JPH0428148A

JPH0428148A - モード変換器内蔵型ジャイロトロン

Info

Publication number: JPH0428148A
Application number: JP13360890A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sakamoto; 坂本　慶司
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-01-30

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】（産業上の利用分野）この発明は、ジャイロトロンに関するものである。さら
に詳しくは、この発明は、サブミリ波帯における高周波
大電力源として有用なジャイロトロンの、出力高周波の
出力構造に関するしのである。

（従来の技術とその課題）従来より、ジャイロトロンは、サイクロトロンメーザ作
用を動作原理とする電子管で、ミリ波からサブミリ波帯
における高周波大電力源として利用されている。このジ
ャイロトロンの種類としては、たとえば、１）サイクロ
トロン運動をする電子群が形成する円筒状の電子ビーム
とこの電子ビームと共振円筒のような１個の共振回路に
おける電磁波との相互作用によって共振回路に蓄積され
る電磁波エネルギーにより、電子ビームのエネルギーを
失なって発振を生じるジャイロモノトロンや、２）同様
の電子ビームと複数個の共振空胴を用いて電磁波の増幅
を行なわせるジャイロクライストロン、３）同様の電子
ビームと伝送回路内の進行波との相互作用によるジャイ
ロ進行波管、さらには、４）伝送回路内の進行波との結
合による後進波ジャイロトロンなどが知られている。

これらの従来のジャイロトロンにおいては、その出力は
２００Ｋ１４程度であって、電子ビームのコレクタを発
振した高周波の伝送路として利用することが可能である
。また、通常、出力用のセラミック窓は、このコレクタ
の下流に設置されている。

一方、ジャイロトロンの発振出力が５００Ｋ１４程度以
上と高出力化するに伴い、高周波の発振モードとして従
来の軸対称モードであるＴ　Ｅ　ｏ　ｎモード（ｎは自
然数）よりも高周波回路における発熱が少なく、かつ発
振モードの競合の少ない回廊モードとよばれる出力モー
ドが利用されるようになってきてもいる。その回廊モー
ドの導波管内の電界分布や回廊モードの電磁波が電波管
内を伝播する様子は、各々、たとえば第１図および第２
図に例示することができる。

電界分布は第１図に例示したように、電気力線（１１）
によって特徴のある分布を示し、また、導波管内では第
２図に例示したように回廊モードの電磁波（２１）が図
中の矢印方向へと進行していく。

また、このような回廊モードの利用については、コレク
タの耐熱性の点を考慮するとコレクタの内径を大きくす
ることが必要となるが、コレクタの内径を広げることは
高周波伝送効率を下げる恐れがある。そこで、第３図に
例示したように、高周波回路の下流に放射器（３１）お
よび反射板（３２）からなるブラゾフ変換器を設け、こ
れにより回廊モードの高周波電力を電磁ビーム（３３）
として放射し、ジャイロトロンの側部に設けたセラミッ
ク製出力用窓部を介しジャイロトロン外部へ出力する。

これによりコレクタ部と出力回路を分離することを可能
とし、コレクタの熱負荷の問題をも解決する。

しかしながら、このように工夫されてきているものの、
従来の回廊モード用ブラゾフ変換器の場合には、第３図
に示したカット部（３４）での回折効果が大きく、電磁
波の散乱が発生して高周波出力が低下することが避けら
れなかった。さらに構造上の非対称性のために、ジャイ
ロトロン外部へ高周波電力を放射したときに放射電力分
布が歪む可能性があり、この場合には反射板形状か複雑
となるという欠点もあった。

この発明は、以上のような回廊モード利用のためのブラ
ゾフ変換器等の従来手段の欠点を解消し、高周波伝送特
性のすぐれたカラス型電磁界分布を有する電磁波ビーム
を出力させることのできる新しいジャイロトロンを提供
することを目的としている。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の課題を解決するものとして、高周波
回路部の下流に回廊モードを軸対称円形モード（ＴＥｏ
ｎモード）へ変換する中空形状のＴｈｕｎｔ型モード変
換器を設置して回廊モードの高周波出力を円形モードへ
変換し、さらにモード変換器の下流に面対称の円形モー
ド用電磁波放射器と反射板とを配置し、この反射板でビ
ーム電力分布を整形し、セラミック出力窓を介しジャイ
ロトロン外部へ対称性のよいガウス型ビームを出力させ
ることを特徴とするジャイロトロンを提供する。

この発明によれば、ジャイロトロンから大電力の高周波
電力を長距離伝送に適した対称性のよいガウス型電磁ビ
ームとして出力させることができる。

（実施例）以下に添付した図面に沿ってさらに詳しくこの発明につ
いて説明する。

第４図は、この発明のジャイロトロンの一例を示した断
面模式図である。たとえばこの第４図に示したように、
この発明のジャイロトロンは、電子銃部（４１）におい
て電子ビーム経路（４２）に沿った中空ビームを発生し
、次第にその内径が縮小されるテーバ状の電子ビーム導
入部（４３）、そのビーム下流に連続的に設けた共振全
創部＜４４）、回廊モードから円形軸対称モードに変換
するＴｈｕｎＩｌ型モード変換器（４５）、円形モード
の高周波電力を放射する放射器（４６）−この放射器で
放射された高周波電力を反射及び整形させるための反射
板（４７）を有している。また、このジャイロトロンは
、電子ビームを吸収するコレクタ部（４８）、高周波出
力部（４９）、セラミック製出力窓＜５０）、磁場発生
用超伝導コイルが収納されたクライオスタット（５１）
を備えてもいる。放射器（４６）で放射された電磁波ビ
ームは出力経路（５２）に沿って出力される。

この装置においては、電子銃（４１）を出た電子ビーム
は軸方向の強磁場でガイドされ電子ビーム導入部（４３
）を経て共振空胴部（４４）に入り、ここで電子ビーム
のエネルギーが電磁波のエネルギーに変換される。この
後電子はモード変換器（４５＞、放射器（４６）中を通
過し、コレクタ部（４８）に吸収される。共振空胴部（
４４）で発生した回廊モードの大電力高周波は回廊モー
ドから円形軸対称のモード（ＴＥｏｎ）へＴｈｕｌｌ型
変換器（４５）を用いてモード変換され、階段状（ブラ
ゾフ型）あるいは斜めに切断した放射器（４６）で反射
板（４７）に向は放射され、出力用セラミック窓（５０
）を通してガウス型電磁波として外部へ出力される。

第５図（ａ）（ｂ）は、第４図に例示した階段状（ブラ
ゾフ型）放射器（４６）および反射板（４７）の構成例
を示したものである。この放射器（４６）において円形
モードをガウス型の空間電磁波ビームへ変換する。

円形モードの電磁波は、この第５図に示したように、放
射器（４６）から中心軸を波源として半円筒状に放射さ
れ、さらに反射板（４７）によって伝送用電磁ビーム（
５３）に変換される。ガウス型電磁ビームが得られる。

（発明の効果）この発明によれば、以上詳しく説明した通り、ジャイロ
トロンの出力を、発振モードである回廊モードから回折
損失の少ない対称性のよいガウス型電磁ビームに効率よ
く変換することができる。

従って、電磁波放射および導波管伝送中に損失される高
次モードが制御され、エネルギー利用効率のよい高周波
システムを持つジャイロトロンを構成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、導波管内の回廊モードの電界分布を示した模
式図である。第２図（ａ）（ｂ）は回廊モードの電磁波
の導波管内の進行を示した断面模式図である。第３図（
ａ）（ｂ）は回廊モードを空間電磁ビームへ変換するブ
ラゾフ変換器を示した断面模式図である。第４図は、こ
の発明のジャイロトロンを例示した断面模式図である。第５図（ａ）（ｂ）は円形モードを空間電磁ビームへ変
換するこの発明に用いるブラゾフ変換器を例示した断面
模式図である。１１・・・電気力線２１・・・電磁波３１・・・放射器３２・・・反射板３３・・・電磁ビーム３４・・・カット部４１・・・電子銃部４２・・・電子ビーム４３・・・電子ビーム導入部４４・・・共振空胴部４５・・・円形モード生成用モード変換器４６・・・放
射器４７・・・反射板８・・・コレクタ部９・・・高周波出力部０・・・セララミック製出力窓１・・・クライオスタット２・・・電磁波ビーム経路３・・・電磁ビーム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃部と、その下流に設けた電子ビーム導入部
および共振空胴部とを有する高周波回路部と、この高周
波回路部の下流に分離して設けたコレクタ部と、高周波
を通過させるセラミック製出力窓部とを備え、さらに、
高周波回路部より発生した高周波電力を円形モードへ変
換するモード変換器と、その下流において高周波電力を
前記出力窓部を介してジャイロトロン外部へ放射する放
射器と反射板を配設してなることを特徴とするモード変
換器内蔵型ジャイロトロン。