JP3577032B2 - 進行波管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、進行波管に関し、特に衛星搭載アンテナやフェーズドアレイアンテナに用いて好適な進行波管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工衛星に搭載される進行波管、あるいはフェーズドアレイアンテナ等に搭載される進行波管では、コレクタ部における熱損失をできるだけ少なくして効率を向上させるため、コレクタ電極を複数個に分割した多段コレクタ構造が採用されている。
【０００３】
このような多段コレクタ構造の進行波管では、各段のコレクタ電極に対してそれぞれ異なる電圧が印加され、高周波との相互作用によって速度分布を持つようになった電子ビームがそれぞれの速度に応じて弁別され捕捉される。
【０００４】
図５は進行波管の一構成例を示す側面図であり、図６は図５に示した進行波管が有するコレクタ部の構造を示す高圧リード線と絶縁セラミックの関係を示す模式断面図である。また、図７は図６に示した絶縁セラミックの構造を示す断面図である。なお、図６では絶縁セラミックの最下部に高圧リード線が通る様子を示しているが、図７に示すように絶縁セラミックに４本の高圧リード線を通す場合、実際の高圧リード線は最下部ではなくそれよりも少し上の位置を通る。
【０００５】
図５に示すように、進行波管は、電子ビームを発射するカソード５１を有する電子銃部５０と、例えば、へリックス６１から成る遅延回路部６０と、周期磁界発生装置から成る集束磁界部７０と、増幅対象である高周波信号が入力される入力部８０と、増幅された高周波信号が出力される出力部９０と、多段コレクタ構造のコレクタ部１００とを有する構成である。
【０００６】
このような構成において、カソード５１から発射された電子ビームは入力部８０から入力された高周波信号と相互作用しながらへリックス６１の内部を進行する。そして、出力部９０から電子ビームとの相互作用により増幅された高周波信号が出力され、電子ビームはエネルギー分布を有してコレクタ部１００に入力され、コレクタ部１００の各コレクタ電極で捕捉される。
【０００７】
図６に示すように、従来の進行波管が有するコレクタ部１００は、複数のコレクタ電極（図６では４段）１１がそれぞれ絶縁セラミック１２によって金属からなる真空外囲器１３の径方向に接合固定された構造である。各コレクタ電極１１には外部から所定の電圧を供給するための高圧リード線１４が接続され、該高圧リード線１４は絶縁セラミック１２に設けられた穴を通して外部に引き出される構成である。
【０００８】
図７に示すように、絶縁セラミック１２は、例えば、接地電位に接続される真空外囲器１３と高電圧が印加されるコレクタ電極１１間で所定の絶縁性能を保つために径方向の肉厚が一様な円筒状に形成され、上記高圧リード線１４を通すための複数の穴１５が設けられている。ここで、絶縁セラミック１２の内径の中心軸と外径の中心軸とは一致している。
【０００９】
なお、多段コレクタ構造のコレクタ部１００では、第１段目のコレクタ電極（図６のＣ１）には１本の高圧リード線１４しか通らず、第２段目のコレクタ電極（図６のＣ２）には２本の高圧リード線１４しか通らない。また、第３段目のコレクタ電極（図６のＣ３）には３本の高圧リード線１４しか通らず、第４段目のコレクタ電極（図６のＣ４）には４本の高圧リード線１４しか通らない。すなわち、絶縁セラミック１２に設けられた穴１５の全てに高圧リード線１４が通るわけではない。しかしながら、進行波管の生産性を考慮して図６に示す各絶縁セラミック１２には同じ位置に同じ数の穴がそれぞれ設けられている。
【００１０】
また、図６に示したコレクタ部１００は、不図示の排気管が取り付けられる構成であり、該排気管は図６の上部位置に取り付けられるため、図７に示すように絶縁セラミック１２では４つの高圧リード線用の穴１５が全て下側に形成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年の人工衛星あるいはフェーズドアレイアンテナに搭載する進行波管には小型軽量化の要求がますます高まっている。
【００１２】
上述した進行波管が有するコレクタ部では、各高圧リード線間、及びコレクタ電極と真空外囲器間の絶縁性能を確保するために、絶縁セラミックの径方向の肉厚を、その材料の耐電圧に応じて所定の厚さ以上に形成する必要がある。
【００１３】
したがって、高圧リード線を通すための穴が空いている絶縁セラミックの肉厚を薄くすることが困難であり、従来の構造では小型化要求に応えることができないという問題があった。
【００１４】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、真空外囲器の直径を小さくして小型化を実現した進行波管を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の進行波管は、複数のコレクタ電極と、前記コレクタ電極を所定の絶縁性能を有して真空外囲器内に固定する、前記コレクタ電極にそれぞれ対応して設けられた複数の絶縁セラミックと、前記絶縁セラミックに設けられた穴を通して前記コレクタ電極と前記真空外囲器の外部とを接続する、前記外部から前記コレクタ電極に所定の電圧を供給するための複数の高圧リード線とを有する進行波管であって、前記絶縁セラミックは、内径の中心軸と外径の中心軸とがずれた円筒状に形成され、前記外径の中心軸を挟んで対向する部位よりも径方向の肉厚が厚い部位に前記穴が設けられた構成である。
【００１６】
このとき、前記絶縁セラミックは、前記穴の外周と前記真空外囲器とに挟まれる部位のうち最も薄い部位の厚さが、径方向の肉厚が最も薄い部位の厚さ以上であることが望ましく、絶縁セラミックに設けられた穴の数が、該絶縁セラミック内を通る前記高圧リード線の数に等しいことが望ましい。
【００１７】
上記のように構成された進行波管では、絶縁セラミックの内径の中心軸と外径の中心軸とがずれて形成され、外径の中心軸を挟んで対向する部位よりも径方向の肉厚が厚い部位に高圧リード線を通すための穴が設けられることで、高圧リード線間、及びコレクタ電極と真空外囲器間に所定の絶縁性能を確保しつつ、真空外囲器の直径を従来よりも小さくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の進行波管が有するコレクタ部の第１の実施の形態の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示した絶縁セラミックの構造を示す断面図である。なお、進行波管の構成は従来と同様であるため、その説明は省略する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の進行波管が有するコレクタ部は、従来と同様に複数のコレクタ電極（図１では４段）１がそれぞれ絶縁セラミック２によって金属からなる真空外囲器３の径方向に接合固定された構造である。なお、図１では最終段のコレクタ電極（図１のＣ４）の高圧リード線が絶縁セラミック２を通らずに外部に直接引き出される構造を示している。この場合、各絶縁セラミック２を同様の形状にすると、各々が備える高圧リード線４を通すための穴の数はそれぞれ３つとなる。
【００２１】
図２に示すように、本実施形態の絶縁セラミック２は、内径の中心軸と外径の中心軸とがずれた円筒状に形成され、径方向の肉厚が厚い部位に高圧リード線４を通すための複数の穴５が設けられた構成である。
【００２２】
ここで、絶縁セラミック２の肉厚は、径方向に最も薄い部位でも（図２のＡ部）コレクタ電極１と真空外囲器３間に所定の絶縁性能が確保できる厚さに形成される。
【００２３】
また、高圧リード線４を通すための穴５は、穴５の外周と真空外囲器３とに挟まれる部位のうち最も薄い部位の厚さが、上記コレクタ電極１と真空外囲器３間の絶縁性能と同等の絶縁性能が確保できる厚さとなるような位置（図２のＢ部）に形成される。すなわち、高圧リード線４を通すための穴５は、穴５の外周と真空外囲器３とに挟まれる部位のうち最も薄い部位の厚さが、径方向の肉厚が最も薄い部位の厚さ以上となる位置に形成される。なお、高圧リード線４間も必要な絶縁性能を持つように所定の距離を有して配置されることは言うまでもない。
【００２４】
このような形状にすることで、高圧リード線４間、及びコレクタ電極１と真空外囲器３間の絶縁性能を確保しつつ真空外囲器３の直径を小さくすることができる。例えば、従来のように絶縁セラミックの肉厚が一様な円筒形状の場合、真空外囲器の直径が１７ｍｍであったものが、本実施形態の構造で設計すると真空外囲器の直径を１４．９ｍｍにすることが可能であり、従来の８８％の直径で同じ絶縁性能を備えたコレクタ部を得ることができる。
【００２５】
したがって、従来よりも小型化された進行波管を得ることができる。特にフェーズドアレイアンテナのように多数のアンテナ素子が配列されるシステムに本実施形態の進行波管を用いれば、該システムの小型化に大きく寄与する。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の進行波管が有するコレクタ部の第２の実施の形態の構造を示す高圧リード線と絶縁セラミックの関係を示す模式断面図であり、図４は図３に示した絶縁セラミックの構造を示す断面図である。なお、図３に示したコレクタ部は第１の実施の形態と同様に４段のコレクタ電極を有する構成であるが、各コレクタ電極に電圧を印加するための高圧リード線がそれぞれ絶縁セラミックに設けられた穴を通して外部に引き出される構造である。また、図３では絶縁セラミックの径方向の肉厚が最も厚い部位（最下部）に高圧リード線が通る様子を示しているが、本実施形態のように絶縁セラミックに４本の高圧リード線を通す場合、実際の高圧リード線は最下部ではなくそれよりも少し上の位置を通る。その他の構造は第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００２７】
本実施形態のコレクタ部は、絶縁セラミックに設ける高圧リード線を通すための穴６がコレクタ電極の位置に応じて異なる構成である。
【００２８】
例えば、コレクタ電極が４段からなる図３に示すコレクタ部の場合、図４に示すように、第１段目のコレクタ電極（図３のＣ１）を支持する絶縁セラミックに高圧リード線を通すための１つの穴６_１が設けられ、第２段目のコレクタ電極（図３のＣ２）を支持する絶縁セラミックに２つの穴６_１、６_２が設けられ、第３段目のコレクタ電極（図３のＣ３）を支持する絶縁セラミックに３つの穴６_１〜６_３が設けられ、最終段のコレクタ電極（図３のＣ４）を支持する絶縁セラミックに４つの穴６_１〜６_４が設けられた構造である。
【００２９】
このように絶縁セラミックに設ける穴の数を、対応するコレクタ電極の位置に応じて、内部を通る高圧リード線の数に等しくすることで、絶縁セラミックに穴を空ける工程が削減できるため、絶縁セラミックの単価が低下し、進行波管のコストを低減できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００３１】
絶縁セラミックの内径の中心軸と外径の中心軸とがずれて形成され、外径の中心軸を挟んで対向する部位よりも径方向の肉厚が厚い部位に高圧リード線を通すための穴が設けられることで、高圧リード線間、及びコレクタ電極と真空外囲器間に所定の絶縁性能を確保しつつ、真空外囲器の直径を従来よりも小さくすることができる。
【００３２】
したがって、従来よりも小型化された進行波管を得ることが可能であり、特にフェーズドアレイアンテナのように多数のアンテナ素子が配列されるシステムに本実施形態の進行波管を用いれば、該システムの小型化に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の進行波管が有するコレクタ部の第１の実施の形態の構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示した絶縁セラミックの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の進行波管が有するコレクタ部の第２の実施の形態の構造を示す高圧リード線と絶縁セラミックの関係を示す模式断面図である。
【図４】図３に示した絶縁セラミックの構造を示す断面図である。
【図５】進行波管の一構成例を示す側面図である。
【図６】図５に示した進行波管が有するコレクタ部の構造を示す高圧リード線と絶縁セラミックの関係を示す模式断面図である。
【図７】図６に示した絶縁セラミックの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ コレクタ電極
２ 絶縁セラミック
３ 真空外囲器
４ 高圧リード線
５、６、６_１〜６_４ 穴

Claims (3)

1. 複数のコレクタ電極と、前記コレクタ電極を所定の絶縁性能を有して真空外囲器内に固定する、前記コレクタ電極にそれぞれ対応して設けられた複数の絶縁セラミックと、前記絶縁セラミックに設けられた穴を通して前記コレクタ電極と前記真空外囲器の外部とを接続する、前記外部から前記コレクタ電極に所定の電圧を供給するための複数の高圧リード線とを有する進行波管であって、
   前記絶縁セラミックは、内径の中心軸と外径の中心軸とがずれた円筒状に形成され、前記外径の中心軸を挟んで対向する部位よりも径方向の肉厚が厚い部位に前記穴が設けられた進行波管。
2. 前記絶縁セラミックは、前記穴の外周と前記真空外囲器とに挟まれる部位のうち最も薄い部位の厚さが、径方向の肉厚が最も薄い部位の厚さ以上である請求項１記載の進行波管。
3. 絶縁セラミックに設けられた穴の数が、該絶縁セラミック内を通る前記高圧リード線の数に等しい請求項１または２記載の進行波管。

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