(57)【要約】【課題】ノーズの各電子ビームが通過する各位置での電界強度を均一化できるマルチビームクライストロンを提供する。【解決手段】マルチビームクライストロンは、高周波を入力または出力するポート39が接続される空胴20を備える。空胴20は、空胴本体30、ノーズ31、複数のビームホール32およびスリット33を備える。空胴本体30は、外周壁35が空胴20の中心軸12を中心とした円筒状に形成され、外周壁35にポート39が接続される。ノーズ31は、空胴本体30の端面側から空胴本体30内に中心軸12を中心とした円周上に沿って突設される。複数のビームホール32は、それぞれ中心軸12を中心とした円周上に配置されるようにノーズ31に設けられ、電子ビームが通過する。スリット33は、ノーズ31に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を入力または出力するポートが接続される空胴を備えたマルチビームクライストロンにおいて、
前記空胴は、
外周壁が前記空胴の中心軸を中心とした円筒状に形成され、この外周壁に前記ポートが接続される空胴本体と、
前記空胴本体の端面側から前記空胴本体内に前記中心軸を中心とした円周上に沿って突設されたノーズと、
それぞれ前記中心軸を中心とした円周上に配置されるように前記ノーズに設けられ、電子ビームが通過する複数のビームホールと、
前記ノーズに設けられたスリットと
を備える
ことを特徴とするマルチビームクライストロン。
【請求項２】
前記スリットは、前記ノーズの前記ポート側に設けられた第１のスリットと、前記ノーズの前記ポート側に対して反対側に設けられた第２のスリットとを有する
ことを特徴とする請求項１記載のマルチビームクライストロン。
【請求項３】
前記ノーズは、前記ノーズの先端面側で前記ビームホールの周縁部から突出するノーズ突部を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載のマルチビームクライストロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、空胴を備えたマルチビームクライストロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電子ビームを用いるマルチビームクライストロンがある。このマルチビームクライストロンは、複数の空胴を備えている。この空胴には、入力された高周波により電子に速度変調を与える入力空胴、入力空胴で与えられた電子の高周波成分により電子ビームをバンチングさせて高周波成分を増大させる中間空胴、および増大された高周波成分をＲＦに変換して外部にＲＦを取り出す出力空胴がある。
【０００３】
空胴は、円筒状で、空胴の中心軸を中心とした円周上に空胴の軸方向の両端面から空胴内にそれぞれビームホールを有する複数のノーズが突出されており、互いに対向するノーズ間のギャップを通じてビームホールを通過する複数の電子ビームと結合されるように構成されている。
【０００４】
中間空胴は中心軸を中心として軸対称の構造であるが、入力空胴および出力空胴は高周波を入力および出力するためのポートが接続されているため中心軸を中心とした軸対称の構造ではない。
【０００５】
そのため、ポートが接続されていない空胴では、軸対称な電磁界分布となり、各ノーズのギャップの電界強度は同じ値となる。
【０００６】
それに対して、ポートが接続された空胴では、ポートから電界が漏れ出し、各ノーズのギャップの電界強度にばらつきが生じる場合がある。複数のノーズのギャップを円周上に配置しているマルチビームクライストロンでは、ギャップの配置円周が大きくなるほど、この傾向が顕著になる。各ノーズのギャップの電界強度が同一でないと、電子の加減速にばらつきが起こり、効率の良い高周波増幅動作が期待できない。
【０００７】
そこで、ポートが接続された空胴では、空胴の外周壁の内面をポートから遠ざかる方向に空胴の中心軸から偏心させ、各ノーズのギャップの電界強度を補正し、均一化にするための構造が採られている。
【０００８】
しかし、空胴の外周壁の内面をポートから遠ざかる方向に空胴の中心軸から偏心させた構造では、部品加工の際、同芯での旋盤加工ができず、加工工程が複雑になり、高コストとなる。そのため、空胴の外周壁の内面を偏心させずに、各ノーズのギャップの電界強度を均一化することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１４７０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、ノーズの各電子ビームが通過する各位置での電界強度を均一化できるマルチビームクライストロンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態のマルチビームクライストロンは、高周波を入力または出力するポートが接続される空胴を備える。空胴は、空胴本体、ノーズ、複数のビームホールおよびスリットを備える。空胴本体は、外周壁が空胴の中心軸を中心とした円筒状に形成され、外周壁にポートが接続される。ノーズは、空胴本体の端面側から空胴本体内に中心軸を中心とした円周上に沿って突設される。複数のビームホールは、それぞれ中心軸を中心とした円周上に配置されるようにノーズに設けられ、電子ビームが通過する。スリットは、ノーズに設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態を示すマルチビームクライストロンの空胴の図２Ａ−Ａ視の断面図である。
【図２】同上空胴の図３Ｂ−Ｂ視の断面図である。
【図３】同上空胴の平面図である。
【図４】同上マルチビームクライストロンの断面図である。
【図５】同上空胴のノーズの位置と電界強度との関係を示すグラフである。
【図６】空胴に複数の独立ノーズがありかつ空胴の外周壁の内面を偏心させない比較例での空胴の独立ノーズの位置と電界強度との関係を示すグラフである。
【図７】空胴に複数の独立ノーズがある比較例でのＳパラメータの通過特性を示すグラフである。
【図８】空胴に１つのノーズがある比較例でのＳパラメータの通過特性を示すグラフである。
【図９】第２の実施形態を示す空胴の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、第１の実施形態を、図１ないし図８を参照して説明する。
【００１４】
図４に、マルチビームクライストロン10を示す。
【００１５】
マルチビームクライストロン10は、クライストロン本体11、およびこのクライストロン本体11の周囲に配置されてクライストロン本体11内の電子ビームを集束する図示しない集束磁界装置を備えている。図４において、12はマルチビームクライストロン10の中心軸を示している。
【００１６】
クライストロン本体11は、中心軸12から所定の半径の円周上に複数本の電子ビーム13を発生する電子銃部14、電子ビーム13と高周波電界との相互作用により高周波電力を増幅する高周波相互作用部15、高周波相互作用部15に高周波電力を入力する入力部16、高周波相互作用部15から高周波電力を出力する出力部17、高周波相互作用部15を通過した電子ビーム13を捕捉するコレクタ部18を備えている。
【００１７】
高周波相互作用部15は、中心軸12から所定の半径の円周上にそれぞれ配置されて各電子ビーム13が通過する複数のドリフト管19、これらドリフト管19に電子ビーム13の進行方向に沿って接続された複数の空胴20を有している。空胴20としては、入力部16が接続された入力空胴21、複数の中間空胴22、および出力部17が接続された出力空胴23が含まれている。
【００１８】
次に、図１ないし図３に、空胴20を示す。空胴20は、出力空胴23である。
【００１９】
空胴20は、空胴本体30、この空胴本体30の端面側から空胴本体30内に突設されたノーズ31、このノーズ31に設けられた複数のビームホール32、およびノーズ31に設けられたスリット33などを備えている。
【００２０】
空胴本体30は、例えば銅などの導電性が良い金属材料で、中心軸12を中心とした円筒状に形成されている。空胴本体30は、外周壁35、内周壁36、および軸方向の両端面壁37を有し、これらによって空胴本体30の内部に空胴20を構成する円筒状の空間部38が形成されている。外周壁35の外面および内面と内周壁36の外面および内面は中心軸12を中心とした同心円状に形成されており、従って、空胴20は同軸空胴である。外周壁35には、出力部17のポート39が接続されている。
【００２１】
ノーズ31は、空胴本体30の両端面壁37から空胴本体30の内部（空間部38）に向かってそれぞれ突設されている。これらノーズ31は、外周壁35と内周壁36との間で、中心軸12を中心とした所定の半径の円周上に沿って突設されている。これらノーズ31は、スリット33により二分割されていて、半リング状の一対の一体形ノーズ41を有している。これら互いに対向するノーズ31間に、所定の間隔のギャップ42が形成されている。そして、ノーズ31の各ビームホール32が設けられた位置をノーズ部43という。
【００２２】
複数のビームホール32は、それぞれ、ドリフト管19に連通され、電子ビーム13が通過する。各ビームホール32は、それぞれ中心軸12を中心とした所定の半径の円周上に配置されるようにノーズ31に設けられている。ビームホール32は、例えば６個で、円周上に等間隔に配置されており、ポート39に対向するように隣り合うビームホール32の中間部が配置されているとともに、ポート39に対して反対側も隣り合うビームホール32の中間部が配置されている。
【００２３】
スリット33は、ノーズ31の隣り合うビームホール32（ノーズ部43）の中間部に設けられている。スリット33は、ノーズ31のポート39側に設けられた第１のスリット45、およびノーズ31のポート39側に対して反対側に設けられた第２のスリット46を有している。第１のスリット45の間隔w1および第２のスリット46の間隔w2は、ノーズ31のギャップ42の電界強度を均一化するためにそれぞれ任意に設定される。本実施形態では、第１のスリット45の間隔w1が第２のスリット46の間隔w2よりも広い関係にある。また、第１のスリット45の間隔w1はポート39の開口幅よりも小さい関係にある。そして、スリット33により、円周上に沿って設けられているノーズ31を、一対の一体形ノーズ41に二分割している。
【００２４】
そして、空胴20は、互いに対向するノーズ31間のギャップ42を通じて複数のビームホール32を通過する複数の電子ビーム13と結合されるように構成されている。
【００２５】
ここで、図６に、空胴に複数の独立ノーズがありかつ空胴の外周壁の内面を偏心させない比較例での空胴の独立ノーズの位置と電界強度との関係を表したグラフを示す。複数の独立ノーズは、一体形ノーズ41のような一体形には設けられず、それぞれが独立しているものである。図６の横軸は空胴の中心軸から各独立ノーズの距離を表し、縦軸は各独立ノーズのギャップでの電界強度を表す。図６中のＣはポートに最も近い位置の独立ノーズのギャップでの電界強度、Ｄはポートに最も近い位置と遠い位置との中間位置の独立ノーズのギャップでの電界強度、Ｅはポートから最も遠い位置の独立ノーズのギャップでの電界強度である。そして、図６から分かるように、ポートが接続された空胴では、ポートから電界が漏れ出す影響により、空胴の外周壁の内面を偏心させない場合、各独立ノーズのギャップでの電界強度Ｃ、Ｄ、Ｅにばらつきが生じる。
【００２６】
一方、図５に、本実施形態における空胴20のノーズ31の位置と電界強度との関係を表したグラフを示す。
【００２７】
ノーズ31（一体形ノーズ41）が中心軸12を中心とした所定の半径の円周上に沿って突設され、このノーズ31（一体形ノーズ41）に複数のビームホール32が設けられるとともにスリット33が設けられているため、ノーズ31の各ビームホール32（各ノーズ部43）位置のギャップ42での電界強度Ｃ、Ｄ、Ｅが略均一化される。
【００２８】
ノーズ31に設けたスリット33により、空胴20内での電界の分布を調整し、電界強度Ｃ、Ｄ、Ｅの略均一化が可能となっている。しかも、スリット33は、ノーズ31のポート39側に設けられた第１のスリット45、およびノーズ31のポート39側に対して反対側に設けられた第２のスリット46を有するため、これら第１のスリット45の間隔w1および第２のスリット46の間隔w2を別々に調整することにより、ノーズ31の各ビームホール32（各ノーズ部43）位置のギャップ42での電界強度Ｃ、Ｄ、Ｅを任意に調整することができ、これら電界強度Ｃ、Ｄ、Ｅを略均一化することができる。
【００２９】
そして、第１のスリット45の間隔w1および第２のスリット46の間隔w2の調整試験の結果、第１のスリット45の間隔w1が第２のスリット46の間隔w2よりも広い状態で、電界強度Ｃ、Ｄ、Ｅの略均一化が確認された。
【００３０】
また、図７に、空胴に複数の独立ノーズがある比較例でのＳパラメータの通過特性を表したグラフを示す。この場合、複数の独立ノーズの円周上の間隔が広いと、１つの空胴の中に独立ノーズの数だけ動作周波数の近傍に共振点ができることがある。一方、１つの空胴に１つの独立ノーズがある場合は、図８に示すように、動作周波数近傍の共振点は１つとなる。図７の状態では、ゼロモード以外は位相が一致せず、ゼロモードでも電界強度ピーク値が異なるため、各独立ノーズのギャップでの電子の加減速電圧が異なることになる。その結果、高周波への変換効率が低下する。従って、各ギャップの電界強度は同値とすることが重要であり、図８に示すように、動作周波数近傍の共振点は１つとすることが必要である。
【００３１】
本実施形態では、ノーズ31（一体形ノーズ41）が中心軸12を中心とした所定の半径の円周上に沿って突設され、このノーズ31（一体形ノーズ41）に複数のビームホール32が設けられているため、図８に示すように、動作周波数近傍の共振点を１つとすることができ、その結果、高周波への変換効率を向上できる。
【００３２】
そして、本実施形態のマルチビームクライストロン10によれば、ノーズ31（一体形ノーズ41）が中心軸12を中心とした所定の半径の円周上に沿って突設され、このノーズ31（一体形ノーズ41）に複数のビームホール32が設けられるとともにスリット33が設けられているため、空胴20の外周壁35の内面を偏心させることなく、ノーズ31の各電子ビーム13が通過する各位置での電界強度を均一化することができる。
【００３３】
空胴20の外周壁35の内面を偏心させなくてよいため、偏心させる場合に比べて、部品加工の際、同芯での旋盤加工ができ、加工工程が簡素化され、低コストにできる。
【００３４】
また、スリット33は、ノーズ31のポート39側に設けられた第１のスリット45、およびノーズ31のポート39側に対して反対側に設けられた第２のスリット46を有するため、これら第１のスリット45の間隔w1および第２のスリット46の間隔w2を別々に調整することにより、ノーズ31の各電子ビーム13が通過する各位置での電界強度を任意に調整することができ、これら電界強度を略均一化することができる。
【００３５】
次に、図９に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。
【００３６】
ノーズ31は、このノーズ31の先端面側つまり一体形ノーズ41のギャップ42に対向する先端面側で各ビームホール32の周縁部から突出するノーズ突部49を有している。そして、ノーズ31の先端面側には電界が集中するためノーズ突部49により、面積を小さくし放電リスクを下げることができる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、出力部17のポート39が接続される出力空胴23について説明したが、入力部16のポートが接続される入力空胴21にも同様に適用することができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
10    マルチビームクライストロン
12    中心軸
13    電子ビーム
20    空胴
30    空胴本体
31    ノーズ
32    ビームホール
33    スリット
35    外周壁
39    ポート
45    第１のスリット
46    第２のスリット
49    ノーズ突部
【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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【図８】
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【図９】
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