JPH1083766A

JPH1083766A - ジャイロトロン

Info

Publication number: JPH1083766A
Application number: JP23950696A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Henmi; 和久逸見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3394395B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ジャイロトロンと他の機器との接続部から
の高周波の漏れを無くし、安全に使用できるようにし、
かつ、電波障害をなくする。【解決手段】フランジ１２の上面の導波部１３とＯリ
ング２１との間に高周波吸収手段２２を付設した。高周
波吸収手段としては、ＳｉＣや炭素粉末の成形物、Ｓｉ
Ｃ皮膜、水などが用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子サイクロト
ロン共鳴メーザ相互作用を利用してマイクロ波〜ミリ波
に属する電磁波( 以下高周波という）を発生するジャイ
ロトロンに関するものである。なお、この発明において
ジャイロトロンとは、ジャイロクライストロン、ジャイ
ロＴＷＴ、ジャイロペニオトロンを含むものとする。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームと空胴共振器の固有モードの
高周波電磁場との間の電子サイクロトロン共鳴メーザ相
互作用を利用したジャイロトロン装置は、例えば、特開
昭５６−１０２０４５号公報に示されている。このよう
な従来のジャイロトロン装置の概略構成を図１８に示
す。図１８において、１は電子ビームＢを取り出す電子
銃であり、カソード２、カソード２上の電子放出部３、
第１アノード４、第２アノード５などから構成されてい
る。６は、上記電子ビームＢと高周波電磁場とが共鳴的
に相互作用を起こし高周波Ｈを発生する空胴共振器、７
は相互作用を終えた電子ビームＢを回収するコレクタ、
８は高周波Ｈを取り出す出力窓である。これら電子銃
１、空胴共振器６、コレクタ７、出力窓８等よりなるジ
ャイロトロン２００の外側には、電子ビームＢに旋回運
動を与えるため、ジャイロトロン２００の軸方向に磁場
を発生する主電磁石９と電子銃電磁石１０とが設けられ
ている。

【０００３】次に動作について説明する。電子銃１のカ
ソード２上の電子放出部３から放出された電子ビームＢ
は、カソード２と第１アノード４間の電界により加速さ
れ、電子銃電磁石１０によって発生された磁場により旋
回運動しながら軸方向にドリフトする。さらに、電子ビ
ームＢは、主電磁石９によつて発生された強力な磁場に
よって圧縮され、電子は磁場に対して垂直方向の速度を
増大させ、平行方向速度を減少させながら、空胴共振器
６に入る。上記主電磁石９が発生する軸方向磁場によっ
てサイクロトロン運動している電子は、通常円筒状空胴
からなる空胴共振器６における固有モードの高周波電磁
場とサイクロトロン共鳴メーザ相互作用を起こし、電子
の磁場に対して垂直方向の速度成分によるエネルギーの
一部が高周波エネルギ一に変換される。空胴共振器６で
相互作用を終えた電子ビームＢは、コレクタ７に回収さ
れ、空胴共振器６で励起された高周波は、出力窓８を透
過して外部に取り出される。

【０００４】図１９は、従来のジャイロトロンの他の実
例を示すものである。図１８に示したジャイロトロンの
電子銃１は、カソード２と第１アノード４、第２アノー
ド５からなる３極型電子銃であったが、図１９では、カ
ソード２とアノード１１とからなる２極型電子銃が用い
られている。２極型電子銃を用いたジャイロトロンは、
例えば雑誌「Ｒａｄｉｏｐｈｙｓ．ＱｕａｎｔｕｍＥ
ｌｅｃｔｒｏｎ．」（Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２，１９７
５，Ｐ．２０４）に示されている。図１８に示す３極型
電子銃も図１９に示す２極型電子銃も、ともに中空状の
電子ビームを放出し、ジャイロトロンを動作させる上で
の働きは同じである。

【０００５】図２０は、従来のジャイロトロンにおける
出力窓８とフランジ１２の部分の一例を拡大して示す断
面図である。高周波は出力窓８を通過して外部に取り出
される。フランジ１２は他の機器を接続するためのもの
であり、導波部１３に隣接して設けられている。また、
１４は、ジャイロトロンと他の機器とを接続するために
フランジ１２に設けられた接続用固定手段であり、ボル
トとナットによるねじ止め方式を用いる場合が一般的で
ある。１５は、装置の内部を気密に保つためにフランジ
１２に設けられた気密保持部材、すなわちＯリングであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のジャイロト
ロンは、以上のように構成されており、出力取り出し部
分に設けられたフランジ面とこの部分に接続される他の
機器との間の接続部分にわずかな隙間ができ、高周波は
このわずかな隙間を通りフランジ面に沿って外部に向っ
て伝播し漏れ高周波となる。この漏れ高周波によりＯリ
ングが加熱され、焼損あるいは溶融してしまうなどの恐
れがあった。

【０００７】また、ジャイロトロンと接続機器との間で
気密封止やＳＦ₆などのガスを充填している場合もあ
り、Ｏリングが被害を受けることは、気密封止がやぶれ
たり、ガスが漏れることとなり、機器やジャイロトロン
との間の高周波の反射率が変化するなどして装置を損傷
する事故が発生するという問題点があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、高周波の漏洩によるＯリン
グの焼損あるいは溶融を無くし、気密封止のやぶれやガ
ス漏れに原因する機器とジャイロトロンとの間の反射率
の変化などによる装置の損傷を回避し、高出力で連続波
動作する装置を安全かつ安定して使用することができる
ジャイロトロンを安価に得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るジャイロ
トロンは、空胴共振器で発生した高周波出力を出力窓か
ら取り出し他の機器に伝送するために他の機器を接続す
るフランジに高周波吸収手段を付設し、接続部分から漏
れ出ようとする高周波を吸収し、高周波の漏洩を防止す
る。

【００１０】また、高周波吸収手段を、高周波を伝送す
る導波部よりも外側で、他の機器を接続する接続部を気
密に保つために設けられる気密保持部材であるＯリング
よりも内側に付設することにより、Ｏリングを漏れ高周
波による損傷から保護する。

【００１１】さらに、高周波吸収手段をフランジ上面に
付設した高周波吸収部材で構成する。そして、高周波吸
収部材には、ＳｉＣ（炭化ケイ素）の成形物、炭素粉末
とエポキシ樹脂との混合物、または、ＳｉＣ粉末とエポ
キシ樹脂との混合物で形成したものを用いる。

【００１２】また、高周波吸収手段を冷却する手段を備
え、高周波エネルギーの吸収による高周波吸収手段の温
度上昇を抑えるようにする。

【００１３】さらに、高周波吸収手段として高周波を吸
収させるための吸収窓を備え、漏れ出ようとする高周波
を吸収窓に隣接して設けた冷却材である水に吸収させる
ようにする。

【００１４】また、電子銃、空胴共振器、出力窓または
コレクタの中の少なくとも１つを水冷可能に構成し、か
つ、高周波吸収手段を前記構成要素と同時に水冷するよ
うに構成する。

【００１５】さらに、水冷のための水を高周波吸収手段
とする。

【００１６】また、高周波吸収手段としての高周波吸収
部材を設置するためにフランジ上面に凹溝を設け、この
凹溝に高周波吸収部材を付設するようにしてもよい。凹
溝の深さを、高周波吸収部材がフランジ上面から出ない
ように設定することにより、ジャイロトロンに他の機器
を接続する際高周波吸収部材が邪魔にならず、両者間に
不要な隙間を生じないので、高周波の漏れを少なくでき
る。

【００１７】高周波吸収部材は、プラズマ溶射法、イオ
ンプレーティング法、塗布法など各種のコーティング
（皮膜形成）手段により付設された皮膜としてもよい。

【００１８】また、出力窓とフランジとを接続する導波
部に所定モード以外の高周波を吸収するＤＣカット部を
備える。この場合、ＤＣカット部における高周波の吸収
を水が行う構造、および／または、高周波を吸収するた
めの水は他の部分の少なくとも１つの冷却に使用される
構造を備えたものとしてもよい。ＤＣカット部における
高周波吸収部材としてＳｉＣを用い、また、ＤＣカット
部におけるＳｉＣがイオンプレーティング法、またはプ
ラズマ溶射法により付設されたものとしてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１であるジ
ャイロトロンの出力窓８と、他の機器との接続部分の断
面図であり、図２は、この部分を含むジャイロトロンの
全体構成を示す説明図である。図において、１は電子ビ
ームＢを取り出す電子銃であり、カソード２、カソード
２上の電子放出部３、アノード１１などから構成されて
いる。６は、上記電子ビームＢと高周波電磁場とが共鳴
的に相互作用を起こし高周波Ｈを発生する空胴共振器、
７は相互作用を終えた電子ビームＢを回収するコレク
タ、８は高周波Ｈを取り出す出力窓である。これら電子
銃１、空胴共振器６、コレクタ７、出力窓８等よりなる
ジャイロトロン２００の外側には、電子ビームＢに旋回
運動を与えるため、ジャイロトロン２００の軸方向に磁
場を発生する主電磁石９と電子銃電磁石１０とが設けら
れている。

【００２０】また、１２はジャイロトロン２００と他の
機器とを接続するためのフランジ、１３は、フランジ１
２と出力窓８とを連結する導波部、１４は、ジャイロト
ロン２００と他の機器とを接続するためにフランジ１２
に設けられた接続用固定手段であり、本実施の形態１に
おいては、ねじ穴を設け、ボルトにより接続・固定する
構造となっている。接続用固定手段１４の内側のフラン
ジ上面１２ａには溝２０が設けられ、この溝２０の中
に、他の機器を接続する際に緩衝部材の役割をすると共
に、ジャイロトロン２００の内部に封入された封入ガス
を逃さず内部を気密に保つ働きをするＯリング２１が設
けられている。

【００２１】また、フランジ上面１２ａには、高周波吸
収部材２２が付設されている。高周波の漏れを防止する
点だけからすれば、高周波吸収部材２２はＯリング２１
の外側に配置する構成にしてもよいが、Ｏリング２１を
高周波による損傷から保護することを考慮すると、フラ
ンジ上面１２ａであって導波部１３とＯリング２１との
間に配置することが好ましい。２３は冷却水出入口であ
り、この部分から冷却水を通すことにより、出力窓８を
水冷する構成になっている。

【００２２】次に動作について説明する。図２に示すよ
うに、電子銃１の力ソード上の電子放出部３から射出さ
れた電子ビームは、カソード・アノード間の電界により
加速され、電子銃電磁石１０によって発生された磁場に
より、旋回運動しながら軸方向にドリフトする。さら
に、電子ビームＢは、主電磁石９によつて発生された強
力な磁場によって圧縮され、電子は磁場に対して垂直方
向の速度を増大させ、平行方向速度を減少させながら、
空胴共振器６に入る。上記主電磁石９が発生する軸方向
磁場によってサイクロトロン運動している電子は、通常
円筒状空胴からなる空胴共振器６における固有モードの
高周波電磁場とサイクロトロン共鳴メーザ相互作用を起
こし、電子の磁場に対して垂直方向の速度成分によるエ
ネルギーの一部は高周波エネルギ一に変換される。空胴
共振器６で相互作用を終えた電子ビームＢはコレクタ７
に回収され、空胴共振器６で励起された高周波Ｈは、出
力窓８を透過して外部に取り出される。出力窓８を透過
した高周波Ｈは導波部１３を通り、フランジ１２により
接続された他の機器へと移って行く。

【００２３】ジャイロトロンと他の機器とは、気密が保
たれるほど小さな隙間しかないフランジ同志の接触を介
して接続されるが、それでも０．１ｍｍ程度以下の若干
の隙間ができており、高周波の一部は、この隙間を通っ
て伝播し外部に漏れ出ようとする。しかし、前記のよう
に、フランジ１２には高周波吸収部材２２が付設されて
いるので、外部に漏れ出ようとする高周波はそのほとん
どがこの高周波吸収部材２２により吸収され、それ以上
外部には進めないため、高周波吸収部材２２よりも外部
に漏れ出ることはない。

【００２４】従って、ジャイロトロンと他の機器との接
続部からの高周波の漏れをなくし、高出力の連続波（Ｃ
Ｗ）を発生するジャイロトロンの場合であっても、これ
を安全に使用することができる。

【００２５】なお、本実施の形態の構成は通常のジャイ
ロトロンに限らず、ジャイロクライストロン、ジャイロ
ＴＷＴ、ジャイロペニオトロンなど、ジャイロトロンに
属する装置にも適用可能であり、上記と同様の効果を奏
する。

【００２６】次に、２８ＧＨｚ１０ＫＷの連続波高周波
電力を発生し、ジャイロトロンから他の機器に伝送した
具体例について説明する。フランジ１２としては、外径
１５０ｍｍのＩＣＦフランジに似たものを用い、接続用
固定手段１４にはＭ８のボルトを８乃至１６本用いた。
また、ジャイロトロンに接続する他の機器としては、図
３に示すように、出力を測定するための水負荷２４を接
続した。Ｏリング２１には型式番号Ｖー１００のものを
用い、高周波吸収部材２２には、内径７４ｍｍ、外径９
４ｍｍ、厚さ３．５ｍｍのリング状で材質がＳｉＣ（炭
化ケイ素）のものを用いた。

【００２７】フランジ上面１２ａと水負荷２４との間に
は隙間２５ができており、漏れ高周波はこの隙間２５を
通りフランジ上面１２ａに沿って伝播する。しかし、フ
ランジ上面１２ａには高周波吸収部材２２が付設されて
いるので、漏れ高周波を効率よく吸収することができ
る。ＳｉＣは誘電体であり、高い周波数帯域において誘
電体の中でも比較的大きな誘電率を保つ性質を有し、良
好な高周波吸収部材として働く。従って高周波は誘電損
失によりＳｉＣに吸収され、熱に変換される。

【００２８】一例として、ジャイロトロンからの出力を
１０ＫＷとして２時間運転した後Ｏリング２１の状態を
調べたところ、損傷を全く受けていなかった。また、出
力１０ＫＷで運転中のジャイロトロンからの高周波の漏
れ量をサーベイメータで測定したが、高周波の漏れは観
測されなかった。

【００２９】一方、高周波吸収部材２２を取り外し、出
力５ＫＷで１時間運転したところ、Ｏリング２１は溶
け、大きな損傷を受けていた。

【００３０】なお、上記具体例では、ジャイロトロンに
接続する他の機器を水負荷２４とした場合について述べ
たが、接続する機器としては、サンプラ、ＤＣカット、
導波管、ベンド、アンテナ、ミラー、方向性結合器、モ
ードコンバーターなど、フランジで接続できるどのよう
な高周波機器であってもよい。

【００３１】実施の形態２．上記実施の形態１では、高
周波吸収部材２２として固体ブロックであるＳｉＣを用
いたが、グラファイトなどの炭素系粉末やＳｉＣ粉末な
どの誘電体粉末を成形材料としてのエポキシ樹脂やウレ
タン樹脂、ガラス粒またはガラス粉末などと混合し成形
したものを用いることによっても、実施の形態１と同様
の効果を得ることができる。

【００３２】高周波吸収部材の成形加工工程を図４〜図
６を参照して説明する。グラファイトを用いる場合、図
４に示すように、グラファイトとエポキシ樹脂とを適量
準備して混合する。比率は概ねグラファイト２０〜８０
％に対してエポキシ樹脂８０〜２０％の割合で混合す
る。グラファイトが多いほど高周波の吸収率は良くなる
が、成形加工がしにくくなる。混合したものを型に入れ
て固化させる。これを所望の形状に成形加工して仕上
げ、高周波吸収部材２２として用いる。

【００３３】図５は、グラファイトのかわりにＳｉＣ粉
末を用い、成形材料としてガラス粒またはガラス粉末を
用いて加工する工程を示している。ＳｉＣ粉末をガラス
粒またはガラス粉末と混合し加熱すると、ガラス成分が
溶融する。これを撹拌し、ＳｉＣ粉末をガラスの中に均
等に混じり合わせる。次いでこれを型に流し込み、冷
却、固化させ、高周波吸収部材として用いる。

【００３４】また、図６に示すように、成形材料として
ガラスやエポキシ樹脂のかわりに、ウレタン樹脂を用い
ることにしてもよい。

【００３５】なお、成形材料としてのエポキシ樹脂、ウ
レタン樹脂、ガラスといった材料も誘電体ではあるが、
誘電率が小さく、誘電損失も小さい。従って、これらの
材料だけでは高周波吸収部材としては機能しない。

【００３６】本実施の形態の構造および製法によれば、
任意の形状の高周波吸収部材を比較的簡単に形成するこ
とができる。

【００３７】実施の形態３．一般に、高周波吸収部材が
高周波エネルギーを吸収すると熱に変換され、発熱す
る。従って、この発熱する部分を冷却しなければならな
い。高周波吸収部材としてＳｉＣを用いた場合にも冷却
は必要だが、エポキシ樹脂やウレタン樹脂を使用した場
合には特によく冷却する必要がある。図７は、図２に示
したものと同様のジャイロトロンの出力窓８の近傍に水
冷による冷却構造を設けた場合の実施の形態を示すもの
で、フランジ１２、導波部１３、接続用固定手段１４、
Ｏリング２１および高周波吸収部材２２の部分の構成は
図１に示したものと同様である。そして、本実施の形態
の場合、フランジ１２に設けられたＯリング２１や高周
波吸収部材２２を冷却するための冷却水の水路２６が設
けられている。水路２６は冷却水出入口２３に接続され
ている。

【００３８】次に動作について説明する。ジャイロトロ
ンの出力窓８から取り出された高周波Ｈは、導波部１３
を通り、フランジ１２に接続された他の機器へと伝播す
る。他の機器へ高周波Ｈが伝播する際、一部の高周波エ
ネルギーが接続部に生じた隙間を通って外に漏れ、高周
波吸収部材２２に吸収される。この漏れ高周波が高周波
吸収部材２２に吸収される際、誘電損失として吸収さ
れ、最終的に熱に変換される。従って、高周波吸収部材
２２は漏れ高周波により加熱され、発熱する。

【００３９】本実施の形態３の構成によれば、一方の出
入口２３から入った冷却水は、水路２６を通り、フラン
ジ１２の内部を循環しながら高周波吸収部材２２を冷却
し、高周波吸収部材２２を一定の温度に保つ働きをす
る。従って、高周波吸収部材２２が異常な高温に加熱さ
れ、特性変化を生じる事態を回避することができる。水
路２６を通り高周波吸収部材２２を冷却した冷却水は他
方の出入口２３から取り出される。

【００４０】冷却水としては、水道水や純水を用いるこ
とができるが、商標名「フロリナート」と呼ばれる冷媒
を使用してもよい。また、冷却水のかわりに空気や窒素
などの気体を循環させる空冷構造としてもよい。

【００４１】実施の形態４．また、図８、図９に示すよ
うに、漏れ高周波を吸収するための吸収窓２７を図７に
おける高周波吸収部材２２の代わりにフランジ１２の上
面に設け、この吸収窓２７に隣接させて水路２８を設
け、この水路２８に冷却水出入口２３を接続した構成と
なっている。吸収窓２７の材料としては、アルミナセラ
ミック、ガラス、テフロンなどが用いられる。アルミナ
セラミックやガラスの場合はロー付けなどにより取り付
けるが、テフロンの場合は接着剤を用いる。なお、それ
以外の構成は図７と同様である。

【００４２】この実施の形態によれば、一方の出入口２
３から流れ込んだ冷却水は、水路２８中を矢印に沿って
進み、導波部１３およびフランジ１２内部を循環し、他
方の出入口２３から排出される。水路２８中を循環する
際水路２８を冷却する。出力１０ＫＷ程度の連続波の高
周波を取り出す場合、出力窓８の表面温度は１００℃以
上の温度にまで上昇するが、前記のような冷却を施すこ
とにより、異常な温度上昇を防止することができる。

【００４３】一方、フランジ１２に他の機器を接続した
場合に生じる接続面の隙間の沿って外部に向って伝播す
る漏れ高周波は、吸収窓２７を通じて水路２８に伝播
し、冷却水に吸収される。従って、冷却水が出力窓８の
冷却材および高周波吸収部材として働くことになり、高
周波の漏洩を防止することができる。

【００４４】実施の形態５．図１０は、この発明の実施
の形態５を示すものであり、出力窓８および高周波吸収
部材２２の近傍、コレクタ７の近傍、空胴共振器６の近
傍、およびアノード１１の近傍にそれぞれ、冷却水の出
入口２３Ｗ、２３Ｃ、２３Ｒ、２３Ａと、水路２６Ｗ、
２６Ｃ、２６Ｒ、２６Ａとを設け、冷却水はこれらの水
路２６Ｗ、２６Ｃ、２６Ｒ、２６Ａを循環し、出力窓
８、コレクタ７、空胴共振器６、電子銃１を冷却して他
方の出入口２３Ｗ、２３Ｃ、２３Ｒ、２３Ａから排出さ
れる。そして、それ以外の構成は、図１、図２に示した
ものと同様である。

【００４５】ジャイロトロンが動作すると、電子ビーム
Ｂがコレクタ７に回収される際熱を発生するので、コレ
クタ７の冷却が必要である。また、空胴共振器６も高周
波１０により加熱されるので、発振周波数を一定に保つ
ため空胴共振器６自身の温度を一定に保つ必要があり、
この部分を水冷することもある。一般に、出力窓８は、
前記実施の形態４で示したように、水冷される。電子銃
１が水冷されることは希であるが、アノード１１の熱に
よる変形を防ぐために水冷されることもある。

【００４６】高周波吸収部材２２が漏れ高周波を吸収す
ると加熱されるので、必ず冷却する必要がある。そこ
で、本実施の形態では、電子銃１、空胴共振器６、出力
窓８、コレクタ７のすべてか、またはこれらの各部分の
うちの１つ以上を水冷するようにしたジャイロトロンに
おいて、高周波吸収部材２２を、前記ジャイロトロンの
各部分の全部か、１つ以上のいくつかのものと組み合せ
て同時に水冷するようにするものである。

【００４７】冷却水出入口２３Ｗ、２３Ｃ、２３Ｒ、２
３Ａには、それぞれ独立に冷却水が供給されることもあ
れば、それぞれを直列に接続して順次循環する場合もあ
る。例えば、空胴共振器６を水冷した水は、出入口２３
Ｒから出て出入口２３Ｗに入り、水路２６Ｗを循環する
間に出力窓８を冷却する。この際、水路２６Ｗはフラン
ジ１２の中も循環しているので、高周波吸収部材２２を
冷却することができる。

【００４８】実施の形態６．図１１はこの発明の実施の
形態６を示すジャイロトロンの全体構成を示す図であ
り、図１０における高周波吸収部材２２の代わりに、漏
れ高周波を吸収するための吸収窓２７をフランジ１２の
上面に設け、この吸収窓２７に隣接させて水路２８Ｗを
設け、この水路２８Ｗに冷却水の出入口２３Ｗを接続し
た構成となっており、それ以外の構成は図１０と同じで
ある。他の機器との接合面であるフランジ１２から漏れ
出ようとする漏れ高周波は、吸収窓２７を介して水路２
８Ｗ中の冷却水に吸収される。すなわち、冷却水は、ジ
ャイロトロン各部の冷却機能を果たすと共に、漏れ高周
波の高周波吸収部材としても機能し、所望の効果を得る
こととなる。

【００４９】実施の形態７．図１２、図１３はこの発明
の実施の形態７を示すもので、ジャイロトロンの出力窓
８の近傍が部分的に示されている。図において、出力窓
８、フランジ１２、導波部１３を有する点は前記各実施
の形態の構成と同様であるが、本実施の形態の場合、フ
ランジ１２の上面に凹溝２９が設けられ、この凹溝２９
に埋め込み可能な形状に成形したリング状の高周波吸収
部材２２を嵌着するようになっている。

【００５０】高周波吸収部材２２としては、エポキシ樹
脂やウレタン樹脂にＳｉＣ粉末やグラファイト粉末を混
合したものを流し込み、あるいは充填して固化させて成
形することができる。図１３の場合、高周波吸収部材
２２の厚みが凹溝２９の深さよりも薄くなっており、高
周波吸収部材２２がフランジ上面１２ａから出ることは
ない。高周波吸収部材２２の厚みと凹溝２９の深さとの
差は０．１ｍｍ程度であり、このように設定することに
より、ジャイロトロンに他の機器を接続するときに高周
波吸収部材２２が邪魔にならず、両者間に不要な隙間を
作らない。従って、不要な漏れ高周波を低減することが
できる。

【００５１】実施の形態８．実施の形態２では、ＳｉＣ
粉末などの誘電体粉末を成形材料としてのエポキシ樹脂
やウレタン樹脂、ガラス粒またはガラス粉末などと混合
し成形したものを用いたが、ジャイロトロンと他の機器
とを接続するフランジ上面に、プラズマ溶射法、イオン
プレーティング法、ペースト塗布などの皮膜形成法によ
りＳｉＣなどの高周波吸収皮膜を形成するようにしても
よい。

【００５２】ＳｉＣはセラミックの一種であるが、外径
５０ｍｍ以上の大きなものは焼成が困難である。しか
し、プラズマ溶射法を用いれば、ＳｉＣ層をフランジ上
面に簡単に形成することができる。この方法では、Ｓｉ
Ｃ粉末をプラズマ中に注入しフランジ上面に吹き付ける
ようにして皮膜を形成する。表面の凹凸は研磨により平
滑な面にすることができる。高周波吸収皮膜を形成した
くない部分がある場合には、マスキング法やリフトオフ
法により皮膜を付着させないようにすることができる。
また、切削により削り取ってもよい。

【００５３】ＳｉＣ皮膜はイオンプレーティング法によ
っても形成することができる。この場合にもマスキング
法やリフトオフ法を用いることにより、ＳｉＣが不要な
部分には皮膜を付着させないようにすることができる。

【００５４】ＳｉＣを混合したペーストを塗布または印
刷し、さらに焼成してＳｉＣ層を形成し、高周波吸収皮
膜として用いてもよい。

【００５５】以上述べたように、プラズマ溶射法やイオ
ンプレーティング法、塗布法などの皮膜形成法を用いる
ことにより、ＳｉＣ層を比較的簡単に形成することがで
き、いずれの場所においても高周波吸収部材として働か
せることができる。この方法は、微細な構造や複雑な構
造に対して特に有効である。

【００５６】上記の例ではジャイロトロンの場合につい
て示したが、クライストロン、ＴＷＴ、マグネトロンと
いった電子管や、ＭＩＣや携帯電話などのパーソナル通
信装置の場合にも不要高周波を吸収させることができ、
有効である。特に、携帯電話のきょう体部分にイオンプ
レーティング法などでＳｉＣ膜を形成すれば、不要高周
波を十分に吸収できる。

【００５７】実施の形態９．図１４はこの発明の実施の
形態９を示すもので、電子銃１〜電子銃電磁石１０の構
成、およびフランジ１２の構成は図２に示したものと同
様なので、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図
２の場合と異なる点は、導波部１３の一部に、２個の高
周波吸収部材３０、３０を所定間隔離して配置してなる
ＤＣカット３１を設けた点である。

【００５８】出力窓８を透過し、導波部１３を通って他
の機器へと伝播して行く高周波Ｈの一部は、やがて反射
波として再びジャイロトロンに戻ってくる。この反射波
は空胴共振器６の固有モードではなく、他のモードに変
換されていることが多い。例えば、空胴共振器６の固有
モードがＴＥ0n（ｎ≠０）モードの場合、反射波はＴＥ
mn（ｍ≠０、ｎ≠０）モードとなっている場合が多い。
当然ＴＥ0n（ｎ≠０）モードも含まれている。

【００５９】これらの反射波はジャイロトロンの動作状
態にとって悪影響を及ぼし、出力窓８を割ったり、カソ
ードを異常加熱したり、空胴共振器における共振条件を
ずらすなどの問題を起こしていた。その点、本実施の形
態の構成によれば、反射波の不要モードの一部をＤＣカ
ット３１により吸収するので、ジャイロトロンの信頼性
を向上させることができる。

【００６０】ＤＣカット３１は、本来、導波部１３に絶
縁体を挿入し導波部１３の導通を切ることを目的とする
ものである。しかし、絶縁体の長さを適当に選べば、所
定モードの高周波以外に対してはゆるいモードフィルタ
ーのように働く。

【００６１】図１４に示す装置において、出力窓８を通
過した高周波は、導波部１３を伝播しＤＣカット３１に
達する。不要波であるＴＥmn（ｍ≠０、ｎ≠０）モード
は、導波部１３の管壁付近の電場成分が大きいので、高
周波吸収部材３０に比較的よく吸収される。一方、ＴＥ
0n（ｎ≠０）モードは、管壁での電場成分が０なので、
高周波吸収部材３０にほとんど吸収されず、伝播してい
く。

【００６２】従って、所望モード以外の不要高周波を吸
収し、不要モードによるジャイロトロンの損傷を防ぐこ
とができる。

【００６３】実施の形態１０．図１５はこの発明の実施
の形態１０を示すもので、電子銃１〜電子銃電磁石１０
の構成、フランジ１２の構成、および高周波吸収部材３
０とＤＣカット３１の構成は図１４と同様となってい
る。そして、ＤＣカット３１、出力窓８の近傍、コレク
タ７の近傍および空胴共振器６の近傍に、それぞれ、図
１０と同様の、冷却水の出入口２３Ｄ、２３Ｗ、２３
Ｃ、２３Ｒと、水路２６Ｄ、２６Ｗ、２６Ｃ、２６Ｒ、
２６Ａとを設け、冷却水はこれらの水路２６Ｗ、２６
Ｃ、２６Ｒを循環し、出力窓８、コレクタ７、空胴共振
器６を冷却して他方の冷却水出入口２３Ｄ、２３Ｗ、２
３Ｃ、２３Ｒから排出されるようになっている。

【００６４】ジャイロトロンが動作するとＤＣカット３
１、空洞共振器６、出力窓８、コレクタ７が加熱され
る。そこでジャイロトロンは、前記各部のすべてか、ま
たは各部分のうちの１つ以上を水冷するようになってい
る。

【００６５】冷却水出入口２３Ｄ、２３Ｗ、２３Ｃ、２
３Ｒには、それぞれ独立に冷却水が供給されることもあ
れば、それぞれを直列に接続して順次循環する場合もあ
る。例えば、空胴共振器６を水冷した水は、出入口２３
Ｒから出て出入口２３Ｗに入り、水路２６Ｗを循環する
間に出力窓８を冷却する。

【００６６】次にこの冷却水は、ＤＣカット３１の出入
口２３Ｄから入り、ＤＣカット３１部の水路２６Ｄを循
環する。冷却水が水路２６Ｄを循環する際、吸収窓３２
から伝播したＴＥmn （ｍ≠０、ｎ≠０）モードを吸収
する。この実施の形態におけるＤＣカット３１は、アル
ミナセラミック、ガラス、プラスチック、テフロンなど
の材料を用いて形成された吸収窓３０を、銅、アルミニ
ウム、ステンレスなどで同軸上にサンドイッチにした構
造にすることができ、吸収窓３０の軸方向長さは所望の
高周波により異なるが、おおよそ波長の１０分の１程度
の長さが目安となる。吸収窓３０は水路２６Ｄと接して
おり、吸収窓３０を通った不要モードの高周波は、水路
２６Ｄを流れる冷却水に吸収される。すなわち、冷却水
が高周波吸収部材として働くことになり、所望の効果を
得ることができる。

【００６７】実施の形態１１．図１６はこの発明の実施
の形態１１を示すもので、ＤＣカット３１を構成する高
周波吸収部材の材質としてＳｉＣを使用したものが示さ
れている。このＳｉＣ高周波吸収部材３０は、銅・アル
ミニウム・ステンレススチールまたは黄銅などからな
り、内径が導波部１３と同じに形成されたリング状部材
とサンドイッチ状に接合されている。接合にはロー付け
や接着、ボルト締めなどを用いる。

【００６８】既述のように、ＳｉＣは誘電損失が大き
く、良好な高周波吸収部材となる。従って、ＤＣカット
３１においても、ＳｉＣを高周波吸収部材として用いる
ことにより、不要モードであるＴＥmn（ｍ≠０、ｎ≠
０）モードを効率よく吸収することができ、所望の効果
を得ることができる。

【００６９】実施の形態１２．図１７はこの発明の実施
の形態１２を示すもので、アルミナ・ガラス・プラスチ
ックなどの絶縁体で形成されたパイプ３３の内面に、高
周波吸収部材としてのＳｉＣ層３４と銅やアルミニウム
などからなる導波管部３５を交互にサンドイッチ状に形
成し、ＤＣカット３１を構成したものである。ＳｉＣ層
３４はプラズマ溶射法やイオンプレーティング法を用い
て形成し、導波管部３５は例えば蒸着法を用いればよ
い。その際、リフトオフ法やマスキング法を利用するこ
とにより、所望の任意形状に成形することができる。ま
た、それぞれの膜の密着強度を高めるために、適当な下
地層を予め設けておくようにしてもよい。

【００７０】以上のようにすることにより、良好に機能
するＤＣカット３１を容易に低価格で形成することがで
きる。

【００７１】

【発明の効果】この発明によるジャイロトロンは、以上
述べたように構成されているので、以下に示すような効
果を奏する。

【００７２】フランジに高周波吸収部材を付設した構成
により、フランジに他の機器を接続したときに接続部の
隙間から漏れる高周波を吸収し、高周波が外部に漏れ出
ることがないので、電波障害や人体への悪影響を防止す
ることができ、高出力で連続波動作をするジャイロトロ
ンを安全に使用することができる。

【００７３】高周波吸収手段を、高周波を伝送する導波
部よりも外側で、他の機器を接続する接続部を気密に保
つために設けられる気密保持部材としてのＯリングより
も内側に付設することにより、Ｏリングを漏れ高周波に
よる損傷から保護することができる。

【００７４】高周波吸収手段をフランジ上面に付設した
高周波吸収部材で構成し、高周波吸収部材には、ＳｉＣ
（炭化ケイ素）の成形物、炭素粉末とエポキシ樹脂とを
混合し成形した物、または、ＳｉＣ粉末とエポキシ樹脂
とを混合し形成したものを用いる。

【００７５】また、高周波吸収手段を冷却する手段を備
えることにより、高周波エネルギーの吸収による高周波
吸収手段の温度上昇を抑え、高出力で連続波動作をする
ジャイロトロンを安全に使用することができるように
し、かつ、特性の安定化を図り、信頼性と寿命を向上さ
せることができる。

【００７６】さらに、高周波吸収手段として高周波を吸
収させるための吸収窓を備え、漏れ出ようとする高周波
を吸収窓に隣接して設けた冷却材である水に吸収させる
ようにすることにより、特別の高周波吸収部材を必要と
せずに高周波の漏洩を防止でき、装置を安価に提供する
ことができる。

【００７７】また、高周波吸収手段をジャイロトロンの
構成要素の中の少なくとも１つと同時に水冷する構成に
より、ジャイロトロンの各部の発熱と高周波吸収部材の
発熱の両方を防止し、特性の一層の安定化を図ることが
できる。また、前記水冷のための水を高周波吸収手段と
することにより、特に高周波吸収部材を用いずに高周波
の漏洩を防止でき、装置を安価に提供することができ
る。

【００７８】さらに、フランジ上面に凹溝を設け、この
凹溝に高周波吸収部材を付設するようにし、凹溝の深さ
を、高周波吸収部材がフランジ上面から出ないように設
定することにより、ジャイロトロンに他の機器を接続際
高周波吸収部材が邪魔にならず、両者間に不要な隙間を
生じないので、高周波の漏れを少なくできる。

【００７９】また、高周波吸収部材を、プラズマ溶射
法、イオンプレーティング法、塗布法など各種のコーテ
ィング手段により付設することにより、装置を安価に提
供することができる。

【００８０】さらに、導波部にＤＣカット部を備えるこ
とにより、所望モード以外の不要モードを吸収し、不要
モードによるジャイロトロンの損傷を防ぐことができ
る。

【００８１】また、ＤＣカット部における高周波の吸収
を水が行う構造にし、高周波を吸収するための水が他の
部分の冷却にも使用される構造とすることにより、特別
の高周波吸収部材を必要とせずに不要モードの吸収と冷
却を行い、かつ、装置を安価に提供することができる。

【００８２】さらに、ＤＣカット部における高周波吸収
部材としてＳｉＣを用い、また、ＤＣカット部における
ＳｉＣをイオンプレーティング法、またはプラズマ溶射
法により付設することにより、装置を安価に提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示すジャイロトロ
ンの主要部の断面図である。

【図２】図１に示すジャイロトロンの全体構成を示す
断面図である。

【図３】この発明の実施の形態１の具体例を示すジャ
イロトロンのフランジ近傍の断面図である。

【図４】この発明の実施の形態２における高周波吸収
部材の製造工程図である。

【図５】この発明の実施の形態２における他の高周波
吸収部材の製造工程図である。

【図６】この発明の実施の形態２におけるさらに他の
高周波吸収部材の製造工程図である。

【図７】この発明の実施の形態３を示すジャイロトロ
ンのフランジ近傍の断面図である。

【図８】この発明の実施の形態４であるジャイロトロ
ンの全体構成を示す断面図である。

【図９】図８のジャイロトロンのフランジ近傍を示す
断面図である。

【図１０】この発明の実施の形態５であるジャイロト
ロンの全体構成を示す断面図である。

【図１１】この発明の実施の形態６であるジャイロト
ロンの全体構成を示す断面図である。

【図１２】この発明の実施の形態７であるジャイロト
ロンのフランジ近傍の高周波吸収部材を装着する前の状
態を示す断面図である。

【図１３】同じく高周波吸収部材を装着した後の状態
を示す断面図である。

【図１４】この発明の実施の形態９であるジャイロト
ロンの全体構成を示す断面図である。

【図１５】この発明の実施の形態１０であるジャイロ
トロンの全体構成を示す断面図である。

【図１６】この発明の実施の形態１１であるジャイロ
トロンのフランジ近傍を示す断面図である。

【図１７】この発明の実施の形態１２であるジャイロ
トロンのフランジ近傍を示す断面図である。

【図１８】従来のジャイロトロンの一例の全体構成を
示す断面図である。

【図１９】従来のジャイロトロンの他の実例の全体構
成を示す断面図である。

【図２０】図１９に示すジャイロトロンのフランジ近
傍の断面図である。

【符号の説明】

１電子銃、２カソード、３電子放出部、４第１
アノード、５第２アノード、６空胴共振器、７コ
レクタ、８出力窓、９主電磁石、１０電子銃電磁
石、１１アノード、１２フランジ、１３導波部、
１４接続用固定手段、２０溝、２１Ｏリング、２
２，３０高周波吸収部材、２３，２３Ｗ，２３Ｃ，２
３Ｒ，２３Ａ，２３Ｄ冷却水出入口、２４水負荷、
２５隙間、２６，２６Ｗ，２６Ｃ，２６Ｒ，２６Ａ，
２６Ｄ水路、２７，３２吸収窓、２８，２８Ｗ水
路、２９凹溝、３１ＤＣカット、３３パイプ、３
４ＳｉＣ層、３５導波管部、Ｂ電子ビーム、Ｈ高
周波。なお、図中、同一符号は同一または同等部分を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを放出する電子銃と、放出し
た電子に旋回運動を起こさせるための軸方向磁場を発生
する磁場発生装置と、旋回運動を起こした電子を固有モ
ードで共振させてサイクロトロン共鳴メーザ作用を起こ
させる空胴共振器と、この空胴共振器を通過した電子ビ
ームを回収するコレクタと、空胴共振器で発生した高周
波出力を取り出す出力窓と、この高周波出力を伝送する
ために他の機器を接続するフランジとを備えたジャイロ
トロンにおいて、前記フランジに高周波吸収手段を付設
したことを特徴とするジャイロトロン。
【請求項２】高周波吸収手段を、高周波を伝送する導
波部よりも外側で、他の機器を接続する接続部を気密に
保つために設けられる気密保持部材よりも内側に付設し
たことを特徴とする請求項１記載のジャイロトロン。
【請求項３】高周波吸収手段はフランジ上面に付設し
た高周波吸収部材であることを特徴とする請求項２記載
のジャイロトロン。
【請求項４】高周波吸収部材をＳｉＣで形成したこと
を特徴とする請求項３記載のジャイロトロン。
【請求項５】高周波吸収部材を炭素粉末とエポキシ樹
脂との混合物で形成したことを特徴とする請求項３記載
のジャイロトロン。
【請求項６】高周波吸収部材をＳｉＣ粉末とエポキシ
樹脂との混合物で形成したことを特徴とする請求項３記
載のジャイロトロン。
【請求項７】高周波吸収手段を冷却する手段を備えた
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記
載のジャイロトロン。
【請求項８】高周波吸収手段として高周波を吸収させ
るための吸収窓を備え、漏れ出ようとする高周波を、吸
収窓に隣接して設けた冷却材である水に吸収させるよう
にしたことを特徴とする請求項１または請求項２のいず
れかに記載のジャイロトロン。
【請求項９】電子銃、空胴共振器、出力窓またはコレ
クタの中の少なくとも１つを水冷可能に構成し、かつ、
高周波吸収手段を前記構成要素と同時に水冷するように
構成したことを特徴とする請求項７記載のジャイロトロ
ン。
【請求項１０】水冷のための水を高周波吸収手段とす
ることを特徴とする請求項９記載のジャイロトロン。
【請求項１１】高周波吸収手段としての高周波吸収部
材を設置するための凹溝をフランジ上面に設け、この凹
溝に高周波吸収部材を付設したことを特徴とする請求項
３記載のジャイロトロン。
【請求項１２】凹溝の深さを、高周波吸収部材がフラ
ンジ上面から出ないように設定したことを特徴とする請
求項１１記載のジャイロトロン。
【請求項１３】高周波吸収部材がプラズマ溶射により
付設された皮膜であることを特徴とする請求項３記載の
ジャイロトロン。
【請求項１４】高周波吸収部材がイオンプレーティン
グ法により付設された皮膜であることを特徴とする請求
項３記載のジャイロトロン。
【請求項１５】高周波吸収部材が塗布法により付設さ
れた皮膜であることを特徴とする請求項３記載のジャイ
ロトロン。
【請求項１６】出力窓とフランジとを接続する導波部
に所定モード以外の高周波を吸収するＤＣカット部を備
えたことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項
３記載のジャイロトロン。
【請求項１７】ＤＣカット部における高周波の吸収を
水が行う構造、および／または、高周波を吸収するため
の水は他の部分の少なくとも１つの冷却に使用される構
造を備えたことを特徴とする請求項１６記載のジャイロ
トロン。
【請求項１８】ＤＣカット部における高周波吸収部材
としてＳｉＣを用いることを特徴とする請求項１６記載
のジャイロトロン。
【請求項１９】ＤＣカット部におけるＳｉＣがイオン
プレーティング法、またはプラズマ溶射により付設され
たことを特徴とする請求項１８記載のジャイロトロン。