JPH0817081B2 - 超高周波発振管装置 - Google Patents
超高周波発振管装置Info
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- JPH0817081B2 JPH0817081B2 JP1257092A JP25709289A JPH0817081B2 JP H0817081 B2 JPH0817081 B2 JP H0817081B2 JP 1257092 A JP1257092 A JP 1257092A JP 25709289 A JP25709289 A JP 25709289A JP H0817081 B2 JPH0817081 B2 JP H0817081B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/025—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators with an electron stream following a helical path
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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、超高周波発振管装置に係わり、とくに直
流磁界中を螺旋運動する電子ビームと発振部および増幅
部を構成する高周波回路構体内のTEモード電磁波との相
互作用によってマイクロ波乃至サブミリ波帯の電磁波の
発生を行う電子管装置に関する。
流磁界中を螺旋運動する電子ビームと発振部および増幅
部を構成する高周波回路構体内のTEモード電磁波との相
互作用によってマイクロ波乃至サブミリ波帯の電磁波の
発生を行う電子管装置に関する。
（従来の技術） この種電子管として、これまでペニオトロンが知られ
ている。このペニオトロンは、例えば特公昭45−35334
号公報、あるいは特開昭61−273833号公報などに開示さ
れているように、直流磁界中を螺旋運動する電子ビーム
と高周波回路を伝搬する電磁波との相互作用による位相
分離効果に基き電磁波の発振、あるいは増幅動作をする
電子管である。
ている。このペニオトロンは、例えば特公昭45−35334
号公報、あるいは特開昭61−273833号公報などに開示さ
れているように、直流磁界中を螺旋運動する電子ビーム
と高周波回路を伝搬する電磁波との相互作用による位相
分離効果に基き電磁波の発振、あるいは増幅動作をする
電子管である。
すなわちペニオトロンは、空間的に一様でない高周波
電磁場中での電子の旋回中心の移動の効果を利用してお
り、個々の電子は一回転する間に加減速を交互に受け
る。この一回転当りの加減速の効果の差が累積すること
によって、電子の運動エネルギーが高周波電磁場に与え
られる。このペニオトロン動作機構では、個々の電子と
高周波電磁場とのエネルギーの授受が本質をなしてお
り、電子の集団的効果によって電磁場の増幅が起るクラ
イストロンやジャイロトロン等の動作と本質的に異なっ
ている。したがってペニオトロンでは、電子のふるまい
が高周波電磁場との位相関係に依存しないような動作が
可能である。そのため位相分離効果により電子ビームが
全て電磁波の減速電界に捕捉されるので、原理的には、
電子ビームの回転運動エネルギーを全て電磁波のエネル
ギーに変換できる。この理由から、電子ビームから電磁
波へのエネルギー変換効率はきわめて高い値が期待でき
る。
電磁場中での電子の旋回中心の移動の効果を利用してお
り、個々の電子は一回転する間に加減速を交互に受け
る。この一回転当りの加減速の効果の差が累積すること
によって、電子の運動エネルギーが高周波電磁場に与え
られる。このペニオトロン動作機構では、個々の電子と
高周波電磁場とのエネルギーの授受が本質をなしてお
り、電子の集団的効果によって電磁場の増幅が起るクラ
イストロンやジャイロトロン等の動作と本質的に異なっ
ている。したがってペニオトロンでは、電子のふるまい
が高周波電磁場との位相関係に依存しないような動作が
可能である。そのため位相分離効果により電子ビームが
全て電磁波の減速電界に捕捉されるので、原理的には、
電子ビームの回転運動エネルギーを全て電磁波のエネル
ギーに変換できる。この理由から、電子ビームから電磁
波へのエネルギー変換効率はきわめて高い値が期待でき
る。
（発明が解決しようとする課題） ところで、従来知られている上記のような発振管で
は、電子ビームの軸方向運動エネルギーは電磁波のエネ
ルギーに変換できないので、完璧な減速コレクタを採用
しないかぎり、この変換効率を100％に近づけることは
できない。一方、電磁波の周波数が高くなると、高周波
回路として採用している空胴共振器や導派管などの寸法
が小さくなり、これら高周波回路の許容電力損失の点か
ら耐電力が制約されると共に、必要な直流磁界の強度も
大きくなり、発振あるいは増幅動作をする電磁波の周波
数も制約されるので、これまでに実現されている管の出
力電力は10kWレベル、動作周波数は45GHzどまりであ
る。また他方、これまで考えられてきた、空胴共振器部
分のみで高周波出力の略々全電力を発振させ、この高周
波エネルギーをそのまま後続の導波管を伝送させて出力
を取り出す動作機構では、空胴共振器内に存在する反射
波と螺旋運動する電子ビームとの相互作用により各電子
ごとに振舞いにばらつきが生じて逆に電磁波からエネル
ギーを奪う電子が発生し、これにより奪われるエネルギ
ーが無視できないレベルとなり、十分高い変換効率は得
られないことがわかった。
は、電子ビームの軸方向運動エネルギーは電磁波のエネ
ルギーに変換できないので、完璧な減速コレクタを採用
しないかぎり、この変換効率を100％に近づけることは
できない。一方、電磁波の周波数が高くなると、高周波
回路として採用している空胴共振器や導派管などの寸法
が小さくなり、これら高周波回路の許容電力損失の点か
ら耐電力が制約されると共に、必要な直流磁界の強度も
大きくなり、発振あるいは増幅動作をする電磁波の周波
数も制約されるので、これまでに実現されている管の出
力電力は10kWレベル、動作周波数は45GHzどまりであ
る。また他方、これまで考えられてきた、空胴共振器部
分のみで高周波出力の略々全電力を発振させ、この高周
波エネルギーをそのまま後続の導波管を伝送させて出力
を取り出す動作機構では、空胴共振器内に存在する反射
波と螺旋運動する電子ビームとの相互作用により各電子
ごとに振舞いにばらつきが生じて逆に電磁波からエネル
ギーを奪う電子が発生し、これにより奪われるエネルギ
ーが無視できないレベルとなり、十分高い変換効率は得
られないことがわかった。
この発明の目的は、上述のペニオトロンの特長である
高効率特性を高周波数化，大出力化のための要件を満た
す自己共鳴条件のもとで最大限に発揮するように構成し
て、マイクロ波乃至サブミリ波帯の高効率，大出力動作
が得られる超高周波発振管装置を提供することを目的と
する。
高効率特性を高周波数化，大出力化のための要件を満た
す自己共鳴条件のもとで最大限に発揮するように構成し
て、マイクロ波乃至サブミリ波帯の高効率，大出力動作
が得られる超高周波発振管装置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） 本発明は、螺旋運動する電子ビームと高周波回路構体
中の電子ビームと同方向に伝搬するTEモード電磁波とが
自己共鳴条件（電磁波の位相速度Vpが、光速ｃに等しい
か又は略々等しい時、この条件が成立する）を満たして
相互作用する超高周波発振管において、高周波回路構体
を発振部とそのビーム下流に直結した増幅部とで構成
し、発振部での発振高周波電力レベルを増幅部から最終
的に出力される高周波電力レベルの数％で動作する超高
周波発振管装置である。これを自己共鳴ペニオトロン発
振管装置と記す。
中の電子ビームと同方向に伝搬するTEモード電磁波とが
自己共鳴条件（電磁波の位相速度Vpが、光速ｃに等しい
か又は略々等しい時、この条件が成立する）を満たして
相互作用する超高周波発振管において、高周波回路構体
を発振部とそのビーム下流に直結した増幅部とで構成
し、発振部での発振高周波電力レベルを増幅部から最終
的に出力される高周波電力レベルの数％で動作する超高
周波発振管装置である。これを自己共鳴ペニオトロン発
振管装置と記す。
（作用） 本発明によれば、一層短波長帯まで、大電力で高効率
動作をする発振管装置を実現できる。
動作をする発振管装置を実現できる。
すなわち、本発明の自己共鳴ペニオトロン発振管装置
では、発振部において、最終的に出力される高周波電力
レベルの数％の高周波電力発振を行なう。この場合、こ
こでの発振電力レベルが小さいため、この発振部での反
射波の電子ビームに与える影響が小さい。そのため、こ
の発振部での各電子ごとの振舞いに生じるばらつきも小
さいので、後段の増幅作用に与える影響も小さい。ここ
で発生した小電力の高周波発振出力とこの発振部を通り
過ぎた電子ビームをそのまま増幅部に導入し増幅作用を
行なわせることができる。この増幅部では自己共鳴条件
を維持しながら進行波および電子ビームが相互作用する
ので、電子の回転運動エネルギーのみならず軸方向運動
エネルギーまでもが電磁場の増幅に寄与し、発振管全体
の変換効率がきわめて高いものとなる。
では、発振部において、最終的に出力される高周波電力
レベルの数％の高周波電力発振を行なう。この場合、こ
こでの発振電力レベルが小さいため、この発振部での反
射波の電子ビームに与える影響が小さい。そのため、こ
の発振部での各電子ごとの振舞いに生じるばらつきも小
さいので、後段の増幅作用に与える影響も小さい。ここ
で発生した小電力の高周波発振出力とこの発振部を通り
過ぎた電子ビームをそのまま増幅部に導入し増幅作用を
行なわせることができる。この増幅部では自己共鳴条件
を維持しながら進行波および電子ビームが相互作用する
ので、電子の回転運動エネルギーのみならず軸方向運動
エネルギーまでもが電磁場の増幅に寄与し、発振管全体
の変換効率がきわめて高いものとなる。
（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。
第１図は、本発明の実施例の発振管を示す概略図であ
る。これは管軸ｚに沿って組み立てた電子銃構体11,電
子ビーム導入部12,発振部を構成する横断面が正方形，
矩形または円形導波管からなる空胴共振器部13,増幅部
を構成する横断面が前記共振器と同じ形状を有し且つそ
のビーム下流に直結された進行波伝送導波管部14,コレ
クタ部15,気密接合された誘導体からなる出力窓16,出力
導波管17,および外周に配置された複数のソレノイド18,
19,20を備えている。電子銃構体11は、カソード21,加速
陽極22を備え、中空の電子ビームｅを放出する。ソレノ
イド18,19は、電子銃構体近傍のまわりに設置されてお
り中空電子ビームｅを管中心軸（ｚ軸）のまわりの螺旋
運動に変換するための所定強度の直流磁界を発生させ
る。ソレノイド20は、空胴共振器部13および導波管部14
により構成された高周波回路構体に管軸ｚ方向にほぼ平
行な所定強度の直流磁界を発生し、電子ビームｅを所定
周期で螺旋運動させるように設けられている。空胴共振
器部13,および導波管部14は、発振波波長に比べて横断
面寸評が相対的に十分大きな管を使用するなどの手段に
より、管内を伝搬する所定モードの電磁波の位相速度Vp
が光速ｃに近い値となるようになっている。それによっ
て、自己共鳴条件が維持される。なお、利用できる電磁
波のモードは、ペニオトロン動作を可能とするために、
例えば矩形導波管TE11モード，円形導波管TE21モードな
ど電子の螺旋運動中心から離れるにしたがって高周波電
界の強度が強くなるモードである。
る。これは管軸ｚに沿って組み立てた電子銃構体11,電
子ビーム導入部12,発振部を構成する横断面が正方形，
矩形または円形導波管からなる空胴共振器部13,増幅部
を構成する横断面が前記共振器と同じ形状を有し且つそ
のビーム下流に直結された進行波伝送導波管部14,コレ
クタ部15,気密接合された誘導体からなる出力窓16,出力
導波管17,および外周に配置された複数のソレノイド18,
19,20を備えている。電子銃構体11は、カソード21,加速
陽極22を備え、中空の電子ビームｅを放出する。ソレノ
イド18,19は、電子銃構体近傍のまわりに設置されてお
り中空電子ビームｅを管中心軸（ｚ軸）のまわりの螺旋
運動に変換するための所定強度の直流磁界を発生させ
る。ソレノイド20は、空胴共振器部13および導波管部14
により構成された高周波回路構体に管軸ｚ方向にほぼ平
行な所定強度の直流磁界を発生し、電子ビームｅを所定
周期で螺旋運動させるように設けられている。空胴共振
器部13,および導波管部14は、発振波波長に比べて横断
面寸評が相対的に十分大きな管を使用するなどの手段に
より、管内を伝搬する所定モードの電磁波の位相速度Vp
が光速ｃに近い値となるようになっている。それによっ
て、自己共鳴条件が維持される。なお、利用できる電磁
波のモードは、ペニオトロン動作を可能とするために、
例えば矩形導波管TE11モード，円形導波管TE21モードな
ど電子の螺旋運動中心から離れるにしたがって高周波電
界の強度が強くなるモードである。
さて、本実施例では、螺旋運動する電子ビームと空胴
共振器部13内の所定モードの電磁波とのペニオトロン相
互作用により、電子ビームｅの運動エネルギーの一部が
電磁波エネルギーに変換され、所定の強度およびモード
の電磁波を発生（発振）し、ここで発生した電磁波およ
び螺旋運動する電子ビームはすぐ下流の導波管部14に透
過し、ここで再びペニオトロン相互作用により電磁波の
強度を増大（増幅）させる。これが本発明超高周波発振
管の動作の概略であるが、以下にこの構成の利点を説明
する。
共振器部13内の所定モードの電磁波とのペニオトロン相
互作用により、電子ビームｅの運動エネルギーの一部が
電磁波エネルギーに変換され、所定の強度およびモード
の電磁波を発生（発振）し、ここで発生した電磁波およ
び螺旋運動する電子ビームはすぐ下流の導波管部14に透
過し、ここで再びペニオトロン相互作用により電磁波の
強度を増大（増幅）させる。これが本発明超高周波発振
管の動作の概略であるが、以下にこの構成の利点を説明
する。
先ず、進行波伝送導波管14内での電磁波の増幅から説
明する。第２図は円形導波管TE21モード中で自己共鳴条
件でペニオトロン動作をする電子の相対運動エネルギー
Eel（縦軸）の変化を導波管14の軸方向（ｚ方向）（横
軸）に沿って示す計算機シミュレーションの一例であ
る。同図には、電子の入射位相の異なる24個の代表電子
の運動エネルギーの変化が示されているが、螺旋運動す
る電子ビームのすべての電子が、導波管中を進行するに
つれてほぼ同時にその運動エネルギーを電磁波に与えて
電子エネルギーはあたかも１個の電子のエネルギー変化
のように減少していることが理解される。このシミュレ
ーションの結果で、電子ビームの運動エネルギーから電
磁波に与えるエネルギーの最大変換効率が95％となって
いるのは、この計算例で変換効率を95％となる動作条件
に設定しているためであり、動作条件の選定により変換
効率を100％に近づけることが可能である。このように
導波管中を進行する電磁波と自己共鳴条件でのペニオト
ロン動作による電磁波の増幅では、電子ビームの運動エ
ネルギーの電磁波のエネルギーへの変換効率を100％に
近づけることが可能な超高周波電子管である。
明する。第２図は円形導波管TE21モード中で自己共鳴条
件でペニオトロン動作をする電子の相対運動エネルギー
Eel（縦軸）の変化を導波管14の軸方向（ｚ方向）（横
軸）に沿って示す計算機シミュレーションの一例であ
る。同図には、電子の入射位相の異なる24個の代表電子
の運動エネルギーの変化が示されているが、螺旋運動す
る電子ビームのすべての電子が、導波管中を進行するに
つれてほぼ同時にその運動エネルギーを電磁波に与えて
電子エネルギーはあたかも１個の電子のエネルギー変化
のように減少していることが理解される。このシミュレ
ーションの結果で、電子ビームの運動エネルギーから電
磁波に与えるエネルギーの最大変換効率が95％となって
いるのは、この計算例で変換効率を95％となる動作条件
に設定しているためであり、動作条件の選定により変換
効率を100％に近づけることが可能である。このように
導波管中を進行する電磁波と自己共鳴条件でのペニオト
ロン動作による電磁波の増幅では、電子ビームの運動エ
ネルギーの電磁波のエネルギーへの変換効率を100％に
近づけることが可能な超高周波電子管である。
ところで、この動作を空胴共振器部13内だけで、導波
管部を経て取り出す略々全出力電力に相当する高周波エ
ネルギーを発振させると、既述のように空胴共振器内に
存在する反射波と螺旋運動する電子ビームとは自己共鳴
条件が満たされないために、上述のような高い変換効率
は得られず、発明者らの前記動作条件でのシミュレーシ
ョンの結果では最大67％に止った。これは、空胴共振器
内の反射波の影響であり、空胴共振器中での電子ビーム
と電磁波との相互作用が進展するにつれて、電子ビーム
の個々の電子の入射位相の違いにより、電子の運動エネ
ルギーの変化に差異が生じ、第２図に示したようなすべ
ての電子の運動エネルギーを全く同等に電磁波のエネル
ギーに変換することができなくなるためである。しか
し、個々の電子の運動エネルギーに大きな差異が生じる
のは、電子の運動エネルギーの大半を電磁波エネルギー
に変換して、その運動エネルギーが小さくなってからで
あり、第１図に示す構成において、空胴共振器13の部分
での電磁波の発振電力を低く抑え、その下流に直結され
た導波管14の部分で電子ビームの運動エネルギーの大部
分を電磁波のエネルギーに与えて増幅する構成をとるこ
とにより、第２図に示したと同等な高い変換効率を維持
した発振管装置を得ることが可能である。
管部を経て取り出す略々全出力電力に相当する高周波エ
ネルギーを発振させると、既述のように空胴共振器内に
存在する反射波と螺旋運動する電子ビームとは自己共鳴
条件が満たされないために、上述のような高い変換効率
は得られず、発明者らの前記動作条件でのシミュレーシ
ョンの結果では最大67％に止った。これは、空胴共振器
内の反射波の影響であり、空胴共振器中での電子ビーム
と電磁波との相互作用が進展するにつれて、電子ビーム
の個々の電子の入射位相の違いにより、電子の運動エネ
ルギーの変化に差異が生じ、第２図に示したようなすべ
ての電子の運動エネルギーを全く同等に電磁波のエネル
ギーに変換することができなくなるためである。しか
し、個々の電子の運動エネルギーに大きな差異が生じる
のは、電子の運動エネルギーの大半を電磁波エネルギー
に変換して、その運動エネルギーが小さくなってからで
あり、第１図に示す構成において、空胴共振器13の部分
での電磁波の発振電力を低く抑え、その下流に直結され
た導波管14の部分で電子ビームの運動エネルギーの大部
分を電磁波のエネルギーに与えて増幅する構成をとるこ
とにより、第２図に示したと同等な高い変換効率を維持
した発振管装置を得ることが可能である。
第３図は、第１図の構成において、空胴共振器13での
発振電力（横軸）に対する管全体での変換効率η（縦
軸）の変化のシミュレーションの一例を示しており、導
波管部から取り出す高周波出力電力は約6.4MWとした場
合である。同図から、空胴共振器部分での発振電力を全
出力電力の８％以下、より望ましくは４％以下（ただ
し、いずれも０は含まない）に低く抑えることにより、
管全体での電子ビームエネルギーから電磁波エネルギー
への変換効率を90％以上に高く維持できる。
発振電力（横軸）に対する管全体での変換効率η（縦
軸）の変化のシミュレーションの一例を示しており、導
波管部から取り出す高周波出力電力は約6.4MWとした場
合である。同図から、空胴共振器部分での発振電力を全
出力電力の８％以下、より望ましくは４％以下（ただ
し、いずれも０は含まない）に低く抑えることにより、
管全体での電子ビームエネルギーから電磁波エネルギー
への変換効率を90％以上に高く維持できる。
また、本発明の超高周波発振管では、空胴共振器部お
よびその下流に直結された進行波伝送導波管部で構成さ
れる高周波回路内で自己共鳴条件を満たして相互作用動
作をするため、従来のこの種電子管と比べて、高周波回
路の断面寸法を十分大きくとれる。また、大電力動作で
は必然的に要求される高エネルギー電子ビームに対し
て、同じ周波数の電磁波を発生するための所定の直流磁
界強度を大幅に小さくできる。こうして、サブミリ波帯
でも高効率で大電力発生の動作を実現できる。
よびその下流に直結された進行波伝送導波管部で構成さ
れる高周波回路内で自己共鳴条件を満たして相互作用動
作をするため、従来のこの種電子管と比べて、高周波回
路の断面寸法を十分大きくとれる。また、大電力動作で
は必然的に要求される高エネルギー電子ビームに対し
て、同じ周波数の電磁波を発生するための所定の直流磁
界強度を大幅に小さくできる。こうして、サブミリ波帯
でも高効率で大電力発生の動作を実現できる。
別の実施例として、例えばソレノイド20を複数個に分
割し、それらを軸方向に縦列配置するとともに各分割ソ
レノイドの発生磁界強度を適当に調節し、進行波伝送導
波管部14内の管軸方向に沿う直流磁界強度を電子ビーム
下流でテーパ状に分布する構成にすることができる。す
なわち、現実の導波管では位相速度Vpが光速ｃよりも大
きいので、そのままでは理想的な自己共鳴条件を維持す
ることはできないが、後述するシミュレーションの結果
から明らかなように進行波伝送導波管部14の軸方向下流
側に直流磁場テーパ領域を設けることにより、自己共鳴
条件を保って高効率動作を得ることができる。
割し、それらを軸方向に縦列配置するとともに各分割ソ
レノイドの発生磁界強度を適当に調節し、進行波伝送導
波管部14内の管軸方向に沿う直流磁界強度を電子ビーム
下流でテーパ状に分布する構成にすることができる。す
なわち、現実の導波管では位相速度Vpが光速ｃよりも大
きいので、そのままでは理想的な自己共鳴条件を維持す
ることはできないが、後述するシミュレーションの結果
から明らかなように進行波伝送導波管部14の軸方向下流
側に直流磁場テーパ領域を設けることにより、自己共鳴
条件を保って高効率動作を得ることができる。
第４図はそのシミュレーション結果の一例で、増幅部
の導波管軸位置に対する増幅電力と必要な直流磁界強度
を示している。これは、位相速度Vpを光速ｃの1.05倍と
して、電磁波モードをTE21、発振周波数を200GHz、加速
電圧を1MV、電子ビームを構成している電子の回転運動
速度と軸方向運動速度との比を1.109、導波管部の上流
側の一定磁界強度を8.41テラスに設定した場合である。
その場合、導波管部の内半径は2.39mmである。そして、
この第４図は、空胴共振器部13から導波管部14に入射す
る高周波電力を100kW,電子ビーム電流を10Aとしたとき
の結果で、90％を越える最大変換効率が得られた。
の導波管軸位置に対する増幅電力と必要な直流磁界強度
を示している。これは、位相速度Vpを光速ｃの1.05倍と
して、電磁波モードをTE21、発振周波数を200GHz、加速
電圧を1MV、電子ビームを構成している電子の回転運動
速度と軸方向運動速度との比を1.109、導波管部の上流
側の一定磁界強度を8.41テラスに設定した場合である。
その場合、導波管部の内半径は2.39mmである。そして、
この第４図は、空胴共振器部13から導波管部14に入射す
る高周波電力を100kW,電子ビーム電流を10Aとしたとき
の結果で、90％を越える最大変換効率が得られた。
なお、理想的な自己共鳴条件を維持することができな
い場合でも、導波管部14の上流側においては磁界強度を
ほとんど一定とし、下流側で各動作条件に応じて適切な
テーパ状の分布に設定することにより、高出力、高い変
換効率が得られる。それは、電子と電磁波との相互作用
が弱い上流側においてはほとんど一定の磁界強度とし、
相互作用が強くなって電子の質量や速度が変化し共鳴条
件の補正が必要となる下流側で磁界強度を各動作条件に
応じて適切なテーパ状分布とすることにより、高出力が
得られ、且つ高い変換効率が得られるのである。
い場合でも、導波管部14の上流側においては磁界強度を
ほとんど一定とし、下流側で各動作条件に応じて適切な
テーパ状の分布に設定することにより、高出力、高い変
換効率が得られる。それは、電子と電磁波との相互作用
が弱い上流側においてはほとんど一定の磁界強度とし、
相互作用が強くなって電子の質量や速度が変化し共鳴条
件の補正が必要となる下流側で磁界強度を各動作条件に
応じて適切なテーパ状分布とすることにより、高出力が
得られ、且つ高い変換効率が得られるのである。
したがって、所望の出力電力に応じて動作条件を定め
るとともに、導波管部の直流磁界強度を軸方向に適切な
テーパ状分布として与えることにより、十分な自己共鳴
条件を維持してきわめて高い効率を得ることができる。
るとともに、導波管部の直流磁界強度を軸方向に適切な
テーパ状分布として与えることにより、十分な自己共鳴
条件を維持してきわめて高い効率を得ることができる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、螺旋運動する電子ビー
ムと高周波回路構体中の電磁波とが自己共鳴条件を満た
して相互作用しており、高周波回路構体が空胴共振器部
と進行波伝送導波管部とを直結した形で構成するととも
に、発振部を構成する空胴共振器部での発振高周波電力
レベルを増幅部となる進行波伝送導波管部から最終的に
出力される高周波電力レベル数％の範囲で動作する超高
周波発振管である。それによって、従来実現されている
以上に比較的大きい共振器、導波管寸法で、高周波数、
大電力で高効率動作を達成することができる。
ムと高周波回路構体中の電磁波とが自己共鳴条件を満た
して相互作用しており、高周波回路構体が空胴共振器部
と進行波伝送導波管部とを直結した形で構成するととも
に、発振部を構成する空胴共振器部での発振高周波電力
レベルを増幅部となる進行波伝送導波管部から最終的に
出力される高周波電力レベル数％の範囲で動作する超高
周波発振管である。それによって、従来実現されている
以上に比較的大きい共振器、導波管寸法で、高周波数、
大電力で高効率動作を達成することができる。
第１図は、本発明の実施例を示す概略構成図、第２図は
その電磁波増幅器部分での管軸に沿った個々の電子の運
動エネルギーの変化を示す特性図、第３図は発振部での
発振電力に対する発振管全体での変換効率の変化を示す
特性図、第４図はこの発明の他の実施例の作用を説明す
る比較特性図である。 11……電子銃構体、 13……空胴共振器部、 14……進行波伝送導波管部、 15……コレクタ部、 18、19、20……ソレノイド、 ｅ……電子ビーム。
その電磁波増幅器部分での管軸に沿った個々の電子の運
動エネルギーの変化を示す特性図、第３図は発振部での
発振電力に対する発振管全体での変換効率の変化を示す
特性図、第４図はこの発明の他の実施例の作用を説明す
る比較特性図である。 11……電子銃構体、 13……空胴共振器部、 14……進行波伝送導波管部、 15……コレクタ部、 18、19、20……ソレノイド、 ｅ……電子ビーム。
Claims (2)
- 【請求項１】電子ビームを発生する電子銃構体、その電
子ビーム下流に配置された高周波回路構体、及びその電
子ビーム下流に配置されたコレクタ部を備える超高周波
発振管と、前記超高周波発振管の周りに配置され前記高
周波回路構体に管軸方向の直流磁界を与える磁界発生装
置と、上記超高周波発振管の電子銃構体及び高周波回路
構体の間に動作電圧を印加する電源装置とを具備し、上
記磁界発生装置から与えられる直流磁界中を螺旋運動す
る電子ビームと前記高周波回路構体中にTEモード電磁波
との相互作用を利用する超高周波発振管装置において、 上記超高周波発振管の高周波回路構体は、電磁波の発振
部として機能する空胴共振器部およびその電子ビーム下
流に直結して設けられ増幅部として機能する進行波伝送
導波管部により構成されるとともに、これら発振部およ
び増幅部のいずれにおいても前記電子ビームと同方向に
伝搬するTEモード電磁波と前記螺旋運動する電子ビーム
との相互作用に対し前記高周波回路構体中の電磁波の位
相速度Vpが光速ｃに等しいか又は略々ほぼ等しく定めら
れて自己共鳴条件を維持し、 且つ、上記発振部での発振高周波電力レベルを上記増幅
部から最終的に出力される高周波電力レベルの数％で動
作させることを特徴とする超高周波発振管装置。 - 【請求項２】増幅部における直流磁界強度は、管軸方向
にテーパ状に分布する領域を有する請求項１記載の超高
周波発振管装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257092A JPH0817081B2 (ja) | 1988-10-31 | 1989-10-03 | 超高周波発振管装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-272941 | 1988-10-31 | ||
| JP27294188 | 1988-10-31 | ||
| JP1257092A JPH0817081B2 (ja) | 1988-10-31 | 1989-10-03 | 超高周波発振管装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02265146A JPH02265146A (ja) | 1990-10-29 |
| JPH0817081B2 true JPH0817081B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17520903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1257092A Expired - Fee Related JPH0817081B2 (ja) | 1988-10-31 | 1989-10-03 | 超高周波発振管装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4988956A (ja) |
| EP (1) | EP0367155B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0817081B2 (ja) |
| DE (1) | DE68917081T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4236149C2 (de) * | 1992-10-27 | 1995-11-02 | Karlsruhe Forschzent | Gyrotron mit einer Einrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrads |
| US5461282A (en) * | 1993-02-05 | 1995-10-24 | Litton Systems, Inc. | Advanced center post electron gun |
| KR101041271B1 (ko) * | 2009-08-21 | 2011-06-14 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전자빔 발생장치 및 전자빔 발생방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4395655A (en) * | 1980-10-20 | 1983-07-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | High power gyrotron (OSC) or gyrotron type amplifier using light weight focusing for millimeter wave tubes |
| JPS6037A (ja) * | 1983-06-15 | 1985-01-05 | Toshiba Corp | 螺旋状に走行する電子ビ−ムを用いる高周波電子管装置 |
| JPH0766749B2 (ja) * | 1985-05-30 | 1995-07-19 | 株式会社東芝 | 超高周波電子管 |
-
1989
- 1989-10-03 JP JP1257092A patent/JPH0817081B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-27 US US07/427,473 patent/US4988956A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-27 EP EP89120031A patent/EP0367155B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-27 DE DE68917081T patent/DE68917081T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68917081T2 (de) | 1994-11-10 |
| DE68917081D1 (de) | 1994-09-01 |
| EP0367155A2 (en) | 1990-05-09 |
| US4988956A (en) | 1991-01-29 |
| EP0367155A3 (en) | 1991-04-17 |
| JPH02265146A (ja) | 1990-10-29 |
| EP0367155B1 (en) | 1994-07-27 |
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