(57)【要約】【課題】  カソードの位置を電気的な駆動手段にて移動させて、カソードとグリッドとの間隔を調整することにより、入力空胴の共振周波数を調整する電子管を得る。【解決手段】  支持体で固定され、電子ビームを放出するカソードと、電子ビームの放出量を調整するグリッドと、電力供給端子から入力された高周波信号周波数に共振させ、内部に前記カソードと前記グリッドとを密閉空間で囲んだ入力空胴と、前記支持体の他方側に設けられ、制御信号発生手段から供給される電圧で前記支持体を伸縮動作させ、前記カソードを電子ビームの放出方向側に可逆的に移動させることで、前記カソードと前記グリッドとの間隔を変化させ、前記入力空胴の共振周波数を調整する圧電素子とを備えた。【選択図】  図２
2011192455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体で固定され、電子ビームを放出するカソードと、このカソードを加熱するヒータと、前記カソードから放出された電子ビームをアノードで加速させてから捕捉するコレクタと、前記アノードと前記カソードとの間に介在し、電子ビームの放出量を調整するグリッドと、電力供給端子から入力された高周波信号周波数に共振させ、前記支持体の一方側を空胴壁とし、内部に前記カソードと前記グリッドとを密閉空間で囲んだ入力空胴と、前記支持体の他方側に設けられ、制御信号発生手段から供給される電圧で前記支持体を伸縮動作させ、前記カソードを電子ビームの放出方向側に可逆的に移動させることで、前記カソードと前記グリッドとの間隔を変化させ、前記入力空胴の共振周波数を調整する圧電素子とを備えた電子管。
【請求項２】
前記制御信号発生手段は、前記電力供給端子へ入力する高周波信号の進行波電力の一部と、前記電力供給端子から反射する高周波信号の反射波電力の一部とを入力し前記進行波電力に対する前記反射波電力の電力比をデジタル信号形式で出力する比較回路と、前記電力比が所定の値以下となるように前記圧電素子を制御する電圧をデジタル信号形式で出力する演算回路と、前記演算回路から出力されるデジタル信号を直流電圧に変換するＤ／Ａ変換回路とを備えた請求項１に記載の電子管。
【請求項３】
前記支持体は、前記圧電素子との接続部付近に設けられた冷媒の流入口と、前記接続部の反対側に設けられた前記冷媒の流出口と、内部に設けられ、一方が前記流入口に接続し、他方が前記流出口に接続し、前記冷媒が空胴を流れる冷却管とを備えた請求項１または請求項２に記載の電子管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子ビームを放出するカソードとこの電子ビームを加速するアノードとの間に介在し、前記電子ビームを制御するグリッドを備えた電子銃を用いた電子管に関する。
【背景技術】
【０００２】
カソードとアノードとの間に電子ビームを制御するグリッドを備えた電子銃を有する電子管として、例えばインダクティブ出力管（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｕｂｅ、以下ＩＯＴと呼ぶ）がある。図１はＩＯＴの動作原理を示す説明図である。図１において、１は電子銃、２は熱電子を放出するカソード、３はカソード表面の電界を形成するためのグリッド、４はカソードを加熱するためのヒータ、５は入力空胴、６はヒータに電力を供給するヒータ電源、７は高周波信号を供給する高周波信号源、８は高周波信号源７からの高周波信号を入力空胴５に伝送する高周波伝送線路、９は高周波信号を入力空胴５に供給するループアンテナである。
【０００３】
１０はカソード２から放出される熱電子の集合体である電子ビーム、１１は電子ビームを加速するアノード、１２は電子ビームを加速する数十〜数百ｋＶの電圧を供給する高電圧電源、１３は電子銃１とボディ部１４との間に絶縁を施すための絶縁部品、１５は電子ビームのエネルギーを出力高周波信号のエネルギーに変換する出力空胴、１６は出力高周波信号を透過し、かつＩＯＴの内部を真空に保つための出力窓、１７は出力高周波信号にエネルギーを与え終えた電子ビーム１０を捕捉するコレクタである。
【０００４】
次に動作について説明する。カソード２はヒータ４により加熱され、熱電子を放出できる状態になっている。高周波信号源７から供給される高周波信号は入力空胴５に供給され、この高周波信号の周波数と入力空胴５の共振周波数が一致するように設計されているため、入力空胴５は高周波信号の周波数で共振し、カソード２とグリッド３との間の隙間に高周波電界を形成する。するとカソード２の表面に、熱電子を引き出す方向に電界が印加されたときだけ、カソード２から熱電子が放出され、電子ビーム１０は図１に示すようにある塊りとなって放出される。電子ビーム１０はアノード１１に印加されている高電圧にて加速し速度変調され、出力空胴１５に到達する。出力空胴１５は電子ビーム１０から出力高周波信号へエネルギーを引き出すために最適な共振周波数をもっているため、電子ビーム１０はエネルギーを失い、コレクタ１７に到達する。出力空胴１５でエネルギーを得た出力高周波信号は出力窓１６を透過して出力される。
【０００５】
入力空胴５において、間隔Ｌほど離間して配置されたカソード２とグリッド３との間の静電容量は、入力空胴５の共振周波数を決定するパラメータである。ＩＯＴの運転中においてカソード２は１０００度程度の高温になる。グリッド３は、カソード２に近接して設置されているため、熱変形を起こし間隔Ｌが数十〜数百μｍ変化し、カソード２とグリッド３との間の静電容量が変化するため、入力空胴５の共振周波数が変動する。
【０００６】
入力空胴の共振周波数を調整する方法として、例えば特開平７−１９２６４２号公報図５（特許文献１参照）では、ソースの周波数に共鳴するカップラがＤＣに対して相互に絶縁された一対の同軸の、金属製管を含み、共振周波数の変化手段が金属製管の間で横方向に移動可能な金属製プレートを含む高周波数真空管が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１９２６４２号公報（第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、金属製プレートの位置を移動させるために、カップラの外部からカップラの外壁を貫通し金属製プレートと一体となった機械的な操作機構を設けているため、金属プレートの移動の繰り返しにより、カップラの気密性が劣化し、真空度が低下する課題がある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、カソードの位置を電気的な駆動手段にて移動させて、カソードとグリッドとの間隔を調整することにより、入力空胴の共振周波数を調整する電子管を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る電子管は、支持体で固定され、電子ビームを放出するカソードと、このカソードを加熱するヒータと、前記カソードから放出された電子ビームをアノードで加速させてから捕捉するコレクタと、前記アノードと前記カソードとの間に介在し、電子ビームの放出量を調整するグリッドと、電力供給端子から入力された高周波信号周波数に共振させ、前記支持体の一方側を空胴壁とし、内部に前記カソードと前記グリッドとを密閉空間で囲んだ入力空胴と、前記支持体の他方側に設けられ、制御信号発生手段から供給される電圧で前記支持体を伸縮動作させ、前記カソードを電子ビームの放出方向側に可逆的に移動させることで、前記カソードと前記グリッドとの間隔を変化させ、前記入力空胴の共振周波数を調整する圧電素子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
カソードの位置を圧電素子のピエゾ効果による伸縮動作を用いて可逆的に移動させることにより、電気的にカソードとグリッドとの間隔を調整するようにしたので、カソードの位置の操作機構に機械的な可動部がなく、精度良く共振周波数が調整される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＩＯＴの動作原理を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電子管の電子銃の構造及び圧電素子の制御方法を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２における電子管の電子銃の構造及び圧電素子の制御方法を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態３における電子管の電子銃の冷却方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１における電子管の電子銃の構造及び圧電素子の制御方法を示す説明図である。図２において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１４】
図２において、２１は入力される電圧で発生するピエゾ効果により伸縮動作をする圧電セラミックス（圧電素子）であり、例えば電圧１００Ｖあたり５０μｍの変位量を示す。２２はカソード２を支持し圧電セラミックス２１と接続する棒状のカソードロッド（支持体）、２３はＩＯＴ内部の真空を維持しながらカソードロッド２２の可逆的な移動と共にスムーズに伸縮するベローズ、２４は入力空胴５とカソードロッド２２を同軸に保ちながらカソードロッド２２を可逆的に移動可能とするガイドである。
【００１５】
３０は高周波信号源７からの高周波信号の進行波電力の一部を結合端子３０ａから出力する高周波伝送線路８に設けられた第１のカップラ、３１は入力空胴５から反射した高周波信号の反射波電力の一部を結合端子３１ａから出力する高周波伝送線路８に設けられた第２のカップラである。
【００１６】
３２は制御信号発生部（制御信号発生手段）であり、第１のカップラ３０の結合端子３０ａから出力された進行波電力と第２のカップラ３１の結合端子３１ａから出力された反射波電力が入力され、進行波電力に対する反射波電力の電力比をデジタル信号で出力する比較回路３３と、比較回路３３から出力される電力比に基づき圧電セラミックス２１を伸縮動作させる電圧をデジタル信号で出力する演算回路３４と、演算回路３４から出力されるデジタル信号を直流電圧に変換するＤ／Ａ変換回路３５とを備えている。
【００１７】
３６は、Ｄ／Ａ変換回路３５から出力される直流電圧を光信号に変換するＥ／Ｏ変換回路、３７は光ファイバ、３８はＥ／Ｏ変換回路３６から出力され光ファイバ３７を伝送してきた光信号を直流電圧に変換するＯ／Ｅ変換回路、３９はＯ／Ｅ変換回路３８から出力される直流電圧を圧電セラミックス２１へ伝送する信号線路である。
【００１８】
次に動作について説明する。入力空胴５の共振周波数は、高周波信号源７から出力される高周波信号の周波数に一致するように構成されており、高周波信号源７から出力される高周波信号の進行波電力は、ループアンテナ９を介して入力空胴５に供給される。
【００１９】
カソードが加熱され１０００度程度の高温度になると、この熱の影響によりグリッド３が変形しカソード２とグリッド３との間隔Ｌが数十〜数百μｍ変化し、カソード２とグリッド３との間の静電容量が変化するので入力空胴５の共振周波数が変動する。その結果、高周波信号源７からの高周波信号の進行波電力の一部が反射波電力としてループアンテナ９から高周波信号源７の方向へ反射する。
【００２０】
このような状態において、第１のカップラ３０にて前記進行波電力の一部を結合端子３０ａから出力し、第２のカップラ３１にて前記反射波電力の一部を結合端子３１ａから出力し比較回路３３に入力する。比較回路３３では、前記進行波電力に対する前記反射波電力の電力比をデジタル信号として演算回路３４に出力する。演算回路３４では、比較回路３３から出力される電力比が所定の値以下、例えば−４０ｄＢ以下になるように圧電セラミックス２１を伸縮動作させる電圧をデジタル信号として出力する。演算回路３４から出力されたデジタル信号はＤ／Ａ変換回路３５にて直流電圧に変換される。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換回路３５から出力された直流電圧は、Ｅ／Ｏ変換回路３６にて光信号に変換され、光ファイバ３７を通してＯ／Ｅ変換回路３８に伝送され、Ｏ／Ｅ変換回路３８にて直流電圧に復元される。Ｏ／Ｅ変換回路３８にて復元された直流電圧は信号線路３９を通して圧電セラミックス２１に供給され、この直流電圧に従って圧電セラミックス２１はピエゾ効果により伸縮動作をし、カソードロッド２２を介して接続されたカソード２の位置を可逆的に移動させ、カソード２とグリッド３との間隔Ｌを調整し、入力空胴５の共振周波数が高周波信号源７からの高周波信号の周波数に一致するように調整される。
【００２２】
このような構成によれば、カソード２の移動機構は電気的な方式としたため機械的な可動部はなく、移動するカソード２と入力空胴５との気密性は伸縮自在なベローズ２３にて保たれているので、カソード２の可逆的な移動の繰り返しにより、気密性が劣化することはない。また、圧電セラミックス２１への制御電圧供給経路は光ファイバ３７にて絶縁しているので、入力空胴５に印加されている数十〜数百ｋＶの高電圧がＥ／Ｏ変換回路３６の光信号出力端子に印加されることはなく信頼性が向上する。さらに、圧電セラミックス２１はｎｍ（ナノメートル）単位で伸縮動作が制御されるので、高精度な周波数調整が実施される。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態１では、光ファイバを介して圧電セラミックスに直流電圧を供給しカソードの位置を移動させたが、絶縁トランスを介して圧電セラミックスに直流電圧を供給しても良い。図３は、この発明の実施の形態２における電子管の電子銃の構造及び圧電素子の制御方法を示す説明図である。図３において、図２と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図３において、４１はＤ／Ａ変換回路３５から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流・交流変換回路、４２は伝送線路、４３は伝送線路内に設けられた絶縁トランス、４４は交流電圧を直流電圧に変換する交流・直流変換回路である。
【００２５】
次に動作について説明する。この発明の実施の形態２において、Ｄ／Ａ変換回路３５から出力された直流電圧は、直流・交流変換回路４１にて交流電圧に変換され、絶縁トランス４３を介した伝送線路４２を通して交流・直流変換回路４４に伝送され、交流・直流変換回路４４にて直流電圧に復元される。交流・直流変換回路４４にて復元された直流電圧は信号線路３９を通して圧電セラミックス２１に供給され、この直流電圧に従って圧電セラミックス２１はピエゾ効果により伸縮動作をし、カソードロッド２２を介して接続されたカソード２の位置を可逆的に移動させ、カソード２とグリッド３との間隔Ｌを調整し、入力空胴５の共振周波数が高周波信号源７からの高周波信号の周波数に一致するように調整される。
【００２６】
このような構成によれば、カソード２の移動機構は電気的な方式としたため機械的な可動部はなく、移動するカソード２と入力空胴５との気密性は伸縮自在なベローズ２３にて保たれているので、カソード２の可逆的な移動の繰り返しにより、気密性が劣化することはない。また、圧電セラミックス２１への制御電圧供給経路は絶縁トランス４３にて絶縁しているので、入力空胴５に印加されている数十〜数百ｋＶの高電圧が直流・交流変換回路４１の交流電圧出力端子に印加されることはなく信頼性が向上する。さらに、圧電セラミックス２１はｎｍ（ナノメートル）単位で伸縮動作が制御されるので、高精度な周波数調整が実施される。
【００２７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３における電子管の電子銃の冷却方法を示す説明図である。図４において、図２と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図４において、５０はカソードロッド２２の内部に設けられ空胴に冷媒が流れ、冷媒の流入部がカソードロッド２２の圧電セラミックス２１との接続部付近に設けられ、冷媒の流出部が前記接続部と反対の位置に設けられた冷却管である。５１は冷却管５０へ冷媒を流入させる流入管、５２は冷却管５０から冷媒を流出させる流出管である。なお、冷却管５０と流入管５１及び流出管５２との接続はフレキシブルジョイント等の柔軟性のある継手を用い、カソードロッド２２の可逆的な移動に支障がないようにしている。
【００２８】
このように構成することにより、実施の形態１、２の作用効果に加えて、カソードロッド２２は圧電セラミックス２１との接続部において十分冷却され、圧電セラミックス２１の温度上昇が抑制されるため、信頼性が向上する。なお、冷媒は液体、気体のいずれでも良い。
【符号の説明】
【００２９】
１  電子銃
２  カソード
３  グリッド
４  ヒータ
５  入力空胴
６  ヒータ電源
７  高周波信号源
８  高周波伝送線路
９  ループアンテナ
１０  電子ビーム
１１  アノード
１２  高電圧電源
１３  絶縁部品
１４  ボディ部
１５  出力空胴
１６  出力窓
１７  コレクタ
２１  圧電セラミックス（圧電素子）
２２  カソードロッド（支持体）
２３  ベローズ
２４  ガイド
３０  第１のカップラ
３１  第２のカップラ
３２  制御信号発生部（制御信号発生手段）
３３  比較回路
３４  演算回路
３５  Ｄ／Ａ変換回路
３６  Ｅ／Ｏ変換回路
３７  光ファイバ
３８  Ｏ／Ｅ変換回路
３９  信号線路
４１  直流・交流変換回路
４２  伝送線路
４３  絶縁トランス
４４  交流・直流変換回路
５０  冷却管
【図１】
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【図２】
2011192455.tif 000004
【図３】
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【図４】
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