JPH03129901A

JPH03129901A - 直線偏波マイクロ波用結合窓

Info

Publication number: JPH03129901A
Application number: JP2159611A
Authority: JP
Inventors: Giorgio Agosti; ジョルジョ　アゴースチ; Bernd Joedicke; ベルント　イェーディッケ; Hans-Guenter Mathews; ハンス　ギュンテル　マシューズ; Oskar Schafheitle; オスカル　シャッフハイトル
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1991-06-03
Also published as: US5051715A; CH679253A5; EP0403907A1

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。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の産業分野）本発明は、窓面に位置し、且つマイクロ波を透過する少
なくとも一枚の窓板を有している直線偏波高電力マイク
ロ波用結合窓に関する。

（従来技術）例えばスイス特許第６６４．０４５号或いは［ＴｈｅＧ
ｙｒｏｔｒｏｎ、　Ｋｅｙ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｆｏ
ｒ　Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ　Ｍｉｃｒ。

ｗａｖｅ　Ｅｍｉｔｔｅｒｓ　Ｊ　（Ｈ，Ｇ、Ｍａｔｈ
ｅｗｓ、　Ｍｉｎｈ　ＱｕａｎｇＴｒａｎ、　Ｂｒａｗ
ｎ　Ｂｏｖｅｒｉ　Ｒｅｖｉｅｗ　６−１９８７．　ｐ
ｐ、３０３−３０７）に記載されている準光学的ジャイ
ロトロンは非常に高い電力のマイクロ波の発生に特に適
している。このジャイロトロンにおいて、交番電磁界は
孔の開いたチューブになっている準光学的共振器で励起
され、その中でビームの電子が強い磁界によって強制的
に旋回させられる。

共振器と結合して取り出されるマイクロ波は高真空の共
振器から大気状態下の導波管へ、そして負荷へ適当なマ
イクロ波窓を通して取り出されなければならない。特に
高電力ジャイロトロンの場合、結合窓は非常に大きな熱
的、機械的ストレスにさらされる。真空気密状態にチュ
ーブをシールしなければならないばかりでなく、損傷さ
れることなく、避けがたい吸収された電力を発散させな
ければならない。

Ｉ　ＭＷ以上で、動作周波数が１００−２００ＧＨｚの
連続波電力の場合、特に誘電体窓に適していると知られ
ているＡｌ２Ｏ，セラミックスの場合は表面損失が非常
に大きいので、この窓は破裂してしまう。

基本的には、マイクロ波窓の熱的ストレスの問題を解決
するには２つの可能性がある。第１の可能性は表面スト
レスに耐えられるように窓の表面を大きく構成すること
である。実際には、この解決策は大きなセラミック窓の
機械的安定性が欠如するためにうまくいかない。

第２の可能性は、これは実行されているのであるが、窓
を適当に冷却することである。例えば、冷却された２重
窓はｒ　１４０ＧＨｚの２００ＫＷのパルスジャイロト
ロン用の高ストレスに耐える結合窓の技術的原理の開発
」の報告（Ｒｕｄｏｌｆ　Ｂａｃｈｍｏｒ、　ＩＴＧＴ
ｅｃｈｎｉ−ｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｏｎ　Ｖａｃｕｕ
ｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄＤｉｓｐｌａｙｓ
　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　ＩＴＧ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
　　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｆｒｏｍ　８　ｔｏ　１０Ｍ
ａｙ　１９８９　）によって公知である。冷却液が２つ
の円いＡｌ２Ｏ３セラミック窓の間を通して流れ、これ
によって窓部分の冷却が行われる。

しかしながら、この公知の２重窓はＩ　ＭＷ以上の電力
範囲を満たさなければならないと言う要求には適合しな
い。実際に、セラミックが（液体ヘリウムによって）非
常に低い温度に冷却された場合透過率は非常に改善され
るが、経済的にみて不釣り合いな、余分な支出を伴う。

（本発明の解決すべき課題）従って、本発明の目的は初めに述べた形式の新規な窓を
提供することであり、そして熱的及び機械的条件におい
て、この窓が最も厳格な要求に適合するように設計され
、従来技術に存在する問題を回避するものである。

（課題を解決する手段）本発明の目的は、既に述べた形式の結合窓が、マイクロ
波の偏波面に垂直に窓の面に配置され、そして少なくと
も一つの窓に熱伝導及び圧力閉じ込め接触している冷却
フィンを有することによって達成される。

本発明は、一方では準光学的ジャイロトロンの共振器の
励振モードが原理的には直線偏波されており、他方では
直線偏波が非常に高い電力（プラズマの加熱等）のマイ
クロ波の応用に要求されている、と言う事実を利用して
いる。従って、直線偏波の制限は少しも不利にならない
。むしろ冷却と安定性を同時に改善することができる必
要な自由度をあたえる。

好ましくは冷却フィンはマイクロ波の波長によって予め
決められた大きさに等しいか又はそれより小さい幅とマ
イクロ波の波長に対応する大きさに等しいか又はそれよ
り大きい相互間隔を有しているように設計される。特に
、冷却フィンは冷却液かそこを通って流れるチャネルで
ある。

本発明は種々の手段によって、有利に実施される。冷却
フィンは冷却チャネルとして窓に完全に埋め込まれるか
、或いは窓板に溝状の窪みが設けられる。特に、冷却フ
ィンは、窓板がストリップ状部分に分割されるように、
窓板と同じ厚みを有している。

好ましくは、冷却フィンは、少なくとも部分的には金属
であり、窓板はセラミックからできている。この場合、
熱伝導接触が半田接続によって達成される。そして例え
ば、冷却フィンは方形、円形或いは楕円形に形成される
。

更に、窓板は隣接冷却フィン間に冷却液で満たされた空
洞を有している。

本発明によるチューブのある窓で構成された準光学的ジ
ャイロトロンは数ＭＷ以上の大きさの連続波の電力を放
射できる。

本発明の更に優れた実施例は特許請求の範囲から明らか
になるであろう。

本発明のより完全な理解と本発明の多くの利点が添付図
面に関連して、以下の詳細な説明を参照することによっ
て容易に理解されるであろう。

（実施例）図面をつうじて、同−或いは対応部分は同じ参照番号で
示している。第１図において、結合窓１か例えば好まし
くは準光学的ジャイロトロンに用いられているものが示
されている。結合窓１は大気状態が優れている導波管３
に対して、準光学的ジャイロトロンの充分に排気された
スペース２をシールしている。

交番電磁界がジャイロトロンの共振器において発振して
おり、その共振器は２つのミラーによって構成されてい
るか、そのうちの１つが第１図で示されている（数字の
４で指示されている）。交番電磁界即ち、結合窓１をと
おして共振器から結合されるマイクロ波は直線偏波され
ている。マイクロ波（２つの矢印によって示されている
）は導波管３から負荷（図示せず）へ導かれる。

結合窓１は、例えば３つの冷却フィン５　ａ、　５　ｂ
。

５ｃ及びマイクロ波を透過するストリップ状の部分１）
ａ、　１　ｌｂ、　１）ｃ、　１）ｄと１つの円形のマ
ウント７を有する板６ａから成る。

冷却フィン５　ａ、　５　ｂ、　５　ｃは板６ａと共に
共通の窓板面に配置され、そして好ましい実施例によれ
ば、窓に２つの主面１０ａ、１０ｂが形成されるように
窓板と同じ厚みＤｋ　＝Ｄｓとする。この実施例では、
冷却フィンは方形断面の金属チューブである。更に冷却
液８がそれらを通って流れる。好ましくは、マウント７
は周辺の板を冷却するために同様に１つ又はそれ以上の
チャネル９を有している。冷却液８は好ましくは水であ
り、適当な接続（第１図には図示していない）によって
冷却フィン５　ａ、　５　ｂ、　５　ｃとチャネル９を
通して外部からポンプで汲み上げられる。

第２図は結合窓ｌの前面図である。この図において、マ
イクロ波は観察者に向かって進行しており、水平方向に
直線偏波されている（２重矢印を見よ）。第１図と第２
図で、同一部分には同じ参照記号が用いられている。

冷却フィン５　ａ、　５　ｂ、　５６は互いに平行に配
置されており、マイクロ波の偏波方向に垂直である。

それらの相互間隔Ａは好ましくはそれらの幅Ｂｋより数
倍大きい。この場合適当な参照数字は発振されるマイク
ロ波の波長によって表される。従って、幅Ｂｋは約１波
長より小さく、相互間隔Ａは約１波長より大きい。

例えば、５　ｍｍの波長に対して、間隔Ａは約１０ｍｍ
であり、冷却フィンの幅Ｂｋは約１−５　ｍｍである。

原則として、測定中に冷却フィンの間隔Ａと幅Ｂｋにつ
いて、波動光学の要求と同様に窓板の効果的な熱的スト
レスと機械的安定性は互いに調整されるべきである。従
って、円い結合窓の間隔は全ての冷却フィンの間で同じ
ではない。表面ストレスが大きければ、表面損失が小さ
い場合より幾らか小さく選択される方が有利である。勿
論平行冷却フィンの数は窓の直径に依存する。

良好な薄板の熱接触は好ましくは単結晶サファイアから
成る窓板６ａと冷却フィン間では優れている。同じこと
がストリップ状の窓板部分と冷却フィンを保持するマウ
ント７にも適用される。熱接触は半田接合によって有利
になされる。

本発明の他の実施例は以下に説明される。図において、
対応する部分は同じ参照記号が用いられる。

第３図は、本発明の第２の実施例を示す。この実施例に
おいて、冷却フィン５　ｄ、　５　ｅ、　５　ｆは窓板
６ｄに完全に埋め込まれている。これがどのように実現
されるかの１つの可能性は以下に説明される。

窓板６ｄは２枚の円形板１２ａ、１２ｂから成っており
、それらは一致する主面１０ａ、１０ｂによって互いに
くっつけられる。これらの主面１０ａ。

ｔａｂに、それぞれの板１２ａ、１２ｂは相互に対応す
る、例えば半円の窪み１３ａ、　１３ｂ、　１３ｃ又は
ｌ　４ａ、　１４ｂ、　１４ｃをそれぞれ有しており、
そしてそれらは互いに平行に、且つ直線になっている。

窪みは金属処理されている。それらは１３ａと１４ａ、
１３ｂと１４ｂ又は１３ｃと１４ｃが１組となって、冷
却フィンとして用いられる各々適当な、例えば円い金属
チューブを構成する。

第４図は窓板６Ｃが付加的に空洞１５ａ、１５ｂ。

１５ｃ、１５ｄを構成した結合窓を示している。冷却液
、例えばＦｅ１２又はＦｅ１２がこれらの空洞１５ａ、
　１５ｂ、　ｌ　５ｃ、　ｌ　５ｄを循環するので、窓
板は３つの側面、即ち２つの狭い側面と内部の主面から
冷却される。

第４図はまた冷却フィン５　ｇ、　５　ｈ、　５　ｉに
対する他の実施例を示している。上述の例に対して、こ
の場合の冷却フィン５　ｇ、　５　ｈ、　５　ｉは窓板
６Ｃの厚みＤｓより大きな厚みＤｋを有している。従っ
てそれらは窓板の表面を超えて両側に突き出している。

断面は冷却フィンが楕円形に作られており、この楕円の
短軸は窓板に平行になっている。

この楕円型冷却チャネルの利点は、それらが比較的小さ
な幅で、大きな断面を有し、従って大きな冷却能力を有
していることである。

第４図の実施例において、窓板は各々の場合、複数のス
トリップ状の部分１）ａ、　ｌ　ｌｂ、　Ｌ　ｌｃ。

ｌｉｄを有する２つの分割板から成っている。

第５図は第４の実施例を示している。この実施例におい
ては１枚の窓板６ｄが用いられている。

窓板６ｄの１つの主面ＩＯＣは互いに平行で、各々の場
合直線になっている複数の窪み１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ
を有している。各々の窪み１４ｄ、１４ｅ。

１４ｆは金属カバー１６ａ、　１６ｂ、　１６ｃによっ
てシールされている。このようにして冷却チャネルが形
成され、これを通して冷媒がポンプで汲み上げられる。

金属カバー１６ａ、　１６ｂ、　１６ｃは平らか、また
は外側にカーブさせことができる。勿論カーブした構造
は平らなものより大きな断面を得るのに好都合である。

この冷却フィンは実際には、第１或いは第３の実施例に
よるものと同じ機械的強度を保証するものではない。し
かし、それらの製造はより簡単である。

もし金属カバーが用いられず、その場合適当な金属チュ
ーブが窪みに半田付けされるなら、大きな安定性が得ら
れる。

１つの主面上に適当な大きさの深い窪みを設ける代わり
に、勿論両面上に、浅い窪みを互いに対にして設けるこ
とも可能である。その場合、通過の方向（窓板の面に垂
直）において、２つの冷却フィンは１つが他の後ろに（
るように正確に配置される。窪みの所で部分的に窓板の
厚みが減少するために安定性が弱められるが、これは少
なくとも冷却フィンの支持機能によって補償される。

詳細に説明された実施例から、数多くの優れた実施例が
それほどの苦労もなく導き出される。特に冷却フィンの
種々の断面形状（矩形、円形及び楕円形）は窓板におけ
る取りつけの状態（完全に埋め込まれ、１つの面に取り
つけられた）に応じて広範囲に組み合わせることが可能
である。

良好な熱伝導率を有する金属チューブは冷却フィンとし
て用いられる。特に優れた単結晶サファイアの他に、高
ストレスに耐えるセラミックス、例えば高純度Ａｌ２Ｏ
３セラミックスもまた窓板の材料として適している。冷
却フィンの冷却液上して水か最もよく用いられる。追加
的に用意された空洞においては、マイクロ波を透過する
他の冷却フィンは、例えば前述のフロロハイドロカーボ
ンＦＣ４３又はＦＣ７５が用いられる。

結局、本発明は高輻射ストレスに耐えるために設計され
た結合窓を提供し、且つ従来手段によって製造され、ま
た経済的に動作するものである。

上記の教示にしたがって、本発明の数多くの変更及び変
形が明らかに可能である。従って、特許請求の範囲内に
おいて、本発明はここで特に述べた以外の別の手段で実
行され得ることが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方形冷却フィンを有する窓の断面図
、第２図は、本発明の３つの冷却フィンを有する窓の平面
図、第３図は、本発明の完全に埋め込まれた冷却フィンを有
する窓の断面図、第４図は、本発明の楕円形の冷却フィンと冷却フィン間
に空洞を有する窓の断面図、そして第５図は、本発明の
冷却フィンか窓板の溝状の窪みで構成された窓の断面図
である。 ■・・・結合窓、　　２・・・排気された空間、３・・
・導波管、　　　４・・・ミラー５　ａ、〜、５１・・
・冷却フィン、６ａ、〜、６ｄ　・・・窓板、７・・・マウント、　　８・・・冷却液、９・・・チャ
ネル、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・主面、１）ａ、〜、１）ｄ・・・・ストリップ状部分、１２ａ
、　１２ｂ　・・・・分部窓板、１３ａ、　〜、　１３
ｃ及び１４ａ、　〜、１４イ＊＊ａ＊窪み、１５ａ、〜
、１５ｄ・・・・空洞、１６ａ、〜、１６ｃ・・・・金属カバーＡ・・・・冷却
フィンの間隔、Ｂ・・・・冷却フィンの幅、Ｄｋ　・・・冷却フィンの厚み、Ｄｓ　・・・窓板の厚み、図：ｐｈ：：’ニア　、ｌ：：に変更なし）Ｆｉｇ、　
３Ｆｉｇ、　４ＣｄＦｉｇ、　５

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窓面に位置し、且つマイクロ波を透過する少なく
とも一枚の窓板を有している直線偏波高電力マイクロ波
用結合窓であって、前記結合窓は、マイクロ波の偏波面
に垂直に窓面に配置され、且つ前記少なくとも一枚の窓
板に熱伝導と圧力閉じ込め接触している冷却フィンを有
していることを特徴とする直線偏波マイクロ波用結合窓
。
（２）（ａ）マイクロ波の波長に対応する大きさに等し
いか又はそれより小さい幅を有し、そして（ｂ）マイクロ波の波長に対応する大きさに等しいか又
はそれより大きい相互間隔を有する冷却フィンであって
、（ｃ）前記冷却フィンは冷却液が流れるチャネルである
ことを特徴とする請求項１に記載の結合窓。
（３）前記冷却フィンは窓板に完全に埋め込まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の結合窓。
（４）冷却フィンは窓板の主面から窓板を彫下げて、溝
状の窪みで構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の結合窓。
（５）（ａ）冷却フィンは少なくとも窓板と同様な厚み
であり、（ｂ）窓板は冷却フィンによって、おのおのストリップ
状部分に分割されていることを特徴とする請求項１に記
載の結合窓。
（６）（ａ）冷却フィンは少なくとも複数のメタルから
成り、（ｂ）窓板はセラミックから成り、そして（ｃ）熱伝導と圧力閉じ込め接触が半田接続によってな
されていることを特徴とする請求項１に記載の結合窓。
（７）窓板は隣接する冷却フィン間に冷却液が流れる空
洞を有することを特徴とする請求項１に記載の結合窓。
（８）冷却フィンは断面が方形、円形或いは楕円形であ
ることを特徴とする請求項１に記載の結合窓。
（９）（ａ）冷却フィンは窓板に半田づけされた金属チ
ュウブであり、そして（ｂ）窓板は単結晶サファイア或いは高ストレスに耐え
られるセラミックから成ることを特徴とする請求項１に
記載の結合窓。
（１０）冷却フィンは金属カバーによってシールされた
窪みで構成されていること特徴とする請求項４に記載の
結合窓。