JPH0750135A - Multi-cavity klystron - Google Patents

Multi-cavity klystron

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JPH0750135A
JPH0750135A JP5193785A JP19378593A JPH0750135A JP H0750135 A JPH0750135 A JP H0750135A JP 5193785 A JP5193785 A JP 5193785A JP 19378593 A JP19378593 A JP 19378593A JP H0750135 A JPH0750135 A JP H0750135A
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JP
Japan
Prior art keywords
cavity
electric field
waveguide
center
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP5193785A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Tonegawa
敏 利根川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0750135A publication Critical patent/JPH0750135A/en
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Abstract

PURPOSE:To make an electric field distribution non-uniform due to the effect of a waveguide uniform, by offsetting a cavity and a drift tube, in the input/ output cavity of a multicavity klystron. CONSTITUTION:In the input or output cavity 1 of a multicavity klystron, the center of a cavity and the center 7 of a drift tube are displaced to manufacture a cavity. At the time, a cavity appropriately interacting with an electron beam is provided by choosing an offset level 9 that enables to make a non-uniform electric field distribution caused by the effect of a waveguide 6, uniform, in the cavity, uniform.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多空胴クライストロン
に関し、特に、マイクロ波電力を取り出すために使用す
る出力空胴部の構造に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to multicavity klystrons and, more particularly, to the structure of the output cavity used to extract microwave power.

【0002】[0002]

【従来の技術】多空胴クライストロンは、通信・工業加
熱・粒子加速器等の分野において使用されている。図7
は、かかる多空胴クライストロンの出力空胴部分の断面
を示したものであり、図8は出力空胴1を図7のA−
A′断面で切り立体的に示したものである。多空胴クラ
イストロンの出力空胴1においては、ドリフト管2を通
過する電子4が、空胴内部に発生した高周波電界と相互
作用を行う。
2. Description of the Related Art Multi-cavity klystrons are used in the fields of communications, industrial heating, particle accelerators and the like. Figure 7
8 shows a cross section of the output cavity portion of such a multi-cavity klystron, and FIG. 8 shows the output cavity 1 as A- in FIG.
It is cut three-dimensionally along the A'section. In the output cavity 1 of the multi-cavity klystron, the electrons 4 passing through the drift tube 2 interact with the high frequency electric field generated inside the cavity.

【0003】空胴内部に入射した電子4は、図9に示し
た様な空胴内部にはり出した電界3によって減速され、
失った運動エネルギーが空胴内の電磁界エネルギーに変
換される。図10は図9に対し垂直な面で空胴を切断し
た時の磁界パターンである。空胴内部に発生した磁界5
のうずが、出力空胴1と結合している導波管6に新しい
磁界を生じさせ、マイクロ波のエネルギーが導波管6か
ら外部へ取り出される。
The electrons 4 entering the cavity are decelerated by the electric field 3 protruding into the cavity as shown in FIG.
The lost kinetic energy is converted into electromagnetic field energy in the cavity. FIG. 10 shows a magnetic field pattern when the cavity is cut along a plane perpendicular to FIG. Magnetic field 5 generated inside the cavity
The vortex causes a new magnetic field in the waveguide 6 coupled to the output cavity 1, and microwave energy is extracted from the waveguide 6 to the outside.

【0004】従って、ドリフト管2を通過してゆく電子
4から効率的に電磁界のエネルギーを取り出すために
は、入射した電子4のエネルギーに合った減速電界を出
力空胴1に発生させ、しかも、出力空胴1と導波管6の
結合を最適化することが重要となる。
Therefore, in order to efficiently extract the energy of the electromagnetic field from the electrons 4 passing through the drift tube 2, a deceleration electric field matching the energy of the incident electrons 4 is generated in the output cavity 1, and It is important to optimize the coupling between the output cavity 1 and the waveguide 6.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】電子ビームのエネルギ
ーを空胴内の電磁界エネルギーへ変換するためには、従
来技術の項でも示した様に、入射電子ビームのエネルギ
ーに合った減速電界を空胴内部に発生させる必要があ
る。
In order to convert the energy of the electron beam into the electromagnetic field energy in the cavity, as described in the section of the prior art, a deceleration electric field suitable for the energy of the incident electron beam is vacated. It needs to be generated inside the torso.

【0006】空胴内部に発生した軸方向の電界分布を調
べると図11に示した様になる。図11のA方向は、導
波管方向であり、空胴の中心部分がやはり強い電界とな
る。しかしながら、空胴中心部の電界は、中心から導波
管側へ片寄った方(図11のP1 )がその反対側(図1
1のP2 )に比べ強い電界となる。
The axial electric field distribution generated inside the cavity is as shown in FIG. The A direction in FIG. 11 is the waveguide direction, and the central portion of the cavity also has a strong electric field. However, the electric field at the center of the cavity is biased toward the waveguide side from the center (P 1 in FIG. 11) on the opposite side (FIG. 1).
The electric field is stronger than that of P 2 ).

【0007】空胴中心と図11のP1 ,P2 を通る断面
の電界分布を図12に示す。図12からも明らかな様
に、P1 の方がP2 に比べて電界強度が強く、電界分布
に不均一が生じている。一方、図12に垂直でしかも空
胴中心を通る面の電界分布を図13に示す。この場合、
電界のピークは均一の高さとなっている。図12に示し
た電界の不均一は、空胴からマイクロ波電力を取り出す
ために設けた導波管6の影響であり、多空胴クライスト
ロンの入力及び出力空胴1に必ず存在する問題である。
FIG. 12 shows the electric field distribution in a cross section passing through the center of the cavity and P 1 and P 2 in FIG. As is clear from FIG. 12, the electric field strength of P 1 is higher than that of P 2 , and the electric field distribution is nonuniform. On the other hand, FIG. 13 shows the electric field distribution on a plane perpendicular to FIG. 12 and passing through the center of the cavity. in this case,
The peak of the electric field has a uniform height. The nonuniformity of the electric field shown in FIG. 12 is an influence of the waveguide 6 provided for extracting microwave power from the cavity, and is a problem that is always present in the input and output cavities 1 of the multicavity klystron. .

【0008】この様に電界分布の不均一があると、理想
的な電子ビームが出力空胴に入射しても、それぞれの電
子が高い電界や低い電界と相互作用を行うため、ある電
子は必要以上に電子ビームのエネルギーが失なわれ、電
子銃側に逆行する場合や、十分にエネルギーが失なわれ
ないままコレクタ方向へ進み、ビーム効率の低下やコレ
クタ部の発熱といった問題が生じてしまう。
When the electric field distribution is nonuniform as described above, even if an ideal electron beam is incident on the output cavity, each electron interacts with a high electric field or a low electric field, so that a certain electron is necessary. As described above, when the energy of the electron beam is lost and the electron beam goes back to the electron gun side, or when the electron beam advances toward the collector without sufficient energy loss, there arise problems such as reduction in beam efficiency and heat generation in the collector section.

【0009】また、粒子加速器等に使用される大電力ク
ライストロンなどの場合には、空胴内部の不均一電界に
より、空胴内部での放電やマルチパクター現象などのた
め、空胴が破壊に至る場合もある。
Further, in the case of a high power klystron used for a particle accelerator or the like, a non-uniform electric field inside the cavity causes a discharge or multipactor phenomenon inside the cavity, so that the cavity is destroyed. In some cases,

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明においては、出力
空胴内部の不均一電界を均一にするために、入力又は出
力空胴の中心が、ドリフト管の中心に対して導波管と反
対側にオフセットされている。
SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, the center of the input or output cavity is opposite the waveguide with respect to the center of the drift tube in order to homogenize the non-uniform electric field inside the output cavity. Offset to the side.

【0011】先に示した電界の不均一は、マイクロ波電
力を取り出すために設置した導波管の影響であり、出力
取り出しのための導波管を上下対称に合計2組取り付け
る方法もあるが、実際的とは言えない。このため、導波
管の取り付け部は、従来のままとして、空胴内部の均一
な電界を得るため、入力又は出力空胴の中心をドリフト
管の中心軸に対してオフセットしている。
The above-mentioned non-uniformity of the electric field is due to the influence of the waveguide installed for extracting the microwave power, and there is a method in which a total of two pairs of the waveguides for extracting the output are attached vertically symmetrically. , Not practical. For this reason, the mounting portion of the waveguide is offset from the center of the input or output cavity with respect to the central axis of the drift tube in order to obtain a uniform electric field inside the cavity, as in the conventional case.

【0012】[0012]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は、本発明の1実施例を示した図である。図か
ら明らかな様に、ドリフト管の中心7に対し出力空胴の
中心8は、導波管6の反対側へオフセットされた形状と
なっている。図2は、ドリフト管の中心7と出力空胴の
中心8との位置関係を明確にするための図である。図3
は、出力空胴1の内部に発生した軸方向の電界分布であ
り、ドリフト管の中心7を通りそれぞれ垂直な面で切っ
た電界分布を図4,図5に示す。図4より空胴内部の電
界強度は、ドリフト管の中心7と出力空胴の中心8をオ
フセットすることで、ほぼ均一になっている。なお、図
4において横軸の正側は導波管側への距離を表わし、負
側は導波管と反対方向の距離を表わしている。オフセッ
ト量9は図1に示した通りである。
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. As is clear from the drawing, the center 8 of the output cavity is offset from the center 7 of the drift tube to the opposite side of the waveguide 6. FIG. 2 is a diagram for clarifying the positional relationship between the center 7 of the drift tube and the center 8 of the output cavity. Figure 3
4A and 4B show the electric field distribution in the axial direction generated inside the output cavity 1, and the electric field distributions cut through the center 7 of the drift tube in respective vertical planes are shown in FIGS. From FIG. 4, the electric field strength inside the cavity is substantially uniform by offsetting the center 7 of the drift tube and the center 8 of the output cavity. In FIG. 4, the positive side of the horizontal axis represents the distance to the waveguide side, and the negative side represents the distance in the opposite direction to the waveguide. The offset amount 9 is as shown in FIG.

【0013】この発明をクライストロンの出力空胴の実
際の設計に適用するため、オフセット量を明確にする。
図6には、横軸にオフセット量(ドリフト管半径に対す
るオフセット量の比)縦軸には、図4に示した2つのピ
ーク電界の比(EP1/EP2)を示している。すなわち、
P1/EP2=1.0とする点にオフセット量を選択する
と、2つの電界のピークは同一の高さとなる。図6より
オフセット量をドリフト管半径に対し35%とするとE
P1/EP2≒1.0となり、ほぼ均一な電界分布が期待で
きる。この点での計算結果が図4,図5である。このオ
フセット量の計算は、ドリフト管半径4mm,キャビテ
ィ半径12mm,キャビティギャップ3mm,アイリス
寸法6×14mmのキャビティ寸法について行なった。
実際の設計においては、空胴と導波管の結合状態によっ
てオフセット量は、最適になるように選択する必要があ
る。
In order to apply the present invention to the actual design of the output cavity of the klystron, the amount of offset is clarified.
In FIG. 6, the horizontal axis represents the offset amount (the ratio of the offset amount to the drift tube radius), and the vertical axis represents the ratio (E P1 / E P2 ) of the two peak electric fields shown in FIG. That is,
If the offset amount is selected at the point where E P1 / E P2 = 1.0, the two electric field peaks have the same height. From Fig. 6, assuming that the offset amount is 35% of the drift tube radius, E
Since P1 / E P2 ≈1.0, a substantially uniform electric field distribution can be expected. The calculation results at this point are shown in FIGS. The calculation of the offset amount was performed for a cavity size of a drift tube radius of 4 mm, a cavity radius of 12 mm, a cavity gap of 3 mm, and an iris size of 6 × 14 mm.
In the actual design, it is necessary to select the amount of offset to be optimum depending on the coupling state between the cavity and the waveguide.

【0014】尚、ここで示した実施例は、多空胴クライ
ストロンの出力空胴への適用例であるが、入力空胴につ
いても同一の方法でドリフト管と入力空胴をオフセット
することで空胴内部に均一の電界を作ることができる。
Although the embodiment shown here is an example of application to the output cavity of the multi-cavity klystron, the drift tube and the input cavity are offset by the same method for the input cavity as well. A uniform electric field can be created inside the body.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、入力又
は出力空胴の中心がドリフト管の中心軸に対してオフセ
ットされているため、空胴内部の電界分布が、導波管の
影響を含めても均一になっている。従って、出力空胴に
入射した電子ビームは、等しい大きさの減速電界と相互
作用し、逆行電子の発生が抑制され、ビーム効率や総合
効率の向上が期待できるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, since the center of the input or output cavity is offset with respect to the central axis of the drift tube, the electric field distribution inside the cavity is affected by the waveguide. It is uniform even including. Therefore, the electron beam incident on the output cavity interacts with the decelerating electric field of the same magnitude, the generation of retrograde electrons is suppressed, and the beam efficiency and the overall efficiency can be expected to be improved.

【0016】また、大電力クライストロンなどの場合に
は、空胴内部の電界が均一になり、空胴内部の放電やマ
ルチパクター現象も抑制でき、マイクロ波管の安定動作
が期待できる。
Further, in the case of a high power klystron, the electric field inside the cavity becomes uniform, the discharge inside the cavity and the multipactor phenomenon can be suppressed, and stable operation of the microwave tube can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の1実施例によるクライストロン出力空
胴を示す図である。
FIG. 1 shows a klystron output cavity according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例における空胴の中心とドリフト管
の中心を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the center of a cavity and the center of a drift tube in the embodiment of FIG.

【図3】図1の実施例における空胴内に発生した軸方向
の電界分布を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an axial electric field distribution generated in the cavity in the embodiment of FIG.

【図4】図1の実施例における空胴内部の電界分布(導
波管に平行な向き)を示す図である。
4 is a diagram showing an electric field distribution (direction parallel to the waveguide) inside the cavity in the embodiment of FIG.

【図5】図1の実施例における空胴内部の電界分布(導
波管に垂直な向き)を示す図である。
5 is a diagram showing an electric field distribution inside the cavity (in a direction perpendicular to the waveguide) in the embodiment of FIG.

【図6】オフセット量と電界強度の比を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a ratio between an offset amount and an electric field strength.

【図7】多空胴クライストロンの出力空胴部分の断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an output cavity portion of a multi-cavity klystron.

【図8】多空胴クライストロンの出力空胴部通し図であ
る。
FIG. 8 is a through view of an output cavity portion of a multi-cavity klystron.

【図9】出力空胴部分の電界分布を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an electric field distribution in an output cavity portion.

【図10】出力空胴部分の磁界分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a magnetic field distribution in an output cavity portion.

【図11】空胴内に発生した軸方向の電界分布を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing an electric field distribution in the axial direction generated in the cavity.

【図12】空胴内部の電界分布(導波管に平行な向き)
を示す図である。
FIG. 12 Electric field distribution inside cavity (direction parallel to waveguide)
FIG.

【図13】空胴内部の電界分布(導波管に垂直な向き)
を示す図である。
FIG. 13: Electric field distribution inside cavity (direction perpendicular to waveguide)
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 出力空胴 2 ドリフト管 3 空胴内部にはり出した電界 4 電子 5 空胴内部に発生した磁界 6 導波管 7 ドリフト管の中心 8 出力空胴の中心 9 オフセット量 1 output cavity 2 drift tube 3 electric field protruding into the cavity 4 electron 5 magnetic field generated inside the cavity 6 waveguide 7 center of drift tube 8 center of output cavity 9 offset amount

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビーム源としての電子銃部、電子ビ
ームとマイクロ波の相互作用を行なわせる複数の高周波
空胴より構成される高周波回路部、高周波回路部での相
互作用を終えた電子ビームを捕捉するコレクタ部及び電
子ビームを集束させる集束装置部などから成り、前記電
子銃部、高周波回路部およびコレクタ部が直線的に配置
された多空胴クライストロンにおいて、前記高周波部を
構成する入力空胴または出力空胴の中心軸が、電子ビー
ムを走行させるためのドリフト管の中心軸に対し入出力
導波管と反対側にオフセットされていることを特徴とす
る多空胴クライストロン。
1. An electron gun unit as an electron beam source, a high-frequency circuit unit composed of a plurality of high-frequency cavities that cause the electron beam and microwaves to interact with each other, and an electron beam that has completed the interaction in the high-frequency circuit unit. In the multi-cavity klystron in which the electron gun section, the high frequency circuit section and the collector section are linearly arranged, the input cavity forming the high frequency section is formed. A multi-cavity klystron, wherein the center axis of the body or the output cavity is offset to the side opposite to the input / output waveguide with respect to the center axis of the drift tube for traveling the electron beam.
JP5193785A 1993-08-05 1993-08-05 Multi-cavity klystron Pending JPH0750135A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102187422A (en) * 2009-08-21 2011-09-14 浦项工科大学校产学协力团 Electron beam generating apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102187422A (en) * 2009-08-21 2011-09-14 浦项工科大学校产学协力团 Electron beam generating apparatus
US8736169B2 (en) 2009-08-21 2014-05-27 Postech Academy-Industry Foundation Electron beam generating apparatus

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