다. 구름이 회전함에 따라, 전자 분포는 기어의 이(teeth)와 유사한 전자 전하의 스포크(spoke)를 형성하여 외부 표면 상에 뭉치게 된다. 페이저의 동작 주파수는 스포크가 절반의 진동 주기에서 하나의 갭으로부터 다음 갭으로 얼마나 빨리 진행하는지에 따라 결정된다. 전자 회전 속도는 상호 작용 영역에 인가되는 전계와 영구 자계의 세기에 의해 주로 결정된다. 초고주파 동작에 있어서, 페이징 라인/맞물림 전극은 초당 다수의 갭 패싱을 허용하도록 매우 근접하여 이격된다.

본 발명의 특정 일 양태에 따르면, 전자기 방사원이 제공된다. 상기 방사원은 애노드-캐소드 공간에 의해 분리되는 애노드와 캐소드를 포함한다. 애노드와 캐소드 사이에 dc 전압을 인가하기 위해 전기 컨택트들이 제공되며, 애노드-캐소드 공간을 가로질러 전계가 설정된다. 하나 이상의 자석이 dc 자계를 전계와 통상 수직으로 애노드-캐소드 공간 내에서 생성하도록 배치된다. 복수의 개구는 애노드-캐소드 공간을 정의하는 애노드의 표면을 따라 형성되며, 이에 따라, 캐소드에서 방출된 전자는 전계 및 자계에 영향을 받아 애노드-캐소드 공간을 통한 경로를 따라서 개구부에 매우 근접하여 진행하게 된다. 또한, 상기 방사원은, 개구부와 매우 근접하여 진행하는 전자의 결과 개구부에 유도된 전자기 방사를 입력받고, 개구부를 향해 방사원을 다시 반사시키고 원하는 주파수에서 각각의 개구부를 가로질러 진동 전계를 생성하는 공통 공진기를 더 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전자기 방사원은 애노드-캐소드 공간에 의해 분리되는 애노드와 캐소드를 포함하여 제공된다. 상기 방사원은 애노드와 캐소드 사이에 dc 전압을 인가하고 애노드-캐소드 공간을 가로질러 전계를 설정하기 위한 전기 컨택트들을 포함한다. 또한, 상기 방사원은 전계와 대체로 수직으로 상기 애노드-캐소드 공간 내에 dc 자계를 제공하도록 배치되는 하나 이상의 자석, 적어도 애노드의 일부를 형성하는 N개의 핀형 전극들을 포함하고 애노드-캐소드 공간을 정의하도록 패턴으로 배열된 어레이를 포함한다. 더욱이, 상기 방사원은 전극들에 근접하여 하나 이상의 공통 공진 캐버티를 포함한다. 전극들은 개구를 사이에 두고 서로 이격되며, 캐소드에서 방출된 전자는 전계 및 자계에 의해 영향을 받아 애노드-캐소드 공간을 따라 진행하고 개구에 근접하게 지나가고 공통 공진 캐버티 내에 공진 전자계를 설정한다.

상기 및 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 상세히 설명하고 특히 청구항들에서 지적된 특징들을 포함한다. 후술하는 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 예시적이지만, 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 여러 방식들 중의 일부일 뿐이다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규 특징은 본 발명의 후술하는 상세한 설명으로부터 도면과 함께 고려될 때 보다 명백해질 것이다.

도 1은 광통신 시스템의 일부로서 본 발명에 따른 전자기 방사의 위상 어레이 소스(페이저)의 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페이징 라인을 포함하는 페이저의 단면도.

도 3은 3--3선을 따라 취해진 본 발명에 따른 도 2의 페이저의 단면 정면도.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 도 2의 페이저에 대한 애노드 구조를 형성하는데 적합한 짝수번의 웨지(even-numbered wedges)와 홀수번의 웨지(odd-numbered wedges)의 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 맞물림 전극과 폭넓은 애노드 구성을 구비하는 페이저의 단면도.

도 6은 6--6선을 따라 취해진 본 발명에 따른 도 5의 페이저의 상호작용 영역의 단면 정면도.

도 7은 본 발명에 따른 도 5의 페이저의 상호작용 영역의 개략도.

도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 맞물림 전극과 좁은 애노드 구성을 구비하는 페이저의 단면도.

도 9는 선 9--9를 따라 취해진 본 발명에 따른 도 8의 페이저의 상호작용 영역의 단면 정면도.

도 10은 본 발명에 따른 도 8의 페이저의 상호작용 영역의 개략 정면도.

도 11은 본 발명에 따른 애노드 구성의 다른 실시예의 개략 정면도.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로팅 맞물림 전극을 구비하는 페이저의 단면도.

먼저, 도 1을 참조하면, 고주파 통신 시스템(20)이 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 통신 시스템(20)은 전자기 방사의 위상 어레이 소스(페이저; 22)를 포함한다. 페이저(22)는 고주파 전자기 방사의 고효율 소스로도 동작한다. 이러한 방사는, 예를 들어, 마이크로웨이브 대역 또는 적외선 또는 가시광선 대역 또는 보다 짧은 파장 내에 있을 수 있다. 페이저(22)의 출력은 점 대 점으로부터 광학적으로 정보를 통신하는데 사용되는 광선일 수 있다. 비록 페이저(22)는 광 대역 통신 시스템(20)에서 사용되는 경우에 대하여 여기서 설명되지만, 페이저(22)가 다른 다양한 애플리케이션에서 유용함이 이해될 수 있을 것이다. 본 발명은 임의의 또는 모든 이러한 애플리케이션에 대한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 페이저(22)는 예를 들면, 적외선, 자외선 또는 가시광선 내의 코히어런트 광선과 같은 광 방사(24)를 출력하는 역할을 한다. 광 방사는 100㎓ 이상의 주파수에 해당하는 파장을 갖는 방사인 것이 바람직하다. 보다 특정한 실시예에서, 페이저(22)는 약 10 마이크론 내지 약 0.5 마이크론의 범위의 파장을 갖는 광 방사를 출력한다. 보다 특정된 실시예에 따르면, 페이저(22)는 약 3.5 마이크론 내지 1.5 마이크론의 범위의 파장을 갖는 광 방사를 출력한다. 그러나, 페이저(22)는 실질적으로 100㎓ 이하의 주파수에서의 애플리케이션을 갖는다는 점이 이해될 것이다.

페이저(22)에 의해 생성된 광 방사(24)는 공지의 기술을 사용하여 방사(24)를 변조시키는 역할을 하는 변조기(26)를 통해 전달된다. 예를 들면, 변조기(26)는 통신될 데이터에 기초하여 제어되는 컴퓨터인 광 셔터일 수 있다. 방사(24)는 변조된 방사(28)로서 변조기(26)에 의해 선택적으로 전송된다. 수신 장치(30)는 전송된 데이터를 획득하기 위해서 변조된 방사(28)를 수신하여 이후 복조한다.

통신 시스템(20)은 페이저(22)에 동작 dc 전압을 제공하기 위한 전원(32)을 더 포함한다. 상세히 후술되는 바와 같이, 페이저(22)는 캐소드와 애노드 사이에 제공되는 dc 전압으로 동작한다. 일 실시예에서, 동작 전압은 1㎸ 내지 4㎸ 정도이다. 그러나, 다른 동작 전압이 또한 가능함이 이해될 것이다.

이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 페이저(22)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 페이저(22)는 반경(rc)을 갖는 실린더형 캐소드(40)를 포함한다. 캐소드의 각 말만에는 엔드캡(41)을 포함한다. 캐소드(40)는 축 A에 대하여 캐소드(40)와 동축으로 정렬된 할로우-실린더형 애노드(42) 내에 둘러싸인다. 애노드(42)는 캐소드(40)의 외부 표면(48)과 애노드(42)의 내부 표면(50) 사이에 애노드-캐소드 공간(44) 또는 전자 상호작용 영역을 정의하도록 rc보다 큰 내부 반경(ra)을 갖는다.

단자(52 및 54)는 절연체(55)를 통해 각각 진행하며 캐소드(40)에 전기적으로 접속되어 캐소드(40)를 가열하기 위한 전력을 공급하고 캐소드(40)에 음(-)의 고전압을 공급한다. 애노드(42)는 종단(56)을 통해 고전압 공급의 양(+)의 또는 접지 단자에 전기적으로 접속된다. 동작 동안, 전원(32; 도 1)은 히터 전류를 단자(52, 54)를 통해 캐소드(40)에/로부터 인가한다. 동시에, 전원(32)은 dc 전압을 단자(54, 56)을 통해 캐소드(40)와 애노드(42)에 인가한다. dc 전압은 애노드-캐소드 공간(44)을 통해 캐소드(40)와 애노드(42) 사이에서 방사상으로 연장하는 dc 전계(E)를 생성한다.

페이저(22)는 애노드(42)의 각 말단에서 한쌍의 자석(58, 60)을 더 포함한다. 자석(58, 60)은 애노드-캐소드 공간(44)을 통해 전계(E)에 수직인 축 방향으로 dc 자계(B)를 제공하도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 자계(B)는 애노드-캐소드 공간(44) 내에서 지면 안으로 들어가는 방향이다. 일 실시예에서의 자석(58, 60)은 예를 들어, 2kilogauss 정도의 자계(B)를 생성하는 영구 자석이다. 이해되는 바와 같이, 자계를 생성하는 다른 수단(예를 들어, 전자석)이 대신 사용될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 영구 자석(58, 60)은, 예를 들어, 페이저(22)가 어느 정도의 휴대성을 제공하는 것이 바람직한 경우에 특히 바람직하다.

교차하는 자계(B)와 전계(E)는 캐소드(40)로부터 방출된 전자들에 영향을 미쳐 애노드-캐소드 공간(44)을 통해 곡선 경로에서 이동하게 된다. dc 자계(B)가 상당한 경우에는, 전자들은 애노드(42)에 도달하지 않고 캐소드(40)에 되돌아 올 수 있다.

애노드(42)는 일직선의 단일 모드 도파로(59a, 59b)의 짝수개 어레이(도 3의 투시도로 표시됨)로 형성된다. 도파로(59a, 59b)는 상기 도파로들이 원하는 동작 파장(λ)에서 단일 모드로 동작하도록 종래 기술을 사용하여 선택되는 치수를 갖고 각각 페이징 라인으로서 동작한다. 도파로(59a, 59b)는 애노드-캐소드 공간(44)로부터 애노드(42)의 본체를 통해 공통 공진 캐버티(66)에 방사상으로 연장한다. 특히, 각각의 도파로(59a, 59b)는 애노드-캐소드 공간(44)으로 애노드(42)의 내부 표면(50)에서의 개구를 포함한다. 애노드(42)의 외부 표면(68)에서, 도파로(59a, 59b)는 공통 공진 캐버티(66) 내로 오픈한다. 도파로(59a, 59b)의 개구는 애노드(42)의 내부 및 외부 표면을 따라 원주상으로 균일하게 그리고 번갈아서 이격되어 있다. 내부 표면(50)을 따른 개구 사이의 갭은 Gp로 표현된다.

도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이, 도파로(59a; 짝수번 도파로로서 여기서 통상 불림)는 도파로(59b; 홀수번 도파로로서 여기서 통상 불림)에 비해 비교적 좁은 도파로이다. 도파로의 폭은, 동작 파장(λ)에서 짝수번 도파로(59a)에 비해 추가 ½λ위상 지연을 제공하도록, 홀수번의 도파로(59b)의 폭(Wb)이 짝수번의 도파로(59a)의 폭(Wa)보다 크도록 선택된다. 일 실시예에서, 4개의 짝수번 도파로(59a)는 축 A를 따라 축 방향으로 나란히 배치되며, 세개의 보다 넓은 폭의 홀수번의 도파로(59a)가 유사하게 배치된다. 그러나, 축방향으로 배치된 특정 개수의 도파로는 선택의 문제이며 원하는 출력 전력 등에 따라 상이할 수 있다.

공통 공진 캐버티(66)는 애노드의 외부 원주 둘레에서 형성되며, 애노드(42)의 외부 표면(68)과 공진 캐버티 구조(72) 내에 형성되는 캐버티 정의 벽(70)에 의해 규정된다. 벽(70)은 곡선이며, 토로이드 형태의 공진 캐버티(66)를 형성한다. 벽(70)의 곡선 반경은 동작 주파수에 따라 2.0㎝ 내지 2.0m 정도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 공진 캐버티 구조(72)는 애노드(42)의 둘레에 맞춘 실린더형 슬리브(sleeve)를 형성한다. 공진 캐버티(66)는 개별 도파로(59a, 59b)의 외부 개구에 정렬되도록 배치된다. 공진 캐버티(66)는 보다 상세히 후술하는 바와 같이 파이 모드에서 동작하도록 개별 도파로(59a, 59b)를 통해 진동을 제한하는 역할을 한다.

또한, 캐버티 구조(72)는 구조 지지대를 제공하고 및/또는 장치(22)의 메인 하우징으로서 동작하는 역할을 할 수 있다. 또한, 캐버티 구조(72)는 또한 고온 동작의 경우 애노드(42)의 냉각을 용이하게 한다.

공통 공진 캐버티(66)는 출력 광 방사(24)로서 공진 캐버티(66)로부터 투명 출력 윈도우(76)를 통해 에너지를 결합하는 역할을 하는 적어도 하나 또는 그 이상의 출력 포트(74)를 구비한다. 출력 포트(들)(74)는 공진 캐버티 구조(72)의 벽을 통해 제공되는 홀 또는 슬롯에 의해 형성된다.

도 2 및 도 3에 도시된 구조는, 여기서 설명되는 다른 실시예와 함께, 애노드-캐소드 공간(44)과 공진 캐버티(66)가 진공 내에서 유지되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는 먼지 또는 부스러기들이 장치에 진입하거나 그 동작을 방해하는 것을 방지한다.

진공 캐버티(66)는 종래 기술을 사용하여 원하는 동작 주파수에서(즉, 원하는 동작 파장(λ))에서 허용되는 모드를 갖도록 설계된다. 이러한 기술은, 예를 들어, 레이저 장치를 함께 통상 사용되는 광 공진기에 대하여 공지되어 있다. 일 실시예에서, 도파로(59a, 59b)는 테이퍼된(tapered) 도파로이다. 도파로(59a, 59b)는 원하는 동작 주파수 이하에서 공진 캐버티(66)의 모든 가능한 공진 모드에 대응하는 주파수를 차단하도록 설계된다. 또한, 도파로(59a, 59b)는 동작 주파수에서 그리고 바로 그 주파수에서만 상술한 ½파장의 위상차를 제공하도록 치수가 정해진다.

내부 애노드 표면(50)에서 인접 도파로의 개구들 사이의 간격(Gp)은 원하는 동작 파장(λ)에서의 이득을 최적화하고 그보다 높은 주파수에서의 진동을 억제하도록 선택된다. 그 결과, 애노드-캐소드 공간(44) 내에서 형성되는 회전 전자 구름은 내부 애노드 표면(50)에서 파이 모드의 전계와 상호작용하여 파이 모드 진동이 발생하게 된다.

특히, 동작 중에는, 캐소드(40)와 애노드(42)에 전력이 제공된다. 전자들은 캐소드(40)에서 방출되어 애노드-캐소드 공간(44)을 통해 상술한 경로를 따르며 도파로(59a, 59b)의 개구에 매우 근접하여 진행한다. 그 결과, 전자계가 도파로(59a, 59b) 내에 유도된다. 전자계 방사는 차례대로 도파로(59a, 59b)를 통해 진행하여 공통 공진 캐버티(66)에 진입하게 된다. 캐버티(66) 내의 전자기 방사는 공진을 개시하여 애노드-캐소드 공간(44)을 향해 도파로(59a, 59b)를 통해 다시 차례대로 결합된다.

그 결과, 캐소드(40)에서 방출된 전자는 애노드-캐소드 공간(44) 내의 회전 전자 구름을 형성하려 한다. 진동 전계는 애노드(42)의 내부 표면에서 도파로(59a, 59b)의 개구 사이의 갭들에서 나타난다. 도파로(59a, 59b)는 ½λ의 위상차가 있기 때문에, 갭들 사이의 전계는 인접 갭에 대하여 반대 방향에서의 지점으로 한정된다. 따라서, 효율적인 마그네트론 유사 동작에 필요한 이른바 "파이 모드" 필드가 제공된다.

전자 구름은 애노드-캐소드 공간(44)에서 축 A 주변에서 회전한다. 구름이 회전함에 따라, 전자 분포는 기어의 이를 닮은 전자 구름을 스토크를 형성하는 그 외부 표면에 뭉치게 된다. 페이저(22)의 동작 파장(λ과 동일)은 진동 주기의 절반에서 하나의 갭으로부터 다음 갭으로 진행한다. 전자 회전 속도는 애노드-캐소드 영역(44)에 인가되는 영구 자계 및 전계의 세기에 의해 주로 결정된다. 초고주파 동작에 있어서, 도파로(59a, 59b)에 의해 형성되는 페이징 라인은 매우 근접하게 이격되어 초당 다수의 갭 패싱이 가능해진다.

애노드(42) 내의 도파로(59a, 59b)의 총수(N)는 애노드-캐소드 공간(44)을 통해 이동하는 전자들이 광속(c)보다 실질적으로 느리게 (예를 들어, 대략 0.1c 내지 0.3c 정도로) 이동하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 애노드의 내부 표면(50)의 원주 2πra는 λ보다 크며, 여기서 λ는 동작은 파장을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 도파로(59a, 59b)는 애노드(42)의 내부 원주 둘레에서 균일하게 이격되고, 그 총수(N)는 파이 모드 동작이 가능하도록 짝수개가 되게 선택된다.

도 2 및 도 3의 상술한 실시예에서, 도파로(59a, 59b)는 축 A에 수직인 개별 E 평면의 방향성을 갖는다. 도파로(59a, 59b)는 직선의 테이퍼된 도파로들이지만, 이와 달리 테이퍼되지 않은 도파로가 가능함이 이해될 것이다. 더욱이, 각각의 도파로들 사이의 위상 길이의 차는 보다 폭넓은 도파로를 형성하는 것에 대비하여, 애노드(42) 내에서 곡선의 도파로(59b)를 제공하는 것과 같은 다른 기술을 통해 구현될 수 있다.

테이퍼되지 않은 도파로(59a, 59b)를 갖는 일 실시예서의 애노드(42)에 대한 예시적인 치수는 다음과 같다:

동작 주파수: 36.4㎓ (λ=8.24㎜=0.324")

내부 반경(ra): 4.5㎜=0.177"

외부 반경: 24.04㎜=0.9465"

도파로 59a: 0.254㎜ x 5.32㎜ (0.010" x 0.209")

도파로 59b: 0.254㎜ x 7.67㎜ (0.010" x 0.302")

주어진 원주에 따른 도파로 수:148

제조에 있어서, 페이저(22)의 캐소드(40)는 이해될 수 있는 바와 같이 임의의 다양한 전기적 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 캐소드(40)는 고체이거나 니켈, 바륨 산화물, 스트로늄 산화물과 같은 전기적으로 도전성이고 방사형 재로료 단순히 도금될 수 있으며, 또는 예를 들어, 환형으로 감긴 토륨 텅스텐 필라켄트로 제조될 수 있다. 다르게는, 탄소 나노튜브(40)와 같은 마이크로 구조로부터 형성되는 냉각 필드 방사 캐소드(40)가 또한 사용될 수 있다.

애노드(42)는 전기적으로 도전성 금속 및/또는 구리, 금, 알루미늄 또는 은과 같은 도전층으로 도금된 비도전성 재료로 이루어진다. 공진 캐버티 구조(72)는, 구리, 금, 또는 은과 같은 전기적으로 도전성인 재료로 도금되거나 형성되는 공진 캐버티(66)와 출력 포트(들)(74)의 벽을 제외하면 전기적으로 도전성이거나 도전성이 아닐 수 있다. 애노드(42)와 공진 캐버티 구조(72)는 이해될 수 있는 바와 같이 단일 일체 조각으로서 또는 분리되어 형성될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 애노드(42)를 형성하도록 사용될 수 있는 웨지를 예시한다. 상술한 미국 특허출원번호 제09/798,623호에서 기재되어 있는 바와 같이, 애노드(42)와 유사한 애노드가 복수의 파이형 웨지에 의해 형성될 수 있다. 유사하게, 애노드(42)는 도 4a 및 도 4b에 도시한 웨지(80a, 80b)의 조합으로 각각 형성될 수 있다.

예를 들면, 애노드(42)의 내부 표면(50)은 축 A를 따라 주어진 축 지점 주위에 원주 둘레에서 이격된 복수(N)의 도파로 개구들을 포함할 수 있다. 개구의 개수(N)와 치수는 상술한 바와 같이 원하는 동작 주파수(λ)에 의존한다. 애노드(42)는 복수(N)의 파이형 웨지 요소(80a, 80b)에 의해 형성되고, 이들은 통상 여기서 웨지(80)로 불린다. 나란히 적층되는 경우, 웨지(80)는 애노드(42)의 구조를 형성한다.

도 4a 및 도 4b는 웨지 요소(80a, 80b)의 사시도를 나타낸다. 각각의 웨지(80)는 (2π/N) 라디안과 동일한 각 폭(φ)과, 애노드(42)의 내부 반경과 동일한 내부 반경(ra)을 갖게 된다. 웨지(80)의 외부 반경(ro)은 애노드(42)의 외부 반경(ro)에 대응한다(즉, 외부 표면(68)의 방사상 거리). 각 웨지(80a)의 정면은 짝수번 도파로(59a)의 저면과 측면 내에서 형성된다. 유사하게, 각 웨지(80b)의 정면은 홀수번 도파로(59b)의 저면 및 측면 내에 형성된다.

총 N/2개의 웨지(80a)와 N/2개의 웨지(80b)는 도 3에 나타낸 전체 애노드(42)를 형성하도록 교대하는 방식으로 나란히 함께 결합될 수 있다. 따라서, 각 웨지(80)의 뒷면은 인접 웨지(80)에서 형성된 도파로의 상부 표면의 역할을 한다.

웨지(80)는 구리, 알루미늄, 황동 등과 같은 다양한 유형의 전기적으로 도전성 재료로부터, 원하는 경우 도금(예를 들어, 금)되어, 형성된다. 다르게는, 웨지(80)는 적어도 도파로(59a, 59b)가 형성되는 영역에서는 전기적으로 도전성인 재료로 도금되는 일부 비도전성 재료로 이루어질 수 있다.

웨지(80)는 공지의 제조 또는 형성 기술 중의 임의의 것을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 웨지(80)는 정밀 밀링 머신을 사용하여 머시닝될 수 있다. 다르게는, 레이저 절단 및/또는 밀링 장치가 웨지를 형성하는데 사용될 수 있다. 다른 대안으로서, 리소그라피 기술이 원하는 웨지를 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 웨지의 사용은 원하는 바와 같은 개별 치수의 정밀 제어를 가능하게 한다.

웨지(80)가 형성된 후에, 이들은 애노들(42)을 형성하도록 적절한 순서(즉, 짝-홀-짝-홀.. 등)으로 배치된다. 웨지(80)는 대응 지그, 웨지 솔더링되고, 납땜되고 또는 그와 달리 본딩되어 제자리에 유지되어 단일 유닛을 형성할 수 있다.

도 5 및 도 6은 서로 다른 애노드 구조를 갖는 페이저(22)의 다른 실시예를 예시한다. 보다 상세하게는, 이전 실시예에서 도파로(59a, 59b)에 의해 형성되는 페이징 라인은 맞물림 전극으로 대체된다. 맞물림 전극은 동작 파장(λ)에 독립적인 매우 미세한 전극 간격을 가능하게 한다. 여기서 설명된 각각의 실시예들 사이에는 많은 점들이 유사하므로, 간략함을 위해 관련 차이점 만을 설명한다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 페이저(22)는 교차 자계(B)를 제공하는 영구 자석(58, 60)을 포함하다. 철 등으로 이루어진 대응 실린더형 폴 피스(90)는 각 자속(58, 60) 상의 축 A 주변에 동축으로 탑재된다. 각각의 폴 피스(90)는 은 등으로 이루어진 부드럽고 매우 전기적으로 도전성인 클래딩(92)을 포함한다. 폴 피스(90)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 전반적으로 대칭이고 서로 대향한다. 폴 피스(90)와 대응 클래딩(92)의 폭(W)은 비교적 폭넓은 애노드-캐소드 공간(44)을 그 사이에 규정한다.

일 실시예에서, 각 폴 피스(90)는 축 A로부터 반경(rcb)를 갖는 원의 원주 주변에 균일하게 이격된 복수의 전극(96)을 구비한다. 일 실시예에서 전극(96)은 은, 구리 등으로 이루어진 전기적으로 도전성이 핀으로 각각이 형성된다. 전극(96)은 예를 들어 원형 또는 사각형 단면을 가질 수 있다. 전극(96)은 1/4λ를 가지며, 여기서 λ는 또한 원하는 동작 주파수에서의 파장이다. 전극(96)은 축 A에 평행인 대응 폴 피스(90)의 베이스로부터 기계적으로 결합되고 연장한다. 또한, 각 폴 피스(90)로부터의 전극(96)은 대응 폴 피스(90)와 동일한 전위에 남도록 이러한 실시예에서 폴 피스(90)에 전기적으로 결합된다. 더욱이, 상부 폴 피스(90)로부터의 전극(96)은 도 5에 도시한 바와 같이 하부 폴 피스(90)의 전극(96)과 맞물려 있다. 그 결과, 실린더형 "케이지(cage)"가 각각의 폴 피스(90) 사이에 규정된 애노드-캐소드 공간(44)에서 캐소드(40) 주변에 형성된다. 서로 다른 폴 피스로부터의 인접한 전극(96)은 도 7에 도시한 바와 같이 Gp로 표현된 갭에 의해 서로 이격되게 된다. 도면에서 도시한 전극(96)의 수는 설명의 용이함을 위해 감소되어 있음이 이해될 것이다.

도 5 내지 도 7의 실시예에 따르면, 전극(96)으로부터 폴 피스(90)의 외부 에지(클래딩(92)를 포함)로의 방사상 거리는 예를 들어(도 7) λ/2이다. 폴 피스(90)의 대향 면(98) 사이의 간격(S)은 λ/4보다 약간 크다(반대 방향으로 대항하는 폴 피스(90)와의 전극 접촉을 방지하기 위해서). 그 결과, 폴 피스(90)의 대향 면(98)은 전극(96)에 의해 형성되는 실린더형 케이지의 에지에서 개시하여 공통 공진 캐버티(66)로 오픈하는 λ/2의 방사형 방향의 길이를 갖는 병렬 플레이트 전송선 또는 도파로를 형성한다.

캐소드(40)는 축 A(예를 들어, 하부 자석(60)과 폴 피스(90)를 통해)를 따라 맞물림 전극(96)에 의해 형성되는 케이지 내에서 중앙이 되도록 연장한다. 이전의 실시예에서와 같이, 단자(52, 54)는 절연체(5)를 통해 각각 통과하며, 캐소드(40)에 전기적으로 접속되어 캐소드(40)를 가열할 전력을 공급하고 또한 캐소드(40)에 음(-)의 고전압을 제공한다. 각각의 폴 피스(90)는 이러한 실시예에서 단자(56)를 통해 고전압의 양(+) 또는 접지 단자에 전기적으로 접속된다. 동작 동안, 전원(32; 도 1)은 단자(52, 54)를 통해 캐소드(40)에/로부터 히터 전류를 인가한다. 동시에, 전원(32)은 캐소드(40)와 애노드(42)에 단자(54, 56)를 통해 dc 전압을 인가한다. dc 전압은 애노드-캐소드 공간(44)을 통해 캐소드(40)와 전극(96) 사이에 방사상으로 연장하는 dc 전계(E)를 생성한다.

전자는 캐소드(40)로부터 방출되어 다시 애노드-캐소드 공간(44)에서 수직인 E 필드와 B 필드를 통해 상술한 곡선 경로를 따른다. 그 후, 전자는 전극(96)에 매우 근접하게 진행하여 도 7에서 나타낸 인접한 전극(96) 상으로 반대 전하를 유도한다. 유도된 전하는 또한 공진 캐버티(66) 내로 폴 피스(90)의 대향 면들(98) 사이에서 외부로 방사하는 전자기 신호를 유도한다. 방사된 전자기 신호는 인접 전극(96) 상에서 유도된 교류 전하를 강화하도록 애노드-캐소드 공간(44)을 향해 다시 공진 캐버티(66)에 의해 반사된다.

이러한 방식으로, 페이저(22) 내의 에너지는 애노드-캐소드 공간(44) 내에서 형성되고 회전하는 전자 구름과 관련되는 원하는 동작 주파수에서 진동하기 시작한다. 정재파 전자계는 토로이드 공진 캐버티(66)의 직선 및 곡선 표면 사이에서 발생한다. 이들 필드 중 일부는 맞물림 전극(96)을 향해 폴 피스(90)의 대향 면들(98) 사이 내부로 도전된다. 진동 사이클 동안 특정 시점에서, 정재파 필드는 상부 폴 피스(90)의 면(98) 및 전극(96)이 음으로 충전되게 하는 반면, 하부 폴 피스(90)의 면(98)과 전극(96)은 양으로 충전되게 한다.

결과적인 교대하는 양과 음으로 충전된 맞물림 전극(96)은 수평 전계(Eh)가 도 7에서 나타낸 바와 같이 전극들(96) 사이에서 갭 내에 존재하게 한다. 정재파 필드가 진동 사이클 동안 시간에 대하여 역이 됨에 따라, 상부 폴 피스(90)의 면(98)과 전극(96)은 양으로 충전되고, 하부 폴 피스(90)의 면(98) 및 전극(96)은 음으로 충전된다. 전극들(96) 사이의 양의 전계(Eh)는 따라서 각 사이클 동안에 방향이 반전된다. 이들 수평 전계(Eh)는 따라서 애노드-캐소드 공간 내에서 회전 전하 구름과 상호작용하는 파이 모들 필드가 되어 페이저(22) 내에서 진동하게 한다.

도 5 내지 도 7에 따른 일 실시예에서, 페이저(22)의 예시적인 치수 및 특성은 다음과 같다:

원하는 동작 주파수:10㎓

폴 피스(90)의 직경(클래딩(92) 포함): 3.9㎝

공진 캐버티(66)의 길이(Lc): 8.86㎝

공진 캐버티(66)의 폭(Wc): 10.6㎝

전극(96; 핀) 길이: ¼λ

전극(96) 개수: 40(상부 폴 피스에 20; 하부 폴 피스에 20)

전극(96)의 직경: 0.020인치

전극(96) 간의 간격(갭 Gp): 0.010인치

도 8 내지 도 10은 페이저(22)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 넓은 애노드 구조(42)가 좁은 애노드 구조(42)로 교체되었다는 점을 제외하면 도 5 내지 도 7의 실시예와 유사하다. 특히, 폴 피스(90)의 직경(클래딩(92) 포함)은 전극(96)에 의해 형성된 원의 직경(2 x rcb)보다 단지 약간 클 뿐이다. 도 5 내지 도 7의 실시예과 비교하여 동작은 유사하다. 그러나, 이 실시예에서, 공진 캐버티(66) 내의 정재파 필드는 맞물림 전극(96)에 직접 인가된다. 전극(96)에 의해 형성되는 "케이지"와 공진 캐버티(66)에 대한 개구 사이의 병렬 플레이트 전송선 또는 유효 λ/2 는 없다.

도 8 내지 도 10의 좁은 애노드 실시예는 초단파에서 동작하도록 설계된 페이저(22)를 구성하는데 실용적이다. 이러한 좁은 애노드 설계는 축 A를 따라 서로 적층되는 맞물림 전극(96)의 다수의 "케이지"를 형성을 용이하게 한다. 따라서, 케이지 핀 전극(96)의 길이가 예를 들어 적외선과 광 파장에서 매우 짧아지면, 적층된 케이지가 애노드=캐소드 공간(44) 내에서 보다 큰 상호작용 표면 영역을 제공한다.

도 11을 간략하게 참조하면, 본 발명에 따른 애노드(42)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 애노드(42)는 유리 또는 다른 유형의 절연재로 이루어진 할로우 실린터형 뉴브(110)를 포함한다. 맞물림 전극(96)은 튜브(110)의 내부 표면 상에 금속화된 패턴으로서 형성된다. 따라서, 반도체 장치의 제조에 통상 사용되는 간단한 리소그라피 기술이 미세하고 정밀한 맞물림 전극(96)을 형성하는데 사용될 수 있다. 튜브(110)는 그 후에 캐소드(40)를 둘러싸도록 페이저(22)의 축 A를 따라 위치하며, 다른 실시예에서 나타낸 바와 같이 자석(58, 60) 사이에 위치한다. 맞물림 전극(96)은 그 맞물림 전극(96)에 따라 튜브(110)의 표면상에 또한 패터닝되는 상부 및 하부 도전성 링(112, 114) 각각에 의해 접지 또는 양의 dc 전압에 결합된다. 튜브(110)는 전극(96)이 매우 작아지면, 특히, 보다 초단파에서 그 위에 형성되는 전극(96)에 대한 지지 기판으로서 동작한다.

또한, 튜브(110)는 외부 진공 엔벌로프로서 동작할 수 있다. 튜브(110) 외부에서, 페이저(22)(예를 들어, 공진 캐버티(66))는 공기로 채워질 수 있다. 한편, 튜브(110)의 내부 표면 상에 형성된 맞물림 전극(96)은 진공과 캐소드로부터 방출된 회전 구름에 노출된다. 튜브(110)의 외부 벽에 대한 공기 냉각은 내부 표면 상의 맞물림 전극(96)을 냉각시키는데 사용될 수 있다.

따라서, 튜브(110)는 캐소드(40)를 둘러싸는데 용이하게 되고, 진공을 포함하는 장치(22) 부분일 수 있다. 맞물림 전극(96)을 포함하지 않는 튜브(110)의 부위는 원하는 바와 같이 전자기적으로 반사성이 되도록 내부 표면 상에 금속화된 막을 포함할 수 있다. 전극(96)과 애노드(40)를 구비하는 튜브(110)는 말단 및 진공 내부에서 전기적 접속을 갖는 선형 전구와 동일한 방식으로 복합 구조로서 형성될 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 페이저(22)의 또다른 실시예를 나타낸다. 상기 실시예는 다음 예외를 제외하면 도 5 내지 도 7의 실시예와 유사하다. 이러한 실시예에서, 맞물림 전극(96)은 양의 높은 dc 전압에 유지되어 폴 피스(90)로부터 격리된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 각 폴 피스(90)에 관련된 맞물림 전극(96)은 도 전 링(120) 상에 각각 형성되어 이로부터 연장한다. 각각의 링(120)은 절연 스페이서(122)에 의해 그의 대응 폴 피스(90)로부터 전기적으로 분리된다.

그 결과, 맞물림 전극(96)은 폴 피스(90)에 비해 전기적으로 플로팅된다. 동작 시에, 전극(96)은 단자(56)와 도전 링(120)을 통해 양(+)의 고전압에 전기적으로 접속된다. 폴 피스(90)는 단자(54)를 통해 캐소드 접지에 결합된다. 또한, 캐소드(40)와 맞물림 전극(96) 간의 전압차는 그 사이에서 방사상으로 연장하는 E 필드가 발생하게 된다. 또한, 동작은 이전의 실시예와 유사하다.

도 12의 실시예에서는 플로팅 맞물림 전극(96)이 넓은 애노드 실시예에 따라 도시되어 있지만, 플로팅 맞물링 전극(96)은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 도 8 내지 도 10의 좁은 애노드 실시예에 유사하게 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 더욱이, 페이저(22)의 다른 실시예는 그들의 표면(98)이 방사상 방향으로 맞물림 전극(96)에 의해 형성되는 케이지로부터 멀어지면서 테이퍼되도록 플레어되는 폴 피스(90)를 갖는 맞물림 전극(96)을 이용할 수 있다.

더욱이, 맞물림 전극(96)을 사용하여 애노드(42)의 다양한 실시예들은 폴 피스 및/또는 도전성 링과 모두 전기적으로 직접 접촉하도록 개별 폴 피스(90) 사이에서 완전히 연장하는 일부 전극(96)을 포함할 수 있다. 이러한 접속은 원하는 경우 증가된 DC 연속성을 제공한다.

페이저(22)는 캐소드를 둘러싸는 애노드 구조의 경우에 대하여 여기서 기재된 것이 이해될 것이다. 다른 실시예에서는, 그 구조가 반전될 수 있다. 애노드는 실린더형 캐소드에 의해 둘러싸일 수 있다. 본 발명은 반전형과 비반전형을 모 두 포함한다.

비록 본 발명은 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시되고 설명되었지만, 명세서의 숙독 및 이해시에 당업자에게는 균등물과 변형이 발생할 수 있음이 명백할 것이다. 본 발명은 모든 이러한 균등물 및 변형을 포함하며, 단지 후술하는 청구항의 범주에 의해서만 한정될 뿐이다.

Claims (31)

1. 전자기 방사원(electromagnetic radiation source)으로서,

   애노드-캐소드 공간(anode-cathode space)에 의해 분리되는 애노드와 캐소드;

   상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 dc 전압을 인가하여 상기 애노드-캐소드 공간에 걸쳐 전계를 설정하는 전기 컨택트들;

   상기 애노드-캐소드 공간 내에서 상기 전계에 수직인 dc 자계를 제공하도록 배치되는 자석;

   상기 애노드-캐소드 공간을 규정하는 상기 애노드의 표면을 따라 형성된 복수의 개구들 - 상기 캐소드로부터 방출된 전자들은 상기 전계 및 자계에 의해 영향을 받아, 상기 애노드-캐소드 공간을 통한 경로를 따르고, 상기 개구들에 근접하여 진행하며, 상기 애노드의 표면은 애노드-캐소드 공간 개구들 이외의 임의의 공진 캐버티들(cavities)에 대한 개구들이 없음 -; 및

   전자들이 상기 애노드-캐소드 공간 개구들에 근접하여 진행하고, 대응하는 공통 공진기 및 도파로들의 개구들을 통해 상기 공통 공진기 내로 상기 각각의 도파로를 통해 이동한 결과로서 상기 애노드-캐소드 공간 개구들 내에 유도되는 전자기 방사를 수신하는 공통 공진기 - 상기 공통 공진기는 상기 애노드-캐소드 공간 개구들을 향해 상기 전자기 방사를 반사시켜서 원하는 동작 주파수에서 상기 개구들 각각에 걸쳐 진동 전계(oscillating electric fields)를 생성함 -

   를 포함하고,

   상기 복수의 도파로들은 상기 복수의 도파로들을 통해 지나가는 상기 전자기 방사에 대한 상이한 페이징(phasing)에 대하여 상이한 동작 파장들을 갖는 도파로들을 포함하며,

   상기 전자들의 개구들에 대한 근접도는 상기 공통 공진기 내에 공진 자계(resonant electromagnetic field)를 설정하기에 충분한 것인 전자기 방사원.
2. 제1항에 있어서,

   특정 개구의 상기 진동 전계는 인접한 애노드-캐소드 공간 개구들에 대하여 180도의 위상차가 나는 전자기 방사원.
3. 제1항에 있어서,

   상기 상이한 동작 파장들을 갖는 도파로들은 상이한 치수들(dimensions)을 갖는 도파로들을 포함하는 전자기 방사원.
4. 제3항에 있어서,

   상기 상이한 치수들은 H 평면에서인 전자기 방사원.
5. 제3항에 있어서,

   상기 상이한 치수들은 상이한 폭들을 갖는 도파로들의 결과인 전자기 방사원.
6. 제1항에 있어서,

   상기 동작 파장에서의 차이는 ½λ이고, λ는 상기 동작 주파수의 파장을 나타내는 전자기 방사원.
7. 제1항에 있어서,

   상기 캐소드는 반경 rc를 갖는 실린더형이고,

   상기 애노드는 반경 ra를 갖는 환형이고, 상기 캐소드와 동축 정렬되어 폭 wa = ra-rc로 상기 애노드-캐소드 공간을 규정하며,

   상기 애노드의 표면의 원주 2πra는 λ보다 크고, λ는 상기 동작 주파수의 파장을 나타내는 전자기 방사원.
8. 제1항에 있어서,

   상기 애노드는 상기 애노드-캐소드 공간이 위치되는 할로우형(hollow-shaped) 실린더를 형성하도록 나란히 배치된 복수의 웨지(wedge)들을 포함하고, 상기 웨지들 각각은 상기 애노드-캐소드 공간에 노출된 개구를 갖는 도파로를 부분적으로 규정하는 제1 리세스(recess)를 포함하는 전자기 방사원.
9. 전자기 방사원으로서,

   애노드-캐소드 공간에 의해 분리되는 애노드와 캐소드;

   상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 dc 전압을 인가하여, 상기 애노드-캐소드 공간에 걸쳐 전계를 설정하는, 상기 애노드와 상기 캐소드에 각각 부착되는 전기 컨택트들;

   상기 애노드-캐소드 공간 내에서 상기 전계에 수직인 dc 자계를 제공하도록 배치되는 자석;

   상기 애노드의 일부를 형성하고, 상기 애노드-캐소드 공간을 규정하기 위한 패턴으로 배치된 N개의 핀형 전극들을 포함하는 어레이; 및

   상기 N개의 전극들에 근접하는 공통 공진 캐버티

   를 포함하고,

   상기 N개의 전극들은 개구들을 사이에 두고 서로 이격되며, 상기 캐소드로부터 방출된 전자들은 상기 전계 및 상기 자계에 의해 영향을 받아, 상기 애노드-캐소드 공간을 통한 경로를 따르고, 상기 공통 공진 캐버티 내에 공진 전자계를 설정하도록 상기 개구들에 근접하여 진행하며,

   상기 애노드-캐소드 공간을 규정하는 N개의 전극들의 패턴의 원주는 λ보다 크고, λ는 상기 전자기 방사원의 동작 주파수의 파장을 나타내는 전자기 방사원.
10. 제9항에 있어서,

    상기 캐소드는 축 주위의 실린더형이며, 상기 N개의 전극들은 상기 캐소드 주위에서 동축으로 실린더형 케이지(cylindrical cage)를 형성하는 전자기 방사원.
11. 제10항에 있어서,

    상기 N개의 전극들은 상기 캐소드 주위에 동축으로 정렬된 복수의 실린더형 케이지들을 형성하고, 상기 복수의 실린더형 케이지들은 서로 적층되는 전자기 방사원.
12. 제10항에 있어서,

    상기 전극들은 상기 축과 평행하게 정렬되는 전자기 방사원.
13. 제10항에 있어서,

    N/2개의 전극들은 상기 애노드-캐소드 공간의 하부로부터 연장되고, 나머지 N/2개의 전극들은 상기 애노드-캐소드 공간의 상부로부터 연장되는 전자기 방사원.
14. 제13항에 있어서,

    상기 애노드-캐소드 공간의 하부로부터 연장되는 전극들은 상기 애노드-캐소드 공간의 상부로부터 연장되는 전극들과 서로 맞물리는(interdigitated) 전자기 방사원.
15. 제14항에 있어서,

    상기 N개의 전극들은 고정 dc 전위에 고정되어 상기 전계를 설정하고, ac 전위들이 상기 공진 전자계에 의해 상기 전극들 상에 유도되는 전자기 방사원.
16. 제15항에 있어서,

    인접한 맞물린 전극들(adjacent interdigitated electrodes) 상에 유도된 상기 ac 전위들은 각각 180도의 위상차가 나는 전자기 방사원.
17. 제14항에 있어서,

    상기 N개의 전극들은 튜브 상에 형성된 도전층으로부터 패터닝되는 전자기 방사원.
18. 제14항에 있어서,

    상기 애노드-캐소드 공간의 상부 및 하부는, 상부 및 하부 자기 폴 피스들(magnetic pole pieces)에 의해 각각 규정되는 전자기 방사원.
19. 제18항에 있어서,

    상기 N개의 전극들은 대응하는 폴 피스에 전기적으로 및 기계적으로 결합되는 전자기 방사원.
20. 제18항에 있어서,

    상기 N개의 전극들은 대응하는 폴 피스로부터 전기적으로 격리되는 전자기 방사원.
21. 제18항에 있어서,

    상기 폴 피스들은 상기 N개의 전극들과 상기 공통 공진 캐버티 사이에 도파로를 규정하는 전자기 방사원.
22. 제21항에 있어서,

    상기 도파로는 길이가 λ/2의 정수배이고, λ는 상기 공진 자계의 주파수의 파장인 전자기 방사원.
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