JPH0793103B2 - マイクロ波管の電子銃構体 - Google Patents

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、マイクロ波管の電子銃構体に係わり、とく
にカソード支持体およびそれをとりまく絶縁筒の構造の
改良に関する。

例えば多空胴クタイストロン、進行波管、ジャイロトロ
ン、その他電子ビームを概ね直進させてマイクロ波の発
振、あるいは増幅動作をさせるマイクロ波管は、電子ビ
ームを発生する電子銃構体を備えている。

3GHz帯のパルスクライストロンを例にとれば、そのマイ
クロ波出力は数MW乃至100MW程度であり、その動作電圧
はおよそ100kVから450kV程度に達する。従来のその電子
銃構体は、第３図に示すような構成である。同図を参照
してクライストロンの動作を概説する。含浸形カソード
11の凹球面からなる電子放出面12から放出された電子ビ
ームは、カソードおよびボディを兼ねるアノード電極13
の間に印加された加速電圧により加速され、ビーム下流
に設けられているボディの入力空胴、中間空胴、出力空
胴、それらを連結するドリフト管（いずれも図示せず）
からなる高周波部を通過し、その間で入力空胴から励振
された高周波と相互作用して増幅作用に寄与する。

カソード11のまわりには、同電位のウェネルト電極14が
近接して配置され、ともにカソード支持円筒15の上部15
aに固定され保持されている。カソード支持円筒15は、
一定直径のまま図示の下方に延長され、その下部15bが
ステム部材の一部をなす厚肉金属リングからなるカソー
ド端子16にろう接により固定され目立させられている。
カソードに埋設された加熱用ヒータは、棒状ヒータ給電
体17に接続されている。カソードおよびウェネルト電極
をとりまいてアノード電極と同電位の円筒状金属容器18
が設けられ、その下端部に一定直径のセラミックス製の
絶縁円筒19が気密ろう接され、この絶縁円筒の下端部が
カソード端子16に同じく気密ろう接されている。なお図
中の符号20はコロナリングをあらわしている。

こうしてカソード支持円筒15と、絶縁円筒19とは、同軸
的に軸方向に延長され、絶縁円筒はカソードとアノード
電極との間を電気的に絶縁している。

（発明が解決しようとする課題） 第３図に示したようなクライストロンの電子銃構体にお
いては、カソードとアノード電極とが二極管構造をなし
ているため、両者間に高い直流電圧を印加した場合、こ
の部分の電子ビームは空間電荷制限領域で動作し、電子
の走行時間によってはこの二極管の抵抗に負の成分が生
じることがよく知られている。なお、電子の走行時間は
カソードとアノードの印加電圧すなわち加速電圧に依存
し、二極管の抵抗成分とは両者間の電圧をビーム電流に
より両者間に誘起される誘導電流で微分した値である。
このような負性抵抗により、この部分で発振現象が起
り、それが電子ビームを変調し、正規の高周波増幅作用
に悪影響を与え、クライストロンの動作を不安定にする
不都合がある。この現象は二極管発振と称され、理論的
には次のような条件を満たす場合に起るものと考えられ
る。

（１） カソードおよびアノード間の電子ビームに十分
大きい負性抵抗が発生すること。

（２） 上記（１）の条件に合う共振周波数と高いＱ値
をもつ共振回路を形成していること。

（３） 共振回路と電子ビームとは高周波的に強く結合
していること。

従来からこの二極管発振を抑制する手段が講じられてき
た。すなわち、カソードとアノードとの間の電子ビーム
の走行時間を変えて前記条件の合致を回避することや、
共振周波数を高い方に変化させること等が行なわれてい
る。しかし、前者は電子銃のパービアンスが最高値から
はずれてしまいやすく、実施困難である。後者は耐電圧
特性を十分確保するうえでの制約となったりして、やは
り実施困難である。その他、共振回路部分のＱ値を低減
するように、例えば電子銃構体の内部に高周波吸収体を
配置することも考えられるが、吸収体がガス放出源とな
ったり、耐電圧特性が十分得られないなどの傾向があ
る。

この発明は、以上のような不都合を解消し、比較的簡単
な構成で二極管発振を抑制でき、且つ十分な耐電圧特性
を備えるマイクロ波管の電子銃構体を提供することを目
的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、同軸的に互いに内、外面で向き合う一方の
カソード支持筒がその上部側に対して下部が滑らかな曲
線状またはテーパ状に径大となっており、他方の絶縁筒
がアノート電極に接合された上部に対してステム部に接
合された下部が滑らかなテーパ状または曲線状で径小に
構成されてなるマイクロ波管の電子銃構体である。

（作用） この発明によれば、カソードおよび加速アノード、およ
びその付近の構造体が、高いＱ値の共振回路を構成しに
くく、二極管発振現象が起らず、且つ耐電圧性能も十分
なマイクロ波管の電子銃構体が得られる。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお第３図
と同一部分が同一符号をあらわす。

第１図に示すように、ステム部に固定されたカソード支
持円筒21の図示上端部21aに、電子放出用カソード11、
およびウェネルト電極14が支持されている。カソード加
熱用のヒータは、その脚部22が内側の同軸円筒状のヒー
タ給電体23の上端に、可撓性のリボン24を介して電気的
に接続されている。ウェネルト電極14は略球面状の漏斗
状部14aを有し、これを包囲する金属容器25の内面25aは
漏斗状部14aと略同心状の曲面を有している。これによ
りこの部分の等電位線を均等分布化している。

そこで、カソード11とアノード電極13との間の電気的絶
縁をはかるセラミックス製絶縁筒26は、図示のアノード
側上部26aが径大となっており、カソード側下部26bがテ
ーパ状に径小となっていて、それぞれ封着用薄肉金属リ
ング27、28により真空気密にろう接されている。この絶
縁筒26の内側に同軸的に位置するカソード支持筒21は、
カソード側上端部21aに対して、絶縁筒26の内側領域の
途中から下端部21bが滑らかなテーパ状で径大に構成さ
れ、厚肉金属リングからなるカソード端子16の外周縁近
傍にねじ止めされ、固定されている。これにより、カソ
ード支持円筒21と絶縁円筒26とは、互いに逆の直径寸法
関係に構成されている。カソード支持円筒のテーパ状部
21cには、複数個の通気孔21dが形成され、それに対応し
て内側のヒータ給電筒23にも通気孔23aが形成され、金
属排気管29への排気コンダクタンスを大きくしている。
絶縁円筒26の上部26aのろう接部を内外から挟持するよ
うに、金属容器25の下端コロナリング部25bおよび外部
のコロナリング30、31が設けられている。また絶縁円筒
の下部25bのろう接部の外側を包囲するように、下部コ
ロナリング32が取付けられている。

組立てにあたっては、ヒータを内蔵するカソード11およ
びウェネルト電極14をカソード支持円筒21およびヒータ
給電体23とともに一体的に組立てた構造体と、金属容器
25および絶縁円筒26の組立構造体とを、両者の中心軸お
よび軸方向の高さを所定寸法に位置決めして、第１のヘ
リアーク溶接部B1で真空気密に接続する。そしてこれら
をアノード電極13を有する構造体に第２のヘリアーク溶
接部B2で気密接合し、その外周の外側コロナリング30、
31を嵌合する。こうして比較的容易に組立てることがで
きるようになっている。

このような構造の電子銃構体をもつパルスクラストロン
の電子銃構体について、電子計算機によるシミュレーシ
ョンの結果、セラミックス絶縁筒付近の直流等電位線が
第２図に示すような結果が得られた。すなわち、カソー
ド支持円筒が下部で径大となり、絶縁筒が逆に下部に径
小となっているため、電気力線は非常にスムースに真空
領域から管外に出ている。これは、第３図に示した従来
構造における等電位線Ｅと比較すれば歴然としている。
従来構造では、とくに絶縁筒の下部においてほぼ等電位
となる範囲がむやみに大きく、この部分にエネルギーが
集中しやすいので共振回路となりやすい。それにより不
所望な二極管発振が生じやすいのである。それに対して
この発明のものは、絶縁筒の全領域に電位がより一層均
等に分布し、また等電位線が絶縁筒に直角に近く透過し
ており、こうしてエネルギーが一部に集中せず、高いＱ
値の共振回路が生じにくくなっている。

したがってこの発明によれば、電子銃構体内部での二極
管発振現象が起りにくく、且つカソードとアノードとの
間の耐電圧特性も従来構造よりすぐれており、信頼性の
高い動作が得られる。

なお、上記実施例ではカソード支持筒、あるいは絶縁筒
が、それぞれ上部から下部にかけてテーパ状に直径が変
化させられているものであるが、それに限らず、滑らか
な曲線状に形成されていてもよく、若しくは互いにそれ
らの組合わせであってもよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、カソードおよびア
ノード、およびその付近の構造体が、高いＱ値の共振回
路を構成しにくく、二極管発振現象が起らず、且つ耐電
圧性能も十分なマイクロ波管の電子銃構体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す要部縦断面図、第２図
はその等電位線を模式的に示す半断面図、第３図は従来
構造を示す要部縦断面図である。 11……カソード、13……アノード電極、21……カソード
支持筒、21c……支持筒のテーパ部、26……絶縁筒、26a
……絶縁筒の上部、26b……絶縁筒の下部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子放出用カソードと、上部において前記
   カソードを支持し下部においてステム部材に固定された
   カソード支持筒と、上記カソードのビーム下流に配置さ
   れビーム通過孔を有するアノード電極と、上記カソード
   支持筒の外周に離隔して同軸的に配置され一端上部が上
   記アノード電極に接続され他端下部が上記ステム部材に
   接合された絶縁筒とを備えたマイクロ波管の電子銃構体
   において、 上記カソード支持筒が、その上部側に対して下部が滑ら
   かなテーパ状または曲線状で径大となっており、 上記絶縁筒が、アノード電極に接合された上部に対して
   ステム部に接合された下部が滑らかなテーパ状または曲
   線状で径小に構成されてなることを特徴とするマイクロ
   波管の電子銃構体。