(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃部から放出された電子ビームと高周波回路部に入力された高周波信号とを相互作用せしめて前記高周波信号を増幅して出力する進行波管と、前記進行波管を駆動する電源とを備え、
前記進行波管は前記相互作用により速度変調された前記電子ビームを捕捉する複数のコレクタ電極を含んで構成され、
複数の前記コレクタ電極のそれぞれは対応する複数のコレクタリードを介して前記電源に電気的に接続される進行波管増幅器において、
複数の前記コレクタリードのいずれか２つは磁性体コアの持つ貫通孔をそれぞれ通過しており、
前記磁性体コアの貫通孔をそれぞれ通過する前記２つのコレクタリードに流れる電流のそれぞれが前記磁性体コア内部に互いに逆向き磁束を生成する
ことを特徴とする進行波管増幅器。
【請求項２】
前記２つのコレクタリードの前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数が所定の値に設定される請求項１に記載の進行波管増幅器。
【請求項３】
前記磁性体コアが略環状の断面形状を有する請求項１または２に記載の進行波管増幅器。
【請求項４】
前記磁性体コアがフェライト材からなる請求項１〜３のいずれかに記載の進行波管増幅器。
【請求項５】
前記磁性体コアが複数の磁性体部材を含んでなり、それらの複数の磁性体部材のそれぞれが非磁性体部材を介して前記貫通孔の中心軸に沿って積層されている請求項１に記載の進行波管増幅器。
【請求項６】
複数の前記磁性体部材のそれぞれが略環状の断面形状を有する請求項５に記載の進行波管増幅器。
【請求項７】
複数の前記磁性体部材のそれぞれがフェライト材からなる請求項５または６に記載の進行波管増幅器。
【請求項８】
電子ビームを放出する電子銃部と、
前記電子ビームと入力された高周波信号とを相互作用せしめて前記高周波信号を増幅して出力する高周波回路部と、
前記高周波回路部で速度変調された前記電子ビームを捕捉する第１および第２のコレクタ電極を有するコレクタ部と、
前記電子銃部と前記高周波回路部と前記コレクタ部のそれぞれに所定の電圧を供給する電源と、
前記第１および第２のコレクタ電極を前記電源にそれぞれ電気的に接続する第１および第２のコレクタリードと、
貫通孔を有する磁性体コアと
を備え、
前記第１および第２のコレクタリードのそれぞれは前記磁性体コアの貫通孔を通過しており、
前記第１および第２のコレクタリードに流れる電流のそれぞれが前記磁性体コア内部に互いに逆向きの磁束を生成する
ことを特徴とする進行波管増幅器。
【請求項９】
前記第１および第２のコレクタリードのそれぞれの前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数が所定の値に設定される請求項８に記載の進行波管増幅器。
【請求項１０】
前記磁性体コアが略環状の断面形状を有する請求項８または９に記載の進行波管増幅器。
【請求項１１】
前記磁性体コアがフェライト材からなる請求項８〜１０のいずれかに記載の進行波管増幅器。
【請求項１２】
前記磁性体コアが複数の磁性体部材を含んでなり、それらの複数の磁性体部材のそれぞれが非磁性体部材を介して前記貫通孔の中心軸に沿って積層されている請求項８に記載の進行波管増幅器。
【請求項１３】
複数の前記磁性体部材のそれぞれが略環状の断面形状を有する請求項１２に記載の進行波管増幅器。
【請求項１４】
複数の前記磁性体部材のそれぞれがフェライト材からなる請求項１２または１３に記載の進行波管増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波用増幅器として使用される進行波管増幅器に関し、さらに言えば、多段コレクタ型進行波管を用いた進行波管増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信方式がアナログ通信からデジタル通信に移行している中で、周波数の若干異なる多数の信号波を一つの増幅器で同時に増幅して伝送する方式が一般的に採用されている。このような通信方式においても、マイクロ波帯の高周波増幅器として進行波管増幅器が数多く用いられている。
【０００３】
進行波管増幅器では、エネルギー変換効率を改善するため、進行波管のコレクタ電極を多段化し、各コレクタ電極の電位を順次低下させる多段コレクタ電位低下型と呼ばれる進行波管が一般的に用いられている。
【０００４】
図４は、従来の進行波管増幅器の一例を示す。この進行波管増幅器は、多段コレクタ電位低下型進行波管の一つである２段コレクタ構造を有するヘリックス型進行波管を用いたものである。
【０００５】
図４の従来の進行波管増幅器は、電子銃部１０９、高周波回路部１０４、周期永久磁界発生器１１６およびコレクタ部１１０を含んで構成される多段コレクタ型進行波管１２０と、それを駆動する進行波管駆動用電源１１７とを備えている。電子銃部１０９はヒータ１０１、陰極１０２、集束電極１１５および陽極１０３を有しており、高周波回路部１０４は高周波入力部１０７、高周波出力部１０８および遅波回路１１８を有している。コレクタ部１１０は、第１および第２のコレクタ電極１０５、１０６を有している。
【０００６】
ヒータ１０１の一端はリード１２１ａを介して電源１１７に電気的に接続され、他端は陰極１０２に電気的に接続されている。陰極１０２と集束電極１１５は互いに電気的に接続され、それらはリード１２１ｂを介して電源１１７に電気的に接続されている。陽極１０３と高周波回路部１０４は、それぞれリード１２１ｃ、１２１ｄを介して電源１１７に電気的に接続されている。第１および第２のコレクタ電極１０５、１０６は、それぞれ第１および第２のコレクタリード１１２ａ、１１２ｂを介して電源１１７に電気的に接続されている。
【０００７】
進行波管１２０はそれを保護するためのケース１１４の内部に収納されており、リード１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと第１および第２のコレクタリード１１２ａ、１１２ｂはケース１１４を貫通してケース１１４の外部にある電源１１７に接続されている。
【０００８】
図４の従来の進行波管増幅器では、通常負の高電圧が陰極１０２に印加され、陰極１０２から電子ビーム１１１が放出される。陽極１０３には通常接地電圧またはそれより低い電圧が印加され、電子ビーム１１１の放出量は陽極１０３により制御される。陰極１０２から放出された電子ビーム１１１は、陰極１０２と高周波回路部１０４の間の電圧（ヘリックス電圧と呼ばれる）により加速されながら高周波回路部１０４に入射する。このとき、陰極１０２から放出された電子ビーム１１１は、集束電極１１５の形成する電子レンズにより所定のビーム径に集束される。
【０００９】
高周波回路部１０４に入力した電子ビーム１１１は、周期永久磁界発生器１１６の生成する磁界により、集束が維持された状態で遅波回路１１８を通過する。高周波入力部１０７には高周波信号が入力されており、入力された高周波信号は遅波回路１１８を伝搬する。遅波回路１１８を通過する時の電子ビーム１１１の軸方向速度は陰極１０２の電圧を調整して設定されるが、高周波信号の伝搬の軸方向速度とほぼ等しくなるように電子ビーム１１１の軸方向速度が設定される。このように、遅波回路１１８において、高周波信号とほぼ同じの軸方向速度を持つ電子ビーム１１１は高周波信号と相互作用する。この相互作用によって高周波信号は電子ビーム１１１からエネルギーを受けて増幅され、増幅された高周波信号は高周波出力部１０８から取り出される。
【００１０】
遅波回路１１８を通過した電子ビーム１１１はコレクタ部１１０に入射する。遅波回路１１８を通過する際に、相互作用でエネルギーの授受に携わった電子ビーム１１１は速度変調されているので、コレクタ部１１０に入射した電子ビーム１１１はエネルギー状態の異なる電子を含んでいる。このため、電子ビーム１１１を形成する各電子はそのエネルギー状態に応じて第１コレクタ電極１０５または第２コレクタ電極１０６に捕捉される。そして、第１および第２のコレクタリードには、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２がそれぞれ流れる。
【００１１】
なお、第１および第２のコレクタ電極１０５、１０６には、陰極１０２に印加される電圧より高い電圧が印加される。また、第１コレクタ電極１０５に印加される電圧は、第２コレクタ電極１０６に印加される電圧よりも高い値に設定される。
【００１２】
図４の従来の進行波管増幅器において、コレクタ部１１０に入射する電子ビーム１１１は速度変調されているので、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は直流電流成分と変調電流成分を含む。この変調電流成分は第１および第２のコレクタリード１１２ａ、１１２ｂを介して電源１１７にそれぞれ帰還される。このコレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２の変調電流成分は電源１１７にとってリップルと見なせる不要成分であり、この不要成分を抑制する技術が必要となる。
【００１３】
なお、本発明と異なる技術分野では、不要成分の抑制に関する技術が従来より種々提案されている。
【００１４】
例えば、特開平８−４６８０８号公報には、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置の高圧発生回路に生じる不要パルスを消去する技術が開示されている。
【００１５】
図５は、特開平８−４６８０８号公報に開示されたＣＲＴディスプレイ装置を示す。
【００１６】
図５のＣＲＴディスプレイ装置は、フライバックトランス２０１と、コイル２０２，２０３，２０４，２１９と、ダイオード２０５，２１４と、コンデンサ２０６，２１２，２１５，２２０，２２３と、抵抗２０７，２０８，２１３，２２４，２２５と、ＣＲＴ２０９と、オペアンプ２１０と、基準電圧源２１１と、トランジスタ２１６と、高圧制御回路２１７と、内部カップリング容量２２１と、電圧源２２２とを備えている。このＣＲＴディスプレイ装置では、フライバックトランス２０１内部に設けられたコイル２０４により逆相パルスを発生させ、コンデンサ２１２でパルス成分だけ取り出し、抵抗２１３により逆相パルスの振幅を調整してオペアンプ２１０に入力する。この逆相パルスが高圧検出電圧に加算され、内部カップリング容量２２１により生成される高圧検出部の不要パルスが消去される。
【００１７】
他方、特開平４−３２００３号公報には、マルチトラックテープレコーダの再生ヘッド付近の伝送線路に飛び込んでくる低い周波数（３６０ヘルツ以下）の雑音を低減する技術が開示されている。
【００１８】
図６は、特開平４−３２００３号公報に開示されたマルチトラックテープレコーダを示す。
【００１９】
図６のマルチトラックテープレコーダは、再生ヘッド３０１と、第１および第２の巻き線３０２，３０３と、第１および第２の増幅手段３０４，３０５と、反転接続部３０６と、逆相手段３０７と、加算回路３０８とを備えている。図６のマルチトラックテープレコーダでは、逆相手段３０７が第２の巻き線３０３の伝送線路に飛び込む雑音信号の位相を反転し、位相の反転された雑音信号と第１の巻き線３０２の伝送線路に飛び込む雑音信号とを加算回路３０８で加算することにより、雑音を相殺している。
【００２０】
さらに、特開昭６０−１２５９０２号公報には、磁気記録再生装置のチャンネル間クロストークを相殺する技術が開示されている。
【００２１】
図７は、特開昭６０−１２５９０２号公報に開示された磁気記録再生装置を示す。
【００２２】
図７の磁気記録再生装置は、ビデオヘッド４０３ａ，４０３ｂと、ロータリトランスコア４０４ａ，４０４ｂと、クロストークキャンセル用トランス４１０と、巻線部４１０ａ，４１０ｂと、再生アンプ４１１ａ，４１１ｂとを備えている。図７の磁気記録再生装置では、ターン数を設定したクロストークキャンセル用トランス４１０を設けることにより、ロータリトランス４０４ａ，４０４ｂの各巻線のチャンネル間クロストークを相殺している。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の伝送通信では、多くの呼数を確保するために周波数の若干異なる複数の信号波を同時に増幅するマルチキャリア方式が広く用いられる。一般に、このようなマルチキャリアを進行波管増幅器で増幅した場合には、進行波管増幅器の非線形性に起因して歪み波が発生する。さらに、２つの信号波の周波数差に応じた周波数成分を持つ干渉波も発生する。そして、それぞれの信号波の周波数は使用される通信方式に応じて数ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの間隔をおいて設定されるため、干渉波は数ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの範囲の周波数成分を持つことになる。
【００２４】
図４に示す従来の進行波管増幅器において、電子ビーム１１１は速度変調されているので、第１および第２のコレクタ電極１０５、１０６に入射する電子量がわずかながら時間的に変化する。その変化の周期は、電子ビーム１１１の速度変調に対応した周期となる。第１および第２のコレクタリード１１２ａ、１１２ｂには第１および第２のコレクタ電極１５、１０６に入射した電子量に応じたコレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２が流れるので、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は電子ビーム１１１の速度変調に対応した変調電流成分を持つ。上記の通り、進行波管増幅器には数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの範囲の周波数成分を持つ干渉波が発生するので、この周波数範囲の変調電流成分を持つことになる。
【００２５】
この変調電流成分は、電源１１７に帰還される。干渉波の周波数成分が電源１１７の不安定領域内に含まれる場合、電源１１７で発振等の不安定現象が発生し、増幅器としての高周波特性が劣化するという問題がある。さらには異常な電圧が印加されることによって進行波管増幅器が破壊に至るなど進行波管増幅器の動作に悪影響を及ぼすという問題がある。
【００２６】
また、特開平８−４６８０８号公報、特開平４−３２００３号公報および特開昭６０−１２５９０２号に開示されたものは本発明とは技術分野が異なるため、それらを進行波管増幅器に適用することは現実的でない。
【００２７】
そこで、本発明の目的は、進行波管からそれを駆動する電源に至る不要成分を抑制することのできる進行波管増幅器を提供することにある。
【００２８】
本発明の他の目的は、安定な動作を可能にすると共に、優れた周波数特性を持つ進行波管増幅器を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
（１）  本発明の第１の進行波管増幅器は、電子銃部から放出された電子ビームと高周波回路部に入力された高周波信号とを相互作用せしめて前記高周波信号を増幅して出力する進行波管と、前記進行波管を駆動する電源とを備え、
前記進行波管は前記相互作用により速度変調された前記電子ビームを捕捉する複数のコレクタ電極を含んで構成され、
複数の前記コレクタ電極のそれぞれは対応する複数のコレクタリードを介して前記電源に電気的に接続される進行波管増幅器において、
複数の前記コレクタリードのいずれか２つは磁性体コアの持つ貫通孔をそれぞれ通過しており、
前記磁性体コアの貫通孔をそれぞれ通過する前記２つのコレクタリードに流れる電流のそれぞれが前記磁性体コア内部に互いに逆向き磁束を生成することを特徴とする。
【００３０】
（２）  本発明の第１の進行波管増幅器では、速度変調された前記電子ビームを捕捉する複数の前記コレクタ電極のそれぞれを前記電源部に接続する複数の前記コレクタリードが設けられており、それら複数のコレクタリードのいずれか２つが前記磁性体コアの貫通孔を通過している。そして、前記磁性体コアの貫通孔を通過する前記２つのコレクタリードに流れる電流が前記磁性体コア内部に互いに逆向きの磁束をそれぞれ生成する。
【００３１】
前記磁性体コア内部に生成される互いに逆向きの磁束は、前記磁性体コアの貫通孔を通過する前記２つのコレクタリードのそれぞれに誘導電流を流す。それらの誘導電流は、前記磁性体コアの貫通孔を通過する前記２つのコレクタリードのそれぞれに本来流れる電流に対して逆向きに流れる。そのため、速度変調された前記電子ビームに起因して生成される不要成分は、それらの誘導電流により抑制される。よって、前記進行波管から前記電源部に至る不要成分が抑制されるので、安定な動作が可能となり、優れた周波数特性が得られる。
【００３２】
（３）  本発明の第１の進行波管増幅器の好ましい例では、前記２つのコレクタリードの前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数が所定の値に設定される。この場合、前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数を変更することにより、抑制される不要成分の周波数範囲を任意に設定できるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。
【００３３】
本発明の第１の進行波管増幅器の他の好ましい例では、前記磁性体コアが略環状の断面形状を有する。この場合、効率よく磁束が生成されるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。
【００３４】
本発明の第１の進行波管増幅器のさらに他の好ましい例では、前記磁性体コアがフェライト材からなる。この場合、高周波損失が減少して、磁性体コア内部に確実に磁束を生成できる利点がある。
【００３５】
本発明の第１の進行波管増幅器のさらに他の好ましい例では、前記磁性体コアが複数の磁性体部材を含んでなり、それらの複数の磁性体部材のそれぞれが非磁性体部材を介して前記貫通孔の中心軸に沿って積層されている。この場合、複数の前記磁性体部材のそれぞれが前記非磁性体部材によって磁気的に分離されているため、前記２つのコレクタリードに流れる電流のそれぞれが複数の前記磁性体部材のそれぞれの内部に互いに逆向きの磁束を生成する。したがって、複数の前記磁性体部材の個数を変更することにより、抑制される不要成分の周波数範囲を任意に設定できるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。さらに、前記２つのコレクタリードの前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数を変更する場合に比べ、前記磁性体コアに多数回巻きする必要がないので、前記磁性体コアの貫通孔の内寸法ひいては前記磁性体コアの外寸法を小さくすることが可能であり、当該進行波管増幅器の小型化に有利となる。
【００３６】
この例では、複数の前記磁性体部材のそれぞれが略環状の断面形状を有するのが好ましい。この場合にも、効率よく磁束が生成されるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。
【００３７】
さらに、この例では、複数の前記磁性体部材のそれぞれがフェライト材からなるのが好ましい。フェライト材を用いることにより、高周波損失が減少して、磁性体コア内部に確実に磁束を生成できるからである。
【００３８】
（４）  本発明の第２の進行波管増幅器は、電子ビームを放出する電子銃部と、
前記電子ビームと入力された高周波信号とを相互作用せしめて前記高周波信号を増幅して出力する高周波回路部と、
前記高周波回路部で速度変調された前記電子ビームを捕捉する第１および第２のコレクタ電極を有するコレクタ部と、
前記電子銃部と前記高周波回路部と前記コレクタ部のそれぞれに所定の電圧を供給する電源と、
前記第１および第２のコレクタ電極を前記電源にそれぞれ電気的に接続する第１および第２のコレクタリードと、
貫通孔を有する磁性体コアと
を備え、
前記第１および第２のコレクタリードのそれぞれは前記磁性体コアの貫通孔を通過しており、
前記第１および第２のコレクタリードに流れる電流のそれぞれが前記磁性体コア内部に互いに逆向きの磁束を生成することを特徴とする。
【００３９】
（５）  本発明の第２の進行波管増幅器では、速度変調された前記電子ビームを捕捉する前記第１および第２のコレクタ電極を前記電源に接続する前記第１および第２のコレクタリードが設けられており、それらの第１および第２のコレクタリードのそれぞれは前記磁性体コアの貫通孔を通過している。そして、前記第１および第２のコレクタリードに流れる電流のそれぞれが前記磁性体コア内部に互いに逆向きの磁束を生成する。
【００４０】
前記磁性体コア内部に生成される互いに逆向きの磁束は、前記第１および第２のコレクタリードのそれぞれに誘導電流を流す。それらの誘導電流は、前記第１および第２のコレクタリードに本来流れる電流に対して逆向きに流れる。そのため、速度変調された前記電子ビームに起因して生成される不要成分は、それらの誘導電流により抑制される。よって、前記コレクタ部から前記電源に至る不要成分が抑制されるので、本発明の第１の進行波管増幅器と同様に、安定な動作が可能となり、優れた周波数特性が得られる。
【００４１】
（６）  本発明の第２の進行波管増幅器の好ましい例では、前記第１および第２のコレクタリードのそれぞれの前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数が所定の値に設定される。この場合、前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数を変更することにより、抑制される不要成分の周波数範囲を任意に設定できるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。
【００４２】
本発明の第２の進行波管増幅器の他の好ましい例では、前記磁性体コアが略環状の断面形状を有する。この場合、効率よく磁束が生成されるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。
【００４３】
本発明の第２の進行波管増幅器のさらに他の好ましい例では、前記磁性体コアがフェライト材からなる。この場合、高周波損失が減少して、磁性体コア内部に確実に磁束を生成できる利点がある。
【００４４】
本発明の第２の進行波管増幅器のさらに他の好ましい例では、前記磁性体コアが複数の磁性体部材を含んでなり、それらの複数の磁性体部材のそれぞれが非磁性体部材を介して前記貫通孔の中心軸に沿って積層されている。この場合、複数の前記磁性体部材のそれぞれが前記非磁性体部材によって磁気的に分離されているため、前記第１および第２のコレクタリードに流れる電流のそれぞれが複数の前記磁性体部材のそれぞれの内部に互いに逆向きの磁束を生成する。したがって、複数の前記磁性体部材の個数を変更することにより、抑制される不要成分の周波数範囲を任意に設定できるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。さらに、前記第１および第２のコレクタリードの前記磁性体コアの貫通孔を通過する回数を変更する場合に比べ、前記磁性体コアに多数回巻きする必要がないので、前記磁性体コアの貫通孔の内寸法ひいては前記磁性体コアの外寸法を小さくすることが可能であり、当該進行波管増幅器の小型化に有利となる。
【００４５】
この例では、複数の前記磁性体部材のそれぞれが略環状の断面形状を有するのが好ましい。この場合にも、効率よく磁束が生成されるので、不要成分をより効果的に抑制できる利点がある。
【００４６】
さらに、この例では、複数の前記磁性体部材のそれぞれがフェライト材からなるのが好ましい。フェライト材を用いることにより、高周波損失が減少して、磁性体コア内部に確実に磁束を生成できるからである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の進行波管増幅器を示す。
【００４９】
図１の進行波管増幅器は、２段コレクタ型進行波管２０と、それを駆動する進行波管駆動用電源１７と、磁性体コア１３とを備えている。
【００５０】
進行波管２０は、電子銃部９、高周波回路部４、周期永久磁界発生器１６およびコレクタ部１０を含んで構成される。電子銃部９はヒータ１、陰極２、集束電極１５および陽極３を有しており、高周波回路部４は高周波入力部７、高周波出力部８、およびヘリックス導体からなる遅波回路１８を有している。コレクタ部１０は、第１および第２のコレクタ電極５、６を有している。
【００５１】
磁性体コア１３は、断面が略円形の貫通孔１３ａを有しており、フェライトなどの強磁性材で形成されている。磁性体コア１３の断面（貫通孔１３ａの中心軸に直交する断面）の形状は環状である。
【００５２】
ヒータ１の一端はリード２１ａを介して電源１７に電気的に接続され、他端は陰極２に電気的に接続されている。陰極２と集束電極１５は互いに電気的に接続され、それらはリード２１ｂを介して電源１７に電気的に接続されている。陽極３と高周波回路部４は、それぞれリード２１ｃ、２１ｄを介して電源１７に電気的に接続されている。第１および第２のコレクタ電極５、６は、それぞれ第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂを介して電源１７に電気的に接続されている。電源１７は、ヒータ１、陰極２、集束電極１５、陽極３、高周波回路部４、第１および第２のコレクタ電極５、６に所定の電圧をそれぞれ供給する。
【００５３】
進行波管２０と磁性体コア１３は進行波管２０を保護するためのケース１４の内部に収納されており、リード２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂはケース１４を貫通してケース１４の外部にある電源１７に接続されている。
【００５４】
第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂは、磁性体コア１３の貫通孔１３ａをそれぞれ通過している。ここで、コレクタ部１０から電源１７に至る方向を第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂの通過方向とすると、図１に示すように、第１コレクタリード１２ａは矢印Ａの方向に貫通孔１３ａを通過し、第２コレクタリードは矢印Ａと逆向きの矢印Ｂの方向に貫通孔１３ａを通過している。図１では、第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂが貫通孔１３ａを１回通過しているが、磁性体コア１３に第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂを巻き付け、貫通孔を複数回通過させてもよい。
【００５５】
電子銃部９に内蔵される陰極２には通常負の高電圧が印加され、陽極３と高周波回路部４は通常接地電圧またはそれより低い電圧が印加される。高周波入力部７には高周波信号が入力され、入力された高周波信号は遅波回路１８を伝搬して高周波出力部８から取り出される。第１および第２のコレクタ電極５、６には、陰極２に印加される電圧より高い電圧が印加される。第１コレクタ電極５に印加される電圧は、第２コレクタ電極６に印加される電圧よりも高い値に設定される。
【００５６】
次に、図１の進行波管増幅器の動作について説明する。
【００５７】
図１の進行波管増幅器では、陰極２から電子ビーム１１が放出され、その放出量は陽極３により制御される。陰極２から放出された電子ビーム１１は陰極２と高周波回路部４の間の電圧（ヘリックス電圧と呼ばれる）により加速されながら高周波回路部４の遅波回路１８に入射する。このとき、陰極２から放出された電子ビーム１１は、集束電極１５の形成する電子レンズにより所定のビーム径に集束される。
【００５８】
高周波回路部４に入射した電子ビーム１１は、周期永久磁界発生器１６の生成する磁界により、集束が維持された状態で遅波回路１８を通過する。電子ビーム１１の遅波回路１８を通過する時の軸方向速度は陰極２に印加される電圧を調整して設定されるが、高周波入力部７に入力された高周波信号が遅波回路１８を伝搬する時の軸方向速度とほぼ等しくなるように、電子ビーム１１の軸方向速度は設定される。このように、遅波回路１８において、高周波信号とほぼ同じの軸方向速度を持つ電子ビーム１１は高周波信号と相互作用する。この相互作用により、遅波回路１８を伝搬する高周波信号は電子ビーム１１からエネルギーを受けて増幅される。そして、相互作用でエネルギーの授受に携わった電子ビーム１１は速度変調される。
【００５９】
ここで、入力される高周波信号が単一の信号波である場合、遅波回路１８を通過する電子ビーム１１は信号波の持つ周波数成分のみに対応して速度変調される。入力される高周波信号が周波数の若干異なる複数の信号波を含む場合、進行波管増幅器の持つ非線形性により、歪み波が遅波回路１８で発生する。同時に、遅波回路１８では、複数の信号波の干渉によりいずれか２つの信号波の周波数差に応じた周波数成分を持つ干渉波が発生する。そのため、複数の信号波、歪み波および干渉波が持つそれぞれの周波数成分に対応して電子ビーム１１は速度変調されることになる。
【００６０】
遅波回路１８を通過した電子ビーム１１は、コレクタ部１０に入射する。速度変調された電子ビーム１１はエネルギー状態の異なる電子を含んでいるので、電子ビーム１１を形成する各電子はそのエネルギー状態に応じて第１コレクタ電極５あるいは第２コレクタ電極６に捕捉される。そして、第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂには、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２がそれぞれ流れる。
【００６１】
コレクタ電流ＩＣ１とＩＣ２は磁性体コア１３の貫通孔１３ａ内を逆向きに流れるので、それらのコレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は磁性体コア１３内部に逆向きの磁束を生成する。コレクタ部１０に入射する電子ビーム１１が速度変調されているため、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は直流電流成分と変調電流成分を含んでいる。コレクタ電流ＩＣ１に含まれる変調電流成分は、磁性体コア１３を介して第２コレクタリード１２ｂに誘導電流を生成する。そして、コレクタ電流ＩＣ１が第２コレクタリード１２ｂに生成する誘導電流は、コレクタ電流ＩＣ２に対して逆向きに流れる。したがって、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分は、コレクタ電流ＩＣ１が生成する誘導電流により抑制される。他方、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分は、磁性体コア１３を介して第１コレクタリード１２ａに誘導電流を生成する。この誘導電流もまた同様に、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分を抑制する。したがって、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２に含まれる変調電流成分の電源１７への帰還が抑制される。
【００６２】
次に、以上の動作について数値例を挙げてさらに詳しく説明する。
【００６３】
例えば、高周波信号が周波数の若干異なるｆ１＝１０ＧＨｚとｆ２＝１０．００２ＧＨｚの２つの信号波を含んでいるとする。遅波回路１８を通過する電子ビーム１１は、２つの信号波（ｆ１＝１０ＧＨｚ、ｆ２＝１０．００２ＧＨｚ）と、歪み波（２ｆ１−ｆ２＝９．９９８ＧＨｚ、２ｆ２−ｆ１＝１０．００４ＧＨｚ）、および干渉波（Δｆ＝ｆ２−ｆ１＝２ＭＨｚ）に応じた速度変調を受ける。このため、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は、直流電流成分に９．９９８ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１０．００２ＧＨｚ、１０．００４ＧＨｚおよび２ＭＨｚの周波数成分を持つ変調電流成分が重畳されたものとなる。一般的な動作状態では、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２の直流電流成分は通常数１０ｍＡから数１００ｍＡであり、上記の周波数成分を持つ変調電流成分は数ｍＡ以下のリップルとして重畳される。
【００６４】
磁性体コア１３によって抑制されるのは、主として周波数の比較的低い２ＭＨｚの周波数成分を持つ変調電流成分である。第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂが磁性体コア１３の貫通孔１３ａを通過する回数、すなわち磁性体コア１３への巻き付け回数（巻き数）は、高周波信号の干渉波が効率的に抑制できる最低値に設定することが望ましく、１〜５ターン程度の巻き数が選択される。この場合、９．９９８ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１０．００２ＧＨｚおよび１０．００４ＧＨｚの周波数成分を持つ変調電流成分は、抑制されずに電源１７に帰還されることがある。しかし、それらの変調電流成分は周波数が極めて高いため、電源１７の動作に悪影響を及ぼすことは通常有り得ない。
【００６５】
以上のように、本発明の第１実施形態の進行波管増幅器では、電子ビームの速度変調に起因する変調電流成分（不要成分）の電源への帰還を抑制することができる。そして、不要成分の帰還による電源への悪影響が防止されて安定な動作が可能となり、優れた周波数特性が得られる。
【００６６】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の進行波管増幅器を示す。
【００６７】
図２の進行波管増幅器は、エネルギー変換効率をさらに高めるため、３段コレクタ型進行波管２０Ａを用いたものである。進行波管２０Ａに関しては、３つのコレクタ電極を有する点を除き、図１の第１実施形態に使用される進行波管２０と同じ構成を持つ。よって、図２において図１の進行波管２０と同一または対応する構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
図２の進行波管増幅器は、３段コレクタ型進行波管２０Ａと進行波管駆動用電源１７と、第１、第２および第３の磁性体コア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃとを備えている。
【００６９】
進行波管２０Ａのコレクタ部１０は、第１、第２および第３のコレクタ電極５、６、１９を有している。第１、第２および第３のコレクタ電極５、６、１９は、第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介して電源１７に電気的に接続される。電源１７は、第１、第２および第３のコレクタ電極５、６、１９に所定の電圧をそれぞれ供給する。
【００７０】
第１、第２および第３の磁性体コア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、断面が略円形の貫通孔１３Ａａ，１３Ｂａ，１３Ｃａを有しており、いずれもフェライトなどの強磁性材で形成されている。第１磁性体コア１３Ａの断面（貫通孔１３Ａａの中心軸に直交する断面）の形状、第２磁性体コア１３Ｂの断面（貫通孔１３Ｂａの中心軸に直交する断面）の形状、および第３磁性体コア１３Ｃの断面（貫通孔１３Ｃａの中心軸に直交する断面）の形状は、いずれも環状である。
【００７１】
進行波管２０Ａと第１、第２および第３の磁性体コア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは進行波管２０を保護するためのケース１４に収納されている。第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃはそのケース１４を貫通してケース１４の外部にある電源１７に接続されている。
【００７２】
第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、第１、第２および第３の磁性体コア１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの貫通孔１３Ａａ、１３Ｂａ、１３Ｃａを通過している。すなわち、コレクタ部１０から電源１７に至る方向を第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃの通過方向とすると、図２に示すように、第１コレクタリード１２ａは矢印Ａの方向に貫通孔１３Ａａを通過し、第２コレクタリード１２ｂは矢印Ａと逆向きの矢印Ｂの方向に貫通孔１３Ａａを通過している。第２コレクタリード１２ｂは矢印Ｂの方向に貫通孔１３Ｂａを通過し、第３コレクタリード１２ｃは矢印Ａの方向に貫通孔１３Ｂａを通過している。第３コレクタリード１２ｃは矢印Ｂの方向に貫通孔１３Ｃａを通過し、第１コレクタリード１２ａは矢印Ａの方向に貫通孔１３Ｃａを通過している。
【００７３】
図２では、第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃが貫通孔１３Ａａ、１３Ｂａ、１３Ｃａを各々１回通過しているが、磁性体コア１３に第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃを巻き付け、貫通孔１３Ａａ、１３Ｂａ、１３Ｃａを複数回通過させてもよい。
【００７４】
第１、第２および第３のコレクタ電極５、６、１９には、陰極２に印加される電圧より高い電圧が印加される。第１コレクタ電極５に印加される電圧は、第２コレクタ電極６に印加される電圧よりも高い値に設定される。第２コレクタ電極６に印加される電圧は、第３コレクタ電極１９に印加される電圧よりも高い値に設定される。
【００７５】
次に、図２の進行波管増幅器の動作について説明する。
【００７６】
図２の進行波管増幅器の基本動作は、図１の第１実施形態の進行波管増幅器とほぼ同様である。すなわち、陰極２から放出された電子ビーム１１は、加速されながら高周波回路部４の遅波回路１８に入射し、遅波回路１８を通過する。電子ビーム１１は遅波回路１８において入力された高周波信号と相互作用を起こし、高周波信号は電子ビーム１１のエネルギーにより増幅される。このときエネルギーの授受に携わった電子ビーム１１は速度変調される。
【００７７】
遅波回路１８を通過した電子ビーム１１はコレクタ部１０に入射する。速度変調された電子ビーム１１は、エネルギー状態の異なる電子を含んでいる。電子ビーム１１を形成する各電子はそのエネルギー状態に応じて第１、第２または第３のコレクタ電極５、６、１９に捕捉される。そして、第１、第２および第３のコレクタリードには、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３がそれぞれ流れる。
【００７８】
第１磁性体コア１３Ａにおいて、コレクタ電流ＩＣ１とＩＣ２は第１磁性体コア１３Ａの貫通孔１３Ａａ内を逆向きに流れるので、それらのコレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は磁性体コア１３Ａ内部に逆向きの磁束を生成する。コレクタ部１０に入射する電子ビーム１１が速度変調されているため、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は直流電流成分と変調電流成分（リップル）を含んでいる。コレクタ電流ＩＣ１に含まれる変調電流成分は、第１磁性体コア１３Ａを介して第２コレクタリード１２ｂに誘導電流を生成する。そして、コレクタ電流ＩＣ１が第２コレクタリード１２ｂに生成する誘導電流は、コレクタ電流ＩＣ２に対して逆向きに流れる。したがって、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分は、コレクタ電流ＩＣ１が生成する誘導電流により抑制される。他方、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分は、第１磁性体コア１３Ａを介して第１コレクタリード１２ａに誘導電流を生成する。この誘導電流もまた同様に、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分を抑制する。
【００７９】
第２および第３の磁性体コア１３Ｂ、１３Ｃにおいても上記と同様に動作する。こうして、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３に含まれる変調電流成分はそれぞれ抑制され、変調電流成分の電源１７への帰還が抑制される。
【００８０】
高周波信号が周波数の若干異なる２つの信号波を含んでいる場合、主として２つの信号波により生じる干渉波の周波数成分を持つ変調電流成分が抑制される。第１、第２および第３のコレクタリード１２ａ、１２ｂ、１２ｃが第１、第２および第３の磁性体コア１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの貫通孔１３Ａａ、１３Ｂａ、１３Ｃａを通過する回数、すなわち第１、第２および第３の磁性体コア１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃへ巻き付け回数（巻き数）は、高周波信号の干渉波が効率的に抑制できる最低値に設定することが望ましく、１〜５ターン程度の巻き数が選択される。この場合、信号波や歪み波に対応した周波数成分を持つ変調電流成分は、抑制されずに電源１７に帰還されることがある。しかし、それらの変調電流成分の周波数は極めて高いため、電源１７の動作に悪影響を及ぼすことは通常有り得ない。
【００８１】
以上の通り、本発明の第２実施形態の進行波管増幅器では、本発明の第１実施形態の進行波管増幅器と同様に、電子ビームの速度変調に起因する変調電流成分（不要成分）の電源への帰還を抑制することができる。そして、不要成分の帰還による電源への悪影響が防止されて安定な動作が可能となり、優れた周波数特性が得られる。
【００８２】
なお、図２の進行波管増幅器では、３つの磁性体コアを用いているが、いずれか１つの磁性体コアを用いる構成としてもよい。この場合、不要成分を抑制する効果は幾分減少する。
【００８３】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の進行波管増幅器を示す。
【００８４】
図３の進行波管増幅器は、貫通孔の中心軸に沿って積層された複数の磁性体部材の積層体で磁性体コアを形成している点を除いて第１実施形態の進行波管増幅器と同じ構成を持つ。よって、図３において図１の進行波管増幅器と同一または対応する構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
図３の進行波管増幅器では、２段コレクタ型進行波管２０の第１および第２のコレクタ電極５，６を進行波管駆動用電源１７にそれぞれ接続する第１および第２のコレクタリード１２ａ，１２ｂは、磁性体コア３３の貫通孔３３ａを通過している。
【００８６】
ここで、コレクタ部１０から電源１７に至る方向を第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂの通過方向とすると、図３に示すように、第１コレクタリード１２ａは矢印Ａの方向に貫通孔３３ａを通過し、第２コレクタリードは矢印Ａと逆向きの矢印Ｂの方向に貫通孔３３ａを通過している。
【００８７】
磁性体コア３３は、５つの磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅを含んでなり、それらの磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅは非磁性体部材３５を介して積層されている。磁性体コア３３の貫通孔３３ａは、磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅおよび非磁性体部材３４のいずれをも貫通するよう形成されている。換言すれば、磁性体コア３３は、磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅを非磁性体部材３５を介して貫通孔３３ａの中心軸に沿って積層した積層体からなる。なお、磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅおよび非磁性体部材３５の断面（貫通孔３３ａの中心軸に直交する断面）の形状は、いずれも環状である。
【００８８】
このように非磁性体部材３５を介して積層された磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅは互いに磁気的に分離されており、磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅのそれぞれが図１の第１実施形態の磁性体コア１３と実質的に同じ機能を持つ。すなわち、速度変調された電子ビーム１１が第１および第２のコレクタ電極５，６に捕捉されて第１および第２のコレクタリード１２ａ、１２ｂにコレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２がそれぞれ流れると、それらのコレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２は磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅのそれぞれの内部に逆向きの磁束を生成する。コレクタ電流ＩＣ１に含まれる変調電流成分は、磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅのそれぞれを介して第２コレクタリード１２ｂに誘導電流を生成する。そして、コレクタ電流ＩＣ１が第２コレクタリード１２ｂに生成する誘導電流は、コレクタ電流ＩＣ２に対して逆向きに流れる。したがって、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分は、コレクタ電流ＩＣ１が生成する誘導電流により抑制される。他方、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分は、磁性体部材３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅのそれぞれを介して第１コレクタリード１２ａに誘導電流を生成する。この誘導電流もまた同様に、コレクタ電流ＩＣ２に含まれる変調電流成分を抑制する。したがって、コレクタ電流ＩＣ１、ＩＣ２に含まれる変調電流成分の電源１７への帰還が抑制される。
【００８９】
高周波信号が周波数の若干異なる２つの信号波を含んでいる場合、主として２つの信号波により生じる干渉波の周波数成分を持つ変調電流成分が抑制される。磁性体コア３３を構成する磁性体部材の個数（積層数）は、高周波信号の干渉波が効率的に抑制できる最低値に設定することが望ましく、１〜５個程度が選択される。
【００９０】
以上の通り、本発明の第３実施形態の進行波管増幅器では、本発明の第１実施形態の進行波管増幅器と同様に、電子ビームの速度変調に起因する変調電流成分（不要成分）の電源への帰還を抑制することができる。そして、不要成分の帰還による電源への悪影響が防止されて安定な動作が可能となり、優れた周波数特性が得られる。さらに、この第３実施形態では、第１実施形態のように磁性体コアに多数回巻きする必要がないので、磁性体コアの貫通孔の内寸法ひいては磁性体コアの外寸法を小さくすることが可能であり、当該進行波管増幅器の小型化に有利となる。
【００９１】
なお、第１〜第３の実施形態では、磁性体コアが環状の断面形状を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁性体コアの外形および貫通孔の断面形状に特に制限はない。また、４つ以上のコレクタ電極を有する多段コレクタ型進行波管を備えた進行波管増幅器についても本発明の適用が可能であることは言うまでもない。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の進行波管増幅器では、進行波管からそれを駆動する電源に至る不要成分を抑制することができる。さらに、安定な動作を可能にすると共に、優れた周波数特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の進行波管増幅器を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の進行波管増幅器を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の進行波管増幅器を示す概略構成図である。
【図４】従来の進行波管増幅器を示す概略構成図である。
【図５】特開平８−４６８０８号公報に開示されたＣＲＴディスプレイ装置を示す回路図である。
【図６】特開平４−３２００３号公報に開示されたマルチトラックテープレコーダを示す回路ブロック図である。
【図７】特開昭６０−１２５９０２号公報に開示された磁気記録再生装置を示すブロック系統図である。
【符号の説明】
１  ヒータ
２  陰極
３  陽極
４  高周波回路部
５  第１コレクタ電極
６  第２コレクタ電極
７  高周波入力部
８  高周波出力部
９  電子銃部
１０  コレクタ部
１１  電子ビーム
１２ａ  第１コレクタリード
１２ｂ  第２コレクタリード
１２ｃ  第３コレクタリード
１３  磁性体コア
１３ａ  磁性体コアの貫通孔
１３Ａａ  第１磁性体コアの貫通孔
１３Ｂａ  第２磁性体コアの貫通孔
１３Ｃａ  第３磁性体コアの貫通孔
１３Ａ  第１磁性体コア
１３Ｂ  第２磁性体コア
１３Ｃ  第３磁性体コア
１４  ケース
１５  集束電極
１６  周期永久磁界発生器
１７  進行波管駆動用電源
１８  遅波回路
１９  第３コレクタ電極
２０、２０Ａ  進行波管
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  リード
３３  磁性体コア
３３ａ  磁性体コアの貫通孔
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ  磁性体部材
３５  非磁性体部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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