JPH02117201A - モード変換器 - Google Patents
モード変換器Info
- Publication number
- JPH02117201A JPH02117201A JP26932588A JP26932588A JPH02117201A JP H02117201 A JPH02117201 A JP H02117201A JP 26932588 A JP26932588 A JP 26932588A JP 26932588 A JP26932588 A JP 26932588A JP H02117201 A JPH02117201 A JP H02117201A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mode
- mode converter
- waveguide
- converter
- radius
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は該融合炉等でプラズマを加熱するための大電
力ミリ波発娠管であるジャイロトロンおよび、その出力
波を発ＷＲ管内または管外において伝送する導波管にお
けるモードを別の導波管モードに変換するモード変換器
に関する。
力ミリ波発娠管であるジャイロトロンおよび、その出力
波を発ＷＲ管内または管外において伝送する導波管にお
けるモードを別の導波管モードに変換するモード変換器
に関する。
（従来の技術）
ジャイロトロンの出力波でプラズマの高周波加熱を行な
う場合、発振モードを低損失であるＴＥＯＩモードに変
換し、導波管でプラズマまで伝送することが考えられて
いる。そして、ＴＥｍｎモードで発振するジャイロトロ
ンの出力波は、第６図に示す形状のモード変換器でＴＥ
ＯＩモードに変換できることが知られている。
う場合、発振モードを低損失であるＴＥＯＩモードに変
換し、導波管でプラズマまで伝送することが考えられて
いる。そして、ＴＥｍｎモードで発振するジャイロトロ
ンの出力波は、第６図に示す形状のモード変換器でＴＥ
ＯＩモードに変換できることが知られている。
しかし、ｍ〉〉１、ｎ−１であるウィスパリングギヤラ
リ−モードと呼ばれるモードで発振するジャイロトロン
出力波では、一般に上記変換器を用いて直接ＴＥＯＩモ
ードに変換することは困難で、第７図に示すブラソフ変
換器と呼ばれる変換器を用いて自由空間へビーム状に放
射させ、非球面ミラー群で反射集束させながら伝送する
方式が検討されている。しかし、伝送に用いる非球面ミ
ラーの加工精度には高いものか要求され、しかも、光軸
合せの為の駆動機構も高価なものとなる。またウィスパ
リングギヤラリ−モードを発振させるジャイロトロンの
出力波は出力窓を透過させて発振管外・＼伝播させてい
るが、この出力窓に加わる熱負荷は非常に大きくしかも
熱流速のピーキングか高いため大出力化が困難であった
。
リ−モードと呼ばれるモードで発振するジャイロトロン
出力波では、一般に上記変換器を用いて直接ＴＥＯＩモ
ードに変換することは困難で、第７図に示すブラソフ変
換器と呼ばれる変換器を用いて自由空間へビーム状に放
射させ、非球面ミラー群で反射集束させながら伝送する
方式が検討されている。しかし、伝送に用いる非球面ミ
ラーの加工精度には高いものか要求され、しかも、光軸
合せの為の駆動機構も高価なものとなる。またウィスパ
リングギヤラリ−モードを発振させるジャイロトロンの
出力波は出力窓を透過させて発振管外・＼伝播させてい
るが、この出力窓に加わる熱負荷は非常に大きくしかも
熱流速のピーキングか高いため大出力化が困難であった
。
（発明が解決しようとする課題）
上述の如く、従来の方式で、ウィスパリングギヤラリ−
モードジャイロトロンの出力波をプラズマまで伝送させ
ることは高価な伝送路が必要である。また、ジャイロト
ロン出力窓に加わる熱負荷のため大出力化が困難であり
、そこで本発明は上述した問題点を解決できるモード変
換器を提（共することを目的とする。
モードジャイロトロンの出力波をプラズマまで伝送させ
ることは高価な伝送路が必要である。また、ジャイロト
ロン出力窓に加わる熱負荷のため大出力化が困難であり
、そこで本発明は上述した問題点を解決できるモード変
換器を提（共することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決する為の手段）
本発明に係るモード変換器およびジャイロトロン装置で
は、如何なるＴＥａ＋ｎモードで発振するジャイロトロ
ンの出力波を伝送において望ましいＴＥＯＩモード等別
のモードに変換できる手段を有する。
は、如何なるＴＥａ＋ｎモードで発振するジャイロトロ
ンの出力波を伝送において望ましいＴＥＯＩモード等別
のモードに変換できる手段を有する。
（作用）
ジャイロトロン出力波を直接ＴＥＯＬモードに変換でき
るので低損失で、かつ、単純な伝送路を）７４成できる
。また、このモード変換器をジャイロトロン内部で用い
ウィスパリングギヤラリ−モード等の出力波をＴ Ｅ
１１モード等に変換して出力窓を透過させると、出力窓
における熱流束のピーキングが小さくなる為熱設計が楽
になり、大出力化か可能となる。
るので低損失で、かつ、単純な伝送路を）７４成できる
。また、このモード変換器をジャイロトロン内部で用い
ウィスパリングギヤラリ−モード等の出力波をＴ Ｅ
１１モード等に変換して出力窓を透過させると、出力窓
における熱流束のピーキングが小さくなる為熱設計が楽
になり、大出力化か可能となる。
［実施例］
一般に円形導波管で伝送される電磁波は平面波の重ね合
せと考えられ、ＴＥＩＩＩｎモードに対して、この平面
波の波動ベクトルＫｅｋは導波管の壁面で、円筒座標系
において次式で与えられる。
せと考えられ、ＴＥＩＩＩｎモードに対して、この平面
波の波動ベクトルＫｅｋは導波管の壁面で、円筒座標系
において次式で与えられる。
Ｋｅｋ−（Ｋｒ， Ｋｚ）
ここで、 Ｋ＝２π／λ λ：電磁波の自由空間波
長、π：円周率 Ｋｒ＝［（νＬＩＩｎ／ ａ） −（ｍ／ ａ） ２
］ １１２にθ−ｍ／ａ ｋｚ（Ｋ−−（νｍｎ／ ａ） ２］ Ｉ／２ａ：モー
ド変換器の両端に接続される円形導波汀の半径、νｍｎ
：ｍ次第１種ベッセル関数の導関数ａＪｍ （Ｘ）／
ａＸのｎ番目の限、ｍ：導波管同電ｌａ波の周方向モー
ド数、一方、変換によってｉ４だい電磁波のモードかＴ
Ｅ ｍ′ｎ′であるとすると重ね合されている平面波
の波動ベクトルＫ ｅ ｋ’は、同様に Ｋｅｋ’−（−Ｋｒｏ、にθ′，Ｋｚ’）Ｋｒ’［（ν
１＋ｔ’／ ａ） −（ｍ■ａ） ２］ ”２にθ”
＝ｍ■ａ ｋｚ’［Ｋ２−（νｍ′ｎ′／ ａ） ２］ ｌ／２で
ある。
長、π：円周率 Ｋｒ＝［（νＬＩＩｎ／ ａ） −（ｍ／ ａ） ２
］ １１２にθ−ｍ／ａ ｋｚ（Ｋ−−（νｍｎ／ ａ） ２］ Ｉ／２ａ：モー
ド変換器の両端に接続される円形導波汀の半径、νｍｎ
：ｍ次第１種ベッセル関数の導関数ａＪｍ （Ｘ）／
ａＸのｎ番目の限、ｍ：導波管同電ｌａ波の周方向モー
ド数、一方、変換によってｉ４だい電磁波のモードかＴ
Ｅ ｍ′ｎ′であるとすると重ね合されている平面波
の波動ベクトルＫ ｅ ｋ’は、同様に Ｋｅｋ’−（−Ｋｒｏ、にθ′，Ｋｚ’）Ｋｒ’［（ν
１＋ｔ’／ ａ） −（ｍ■ａ） ２］ ”２にθ”
＝ｍ■ａ ｋｚ’［Ｋ２−（νｍ′ｎ′／ ａ） ２］ ｌ／２で
ある。
そこで、円形導波管の壁面形状を、Ｋｅｋなる波動ベク
トルを有する平面波が壁面で反射した後Ｋｅｋ”なる波
動ベクトルを有する平面波となる様に、変形させればＴ
ＥｍｎモードがＴＥｍ′ｎ′モードに変換されるものと
考えられる。
トルを有する平面波が壁面で反射した後Ｋｅｋ”なる波
動ベクトルを有する平面波となる様に、変形させればＴ
ＥｍｎモードがＴＥｍ′ｎ′モードに変換されるものと
考えられる。
第１図および第２図に本発明の一実施例を示す。
第１図はＴＥｍｎモードをＴ Ｅ ｏｎ’モードに変換
するもので、円形導波管壁を複数個に分割し、分割面の
境界には断差か設けられている。そして、それぞれの分
割面のいたるところで、その単位法線ベクトルｎか下式
で与えられている。但し、断差面に対する法線ベクトル
はいかなるものでもよい。
するもので、円形導波管壁を複数個に分割し、分割面の
境界には断差か設けられている。そして、それぞれの分
割面のいたるところで、その単位法線ベクトルｎか下式
で与えられている。但し、断差面に対する法線ベクトル
はいかなるものでもよい。
ｎ＝（ｅｋ’−ｅｋ）／ ｌ ｅｋ’−ｅｋこの様に内
面を変形させた円形導波管の長さしをＬ−２ａ ｋｒ
ｋｚ／ （Ｋｒ ２＋にθ２）とすれば、Ａ−Ａ’断面
を通過した波動ベクトルＫｅｋなる平面波はすべて、Ｂ
−Ｂ’断面において波動ベクトルＫｅｋ’なる平面波に
変り、したがって、ＴＥｍｎモードかＴＥｍ′ｎ′モー
ドに変換されたことになる。本発明のモード変換器は第
１図においてＡ−８間のものを云う。また、第２図は第
１図の中心付近の断面図である。
面を変形させた円形導波管の長さしをＬ−２ａ ｋｒ
ｋｚ／ （Ｋｒ ２＋にθ２）とすれば、Ａ−Ａ’断面
を通過した波動ベクトルＫｅｋなる平面波はすべて、Ｂ
−Ｂ’断面において波動ベクトルＫｅｋ’なる平面波に
変り、したがって、ＴＥｍｎモードかＴＥｍ′ｎ′モー
ドに変換されたことになる。本発明のモード変換器は第
１図においてＡ−８間のものを云う。また、第２図は第
１図の中心付近の断面図である。
本発明で導波管内面の分割数は上記条件を満すものであ
れば、一つまたは如何なる数であってもよい。また、Ｔ
ＥａｌｎモードをＴ Ｅ ｏ°ｎモードに変換する場合
には、軸方向に分割する必要はない。
れば、一つまたは如何なる数であってもよい。また、Ｔ
ＥａｌｎモードをＴ Ｅ ｏ°ｎモードに変換する場合
には、軸方向に分割する必要はない。
同時にＴＥｍｎモードをＴＥｍｎ’モードに変換する場
合には周方向に分割する必要はない。なお、このＦ、１
なモード変換器は電鋳法によって製作することかできる
。
合には周方向に分割する必要はない。なお、このＦ、１
なモード変換器は電鋳法によって製作することかできる
。
第３図は本発明のモード変換器を用いたジャイロトロン
装置の一実施例である。超電導磁石内に挿入されたジャ
イロトロンの内部において、電子銃で生成した旋回電子
ビームを空洞共振器内に入射し発振を行なう。発振モー
ドをＴ Ｅ Ｌ２．２とすると第５図に示すように電場
分布は管壁に集中し出力波が透過するセラミック性の出
力窓に発生する熱負荷の分布に高いピーキングが現れる
。その結果、高い応力が発生し出力窓が破壊する可能性
かある為、大出力化が困難なものとなる。そこで出力窓
の前段に本発明のモード変換器を設置しＴ Ｅ １１モ
ードに変換すると、第４図に示す電場分布の如くそのピ
ーキングが下がり、出力窓の熱応力が低下する結果、ジ
ャイロトロンの大出力を望める。このジャイロトロン装
置は電子銃２０、超電導に石２１、空洞共振器２２、中
空電子ビーム２３、電子ビームコレクタ２４、モード変
換器６、出力窓２５、および出力導波管２６とで主に＋
７．７成されている。
装置の一実施例である。超電導磁石内に挿入されたジャ
イロトロンの内部において、電子銃で生成した旋回電子
ビームを空洞共振器内に入射し発振を行なう。発振モー
ドをＴ Ｅ Ｌ２．２とすると第５図に示すように電場
分布は管壁に集中し出力波が透過するセラミック性の出
力窓に発生する熱負荷の分布に高いピーキングが現れる
。その結果、高い応力が発生し出力窓が破壊する可能性
かある為、大出力化が困難なものとなる。そこで出力窓
の前段に本発明のモード変換器を設置しＴ Ｅ １１モ
ードに変換すると、第４図に示す電場分布の如くそのピ
ーキングが下がり、出力窓の熱応力が低下する結果、ジ
ャイロトロンの大出力を望める。このジャイロトロン装
置は電子銃２０、超電導に石２１、空洞共振器２２、中
空電子ビーム２３、電子ビームコレクタ２４、モード変
換器６、出力窓２５、および出力導波管２６とで主に＋
７．７成されている。
［発明の効果コ
本発明によれば、ウィスペリングギャラリモードンヤイ
ロトロレの出力波を直接ＴＥＯＩモードに変換できる為
、損失の小さい導波管伝送か可能となり、安価で単純な
伝送路を０洪することかできる。また、ジャイロトロン
内部に本発明のモード変換器を用いＴＥＩＩモード等に
変換した後、出力窓を透過させると、熱負荷分布におけ
るピーキングか下がり大出力化かできる。
ロトロレの出力波を直接ＴＥＯＩモードに変換できる為
、損失の小さい導波管伝送か可能となり、安価で単純な
伝送路を０洪することかできる。また、ジャイロトロン
内部に本発明のモード変換器を用いＴＥＩＩモード等に
変換した後、出力窓を透過させると、熱負荷分布におけ
るピーキングか下がり大出力化かできる。
第１図は本発明の一実施例を示すモード変換器の断面図
、第２図は第１図の横断面を示す断面図、第３図は本発
明のモード変換器をジャイロトロン装置に適用した例を
示す説明図、第４図および第５図は出力窓近くの電場分
布を示す分布図、第６図は従来の円形導波管の壁面にう
ねりを与えてＴＥｍΩモードをＴ Ｅ ｍ′ｎ′モード
に変換するモード変換器の概念図、第７図はウィスパリ
ングギヤラリ−モードを放射波ビームに変換するブラソ
フ変換器で、導波管をカットし、開口部から放射された
電磁波をパラボラ−反射器で反射させビーム状の放射波
に変換する時の状態を示す説明図である。 １．２・・・モード変換器に接続される導波管、０
・・・うねりを与えた円形導波管、４ ・・・ブラソ
フ変換器、 ５ ・・・パラボラ反射器、 ６ ・・・本発明のモード変換器。
、第２図は第１図の横断面を示す断面図、第３図は本発
明のモード変換器をジャイロトロン装置に適用した例を
示す説明図、第４図および第５図は出力窓近くの電場分
布を示す分布図、第６図は従来の円形導波管の壁面にう
ねりを与えてＴＥｍΩモードをＴ Ｅ ｍ′ｎ′モード
に変換するモード変換器の概念図、第７図はウィスパリ
ングギヤラリ−モードを放射波ビームに変換するブラソ
フ変換器で、導波管をカットし、開口部から放射された
電磁波をパラボラ−反射器で反射させビーム状の放射波
に変換する時の状態を示す説明図である。 １．２・・・モード変換器に接続される導波管、０
・・・うねりを与えた円形導波管、４ ・・・ブラソ
フ変換器、 ５ ・・・パラボラ反射器、 ６ ・・・本発明のモード変換器。
Claims (3)
- （１） 導波管モードを別の導波管モードに変換するモ
ード変換器で、内壁面上に立てた単位法線ベクトルが各
点で等しく、かつ、電磁波の伝播方向に沿う導波管の中
心軸または対称軸に直交する面もしくは前記中心軸また
は対称軸上の２点と法線を立てた内壁面上の点がつくる
面内に前記単位法線ベクトルが含まれないことを特徴と
するモード変換器。 - （２） 円形導波管モードであるＴＥｍｎモードをＴＥ
ｍ′ｎ′モードに変換する為のモード変換器で、内壁面
が円筒座標系にて下式で与えられる単位法線ベクトルｎ
を有することを特徴とする請求項１記載のモード変換器
。 ｎ＝（ｅｋ′−ｅｋ）／｜ｅｋ′−ｅｋ｜ Ｋｅｋ＝（Ｋｒ，Ｋθ，Ｋｚ），Ｋｅｋ′＝（−Ｋｒ′
，Ｋθ，Ｋｚ′）Ｋｒ＝［（νｍｎ／ａ）＾２−（ｍ／
ａ）＾２］＾１＾／＾２，Ｋθ＝±ｍ／ａＫｚ＝［Ｋ＾
２−（νｍｎ／ａ）＾２］＾１＾／＾２Ｋｒ′＝［（ν
，ｍ′ｎ′／ａ）＾２−（ｍ′／ａ）＾２ ］＾１＾／
＾２，Ｋθ＝±ｍ′／ａＫｚ′＝［Ｋ＾２−（νｍ′ｎ
′／ａ′）］＾１＾／＾２，Ｋ＝２π／λここでπ：円
周率、ν：電磁波の自由空間波長、ａ：モード変換器の
内壁半径、またはモード変換器の上流側に接続される導
波管の半径、ａ′：モード変換器の内面半径またはモー
ド変換器の下流側に接続される導波管の半径、νｍｎ：
ｍ次第１種ベッセル関数の導関数のｎ番目の根、ｍ：導
波管内電磁波の周方向モード数、ｎ；次数。 - （３） 前記モード変換器で、内壁面を複数個に分割し
、それぞれの分割面の境界に断差があって、かつ、前記
断差面を除き分割面に立てた単位法線ベクトルが前記式
で与えられていることを特徴とする請求項２記載のモー
ド変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26932588A JPH02117201A (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | モード変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26932588A JPH02117201A (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | モード変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02117201A true JPH02117201A (ja) | 1990-05-01 |
Family
ID=17470782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26932588A Pending JPH02117201A (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | モード変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02117201A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5652554A (en) * | 1993-06-15 | 1997-07-29 | Thomson Tubes Electroniques | Quasi-optical coupler with reduced diffraction |
| US5719470A (en) * | 1994-06-17 | 1998-02-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gyrotron capable of outputting a plurality of wave beams of electromagnetic waves |
-
1988
- 1988-10-27 JP JP26932588A patent/JPH02117201A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5652554A (en) * | 1993-06-15 | 1997-07-29 | Thomson Tubes Electroniques | Quasi-optical coupler with reduced diffraction |
| US5719470A (en) * | 1994-06-17 | 1998-02-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gyrotron capable of outputting a plurality of wave beams of electromagnetic waves |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH03274802A (ja) | 導波路およびこれを用いたジャイロトロン装置 | |
| Thumm et al. | Passive high-power microwave components | |
| US4956620A (en) | Waveguide mode converter and method using same | |
| EP3259772B1 (en) | Gyrotron whispering gallery mode coupler for direct coupling of rf into he11 waveguide | |
| US5652554A (en) | Quasi-optical coupler with reduced diffraction | |
| Doane | Design of circular corrugated waveguides to transmit millimeter waves at ITER | |
| US3666348A (en) | Multimode waveguide | |
| JP4127975B2 (ja) | 光導波装置 | |
| US3386787A (en) | Macroscopic optical waveguides | |
| US5276758A (en) | Scaleable phase-locked segmented laser beam frequency shifter | |
| US3824487A (en) | Unstable ring laser resonators | |
| CN109308983A (zh) | 用于行波管的慢波导 | |
| CN104698541B (zh) | 一种径向偏振光产生装置 | |
| US5375130A (en) | Azimuthal and radial polarization free-electron laser system | |
| US4697272A (en) | Corrugated reflector apparatus and method for free electron lasers | |
| US4315194A (en) | Coupled cavity traveling wave tube with velocity tapering | |
| JPH02117201A (ja) | モード変換器 | |
| IL132455A (en) | Optical resonators with discontinuous phase elements | |
| JPH09139603A (ja) | 円偏波一直線偏波変換器 | |
| Wagner et al. | The new multifrequency electron cyclotron resonance heating system for ASDEX Upgrade | |
| US5719470A (en) | Gyrotron capable of outputting a plurality of wave beams of electromagnetic waves | |
| CN106602275A (zh) | 一种电磁涡旋喇叭天线 | |
| CN110535022A (zh) | 一种基于四波混频效应的涡旋光锁模光纤激光器 | |
| Shapiro et al. | Calculation of a hyperbolic corrugated horn converting the TEM00 mode to the HE11 mode | |
| CN110459941B (zh) | 一种8字腔轨道角动量模式锁模光纤激光器 |