(57)【要約】インダクティブ出力管（ＩＯＴ）は１０００ＭＨｚを超える周波数で動作する。出力窓を設けることでＩＯＴの真空部をＩＯＴの大気圧部から分離し、この出力窓は冷却用空気マニホールドに囲まれており、該マニホールドは、吸気ポートと、冷却用空気が該吸気ポートからマニホールドを通ってＩＯＴの前記大気圧部へと移動するように複数の開口部とを含む。出力空洞は、冷却液入力ポートと、冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用円形通路と、下部冷却液用円形通路から冷却液を受け入れるように接続した垂直方向の冷却液用通路と、垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用円形通路と、上部冷却液用円形通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートを含む。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ＲＦ信号を出力ＲＦ信号に増幅するように構成され、該入力ＲＦ信号及び出力ＲＦ信号が１０００ＭＨｚを超える同一の所定周波数範囲を有するものとされるインダクティブ出力管（ＩＯＴ）であって、
線状電子ビームを発するように構成したカソードと、
非電子放射材料からなるグリッドであって、前記入力ＲＦ信号が前記カソードとグリッドとの間に印加された場合に前記ビームを密度変調するように構成したグリッドと、
前記カソードとともに前記ビームを加速させる電界を生成するように構成したアノードと、
使用したビームを受けるように構成したコレクタと、
前記入力ＲＦ信号の周波数に共振する出力空洞であって、前記アノードと前記コレクタとの間に位置する出力空洞と、
前記出力空洞からの前記出力ＲＦ信号を負荷に結合させるように構成した結合器と、を備えるＩＯＴ。
【請求項２】
前記結合器は、ＩＯＴの真空部をＩＯＴの大気圧部から分離する出力窓をさらに備え、前記出力窓は冷却用空気マニホールドに囲まれており、該マニホールドは、吸気ポートと、冷却用空気が該吸気ポートからマニホールドを通ってＩＯＴの大気圧部へと移動するように複数の開口部とを含む、請求項１に記載のＩＯＴ。
【請求項３】
ＩＯＴの前記大気圧部が円形導波管の一部を含んでなる、請求項２に記載のＩＯＴ。
【請求項４】
前記出力窓がアルミナを含む、請求項３に記載のＩＯＴ。
【請求項５】
前記出力空洞は、
冷却液入力ポートと、
前記冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用通路と、
前記下部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した１つ以上の垂直方向の冷却液用通路と、
前記１つ以上の垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用通路と、
前記上部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートとをさらに備える、請求項１に記載のＩＯＴ。
【請求項６】
前記下部冷却液用通路と前記上部冷却液用通路を接続する、前記垂直方向の冷却液用通路が１つのみである、請求項５に記載のＩＯＴ。
【請求項７】
前記出力空洞は、
冷却液入力ポートと、
前記冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用通路と、
前記下部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した１つ以上の垂直方向の冷却液用通路と、
前記１つ以上の垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用通路と、
前記上部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートとをさらに備える請求項４に記載のＩＯＴ。
【請求項８】
前記下部冷却液用通路と前記上部冷却液用通路を接続する、前記垂直方向の冷却液用通路が１つのみである、請求項７に記載のＩＯＴ。
【請求項９】
前記上部冷却液用通路及び前記下部冷却液用通路が円形状である、請求項５に記載のＩＯＴ。
【請求項１０】
前記上部冷却液用通路及び前記下部冷却液用通路が円形状である、請求項７に記載のＩＯＴ。
【請求項１１】
前記コレクタが一段のコレクタである、請求項７に記載のＩＯＴ。
【請求項１２】
前記コレクタが多段の電位降下型コレクタである、請求項７に記載のＩＯＴ。
【請求項１３】
入力ＲＦ信号を出力ＲＦ信号に増幅するように構成され、該入力ＲＦ信号及び出力ＲＦ信号が１０００ＭＨｚを超える同一の所定周波数範囲を有するものとされるインダクティブ出力管（ＩＯＴ）であって、
線状電子ビームを発するように構成したカソードと、
非電子放射材料からなり前記ビームを密度変調するように構成したグリッドであって、前記カソードから発する電子が前記入力ＲＦ信号の４分の１の周期内に走行可能な距離以内にグリッドが前記カソードから離れて位置するとともに、前記入力ＲＦ信号を前記カソードとグリッドとの間に印加するように構成したグリッドと、
前記カソードとともに前記ビームを加速させる電界を生成するように構成したアノードと、
使用したビームを受けるように構成したコレクタと、
前記入力ＲＦ信号の周波数に共振する出力空洞であって、前記アノードと前記コレクタとの間に位置する出力空洞と、
前記出力空洞からの前記出力ＲＦ信号を負荷に結合させるように構成した結合器であって、該結合器がＩＯＴの真空部をＩＯＴの大気圧部から分離する出力窓を有し、該出力窓は冷却用空気マニホールドに囲まれており、該マニホールドは、吸気ポートと、冷却用空気が該吸気ポートからマニホールドを通ってＩＯＴの大気圧部へと移動するように複数の開口部とを含むようにした結合器とを、備えるＩＯＴ。
【請求項１４】
ＩＯＴの前記大気圧部は円形導波管の一部を含んでなる、請求項１３に記載のＩＯＴ。
【請求項１５】
前記出力窓がアルミナを含む、請求項１３に記載のＩＯＴ。
【請求項１６】
前記出力空洞は、
冷却液入力ポートと、
前記冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用通路と、
前記下部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した垂直方向の冷却液用通路と、
前記垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用通路と、
前記上部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートとを備える、請求項１３に記載のＩＯＴ。
【請求項１７】
前記上部冷却液用通路及び前記下部冷却液用通路がほぼ円形状である、請求項１６に記載のＩＯＴ。
【請求項１８】
前記コレクタが一段のコレクタである、請求項１６に記載のＩＯＴ。
【請求項１９】
前記コレクタが多段の電位降下型コレクタである、請求項１６に記載のＩＯＴ。
【請求項２０】
入力ＲＦ信号を出力ＲＦ信号に増幅するように構成され、該入力ＲＦ信号及び出力ＲＦ信号が１０００ＭＨｚを超える同一の所定周波数範囲を有するものとされるインダクティブ出力管（ＩＯＴ）であって、
線状電子ビームを発するように構成したカソードと、
非電子放射材料からなるグリッドであって、前記ビームを密度変調するように構成され、前記カソードから発する電子が前記入力ＲＦ信号の４分の１の周期内に走行可能な距離以内にグリッドが前記カソードから離れて位置するとともに、グリッド及びカソードが前記入力ＲＦ信号を受けるように構成したグリッドと、
前記カソードとともに前記ビームを加速させる電界を生成するように構成したアノードと、
前記ビームを受けるように構成したコレクタと、
前記入力ＲＦ信号の周波数に共振する出力空洞であって、前記グリッドと前記コレクタとの間に位置するとともに、
冷却液入力ポートと、
前記冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用円形通路と、
前記下部冷却液用円形通路から冷却液を受け入れるように接続した垂直方向の冷却液用通路と、
前記垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用円形通路と、
前記上部冷却液用円形通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートとを含む出力空洞と、
前記出力空洞からの前記出力ＲＦ信号を負荷に結合させるように構成した結合器と、を備えるＩＯＴ。
【請求項２１】
前記コレクタが一段のコレクタである、請求項２０に記載のＩＯＴ。
【請求項２２】
前記コレクタが多段の電位降下型コレクタである、請求項２０に記載のＩＯＴ。
【請求項２３】
入力ＲＦ信号を出力ＲＦ信号に増幅するように構成され、該入力ＲＦ信号及び出力ＲＦ信号が１０００ＭＨｚを超える同一の所定周波数範囲を有するものとされるインダクティブ出力管（ＩＯＴ）であって、
線状電子ビームを発するように構成したカソードと、
非電子放射材料からなるグリッドであって前記ビームを密度変調するように構成され、前記カソードから発する電子が前記入力ＲＦ信号の４分の１の周期内に走行可能な距離以内にグリッドが前記カソードから離れて位置するとともに、ＩＯＴが前記カソードとグリッドとの間に印加される前記入力ＲＦ信号を有するように構成したグリッドと、
前記カソードとともに前記ビームを加速させる電界を生成するように構成したアノードと、
使用したビームを受けるように構成したコレクタと、
前記入力ＲＦ信号の周波数に共振する出力空洞であって、前記グリッドと前記コレクタとの間に位置する出力空洞と、
前記出力空洞からの前記出力ＲＦ信号を負荷に結合させるように構成した結合器と、
ＩＯＴの真空部をＩＯＴの大気圧部から分離する出力窓とを備えるＩＯＴ。
【請求項２４】
前記コレクタが一段のコレクタである、請求項２３に記載のＩＯＴ。
【請求項２５】
前記コレクタが多段の電位降下型コレクタである、請求項２３に記載のＩＯＴ。
【請求項２６】
前記出力窓が冷却用空気マニホールドで囲まれており、該マニホールドは吸気ポートと、冷却用空気が該吸気ポートからマニホールドを通ってＩＯＴの前記大気圧部へと移動するように複数の開口部とを含む、請求項２３に記載のＩＯＴ。
【請求項２７】
前記出力空洞は、
冷却液入力ポートと、
前記冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用通路と、
前記下部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した垂直方向の冷却液用通路と、
前記垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用通路と、
前記上部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートとを備える請求項２３に記載のＩＯＴ。
【請求項２８】
前記出力空洞は可撓性の気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項１に記載のＩＯＴ。
【請求項２９】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項２８に記載のＩＯＴ。
【請求項３０】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項２８に記載のＩＯＴ。
【請求項３１】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項７に記載のＩＯＴ。
【請求項３２】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項３１に記載のＩＯＴ。
【請求項３３】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項３１に記載のＩＯＴ。
【請求項３４】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項１３に記載のＩＯＴ。
【請求項３５】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項３４に記載のＩＯＴ。
【請求項３６】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項３４に記載のＩＯＴ。
【請求項３７】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項１６に記載のＩＯＴ。
【請求項３８】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項３７に記載のＩＯＴ。
【請求項３９】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項３７に記載のＩＯＴ。
【請求項４０】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項２０に記載のＩＯＴ。
【請求項４１】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項４０に記載のＩＯＴ。
【請求項４２】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項４０に記載のＩＯＴ。
【請求項４３】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項２３に記載のＩＯＴ。
【請求項４４】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項４３に記載のＩＯＴ。
【請求項４５】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項４３に記載のＩＯＴ。
【請求項４６】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項２６に記載のＩＯＴ。
【請求項４７】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項４６に記載のＩＯＴ。
【請求項４８】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項４６に記載のＩＯＴ。
【請求項４９】
前記出力空洞は真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、前記出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされた、請求項２７に記載のＩＯＴ。
【請求項５０】
前記チューニング制御部がねじを含む、請求項４９に記載のＩＯＴ。
【請求項５１】
前記ダイヤフラムの移動により、前記出力空洞が共振するときの周波数が変化する、請求項４９に記載のＩＯＴ。
【請求項５２】
入力ＲＦ信号を出力ＲＦ信号に増幅するように構成され、該入力ＲＦ信号及び出力ＲＦ信号が１０００ＭＨｚを超える同一の所定周波数範囲を有するものとされるインダクティブ出力管（ＩＯＴ）であって、
線状電子ビームを発する手段と、
前記ビームを密度変調する手段と、
前記ビームを加速させる手段と、
使用したビームを受ける手段と、
前記出力ＲＦ信号を負荷に結合させる手段と、を備えるＩＯＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、インダクティブ（誘導性）出力管に関する。特に、本発明は、Ｌバンド周波数範囲で動作するように構成したインダクティブ出力管に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０代後半から、インダクティブ出力管（「ＩＯＴ」としても知られ、そのブランドは商標「Ｋｌｙｓｔｒｏｄｅ（登録商標）」でＥｉｍａｃ社が販売している）は典型的には１００ＭＨｚ乃至９００ＭＨｚの範囲で動作する、ＵＨＦ周波数範囲における放送、応用科学、及び産業用途で実用的なデバイスとして確立された。クライストロンに比べてＩＯＴは、その低いゲインを優れた効率及び直線性によって補い、パワー能力及びゲインに関して、電子デバイスファミリーで類縁のデバイスとされる四極管を凌ぐ性能を持つ。しかしながら、走行時間効果（ｔｒａｎｓｉｔ  ｔｉｍｅ  ｅｆｆｅｃｔ）により、ＩＯＴの実用的な周波数範囲が１０００ＭＨｚよりも低く制限されると考えられてきた。１０００ＭＨｚは越え難い閾値であって、これを超えると基本周波数増幅器としてのＩＯＴの性能は急速に低下してしまうというのが業界での共通認識であった。
【０００３】
図１は、従来技術による代表的なＩＯＴ１０を簡略化した電子回路図である。グランド（接地）電位に比して負の高電位とされるカソード１２（通常、ディスペンサ型バリウムカソード）は、電子ビーム１４を出射する。ラジオ周波数（ＲＦ）の入力源３２により給電される制御グリッド１６は、電子ビーム１４の流れを密度変調する。グランド電位とされるアノード１８は、変調された電子ビーム１４を加速させる。この変調された電子ビーム１４は、出力ギャップ２０を通過し、ここで出力電力が電子ビームから出力共振器１９へと誘導電磁場を介してとり出され、普通は同軸給電ラインである出力結合器２１に導かれる。コレクタ２２は使用した電子を受け取る。グリッドバイアス電源３０はグリッドにバイアス電圧を供給し、ライン３４とライン３８との間に位置したビーム出力電源は電子をカソードからアノードへと加速させる電力を供給し、ヒータ電圧源３６は従来の方法でカソードヒータに電力を供給する。ソレノイド磁石（図示しない）は通常、電子ビームをとり囲んで該ビームを集束させてビームの広がりを低減させる。入力回路４０については模式的に示しており、これはＩＯＴ１０に対して入力信号のインピーダンスを整合させるように作用する。
【０００４】
より高い周波数帯域でのさらなる高調波バージョンのＩＯＴを使用する構想が古くから存在した。第２高調波ＩＯＴにおいては、例えば、周波数感度の高いグリッド−カソード間回路（例えば、Ｓｈｒａｄｅｒ他による「Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｕｂｅ  ｗｉｔｈ  Ｃｌｏｓｅｌｙ  Ｓｐａｃｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  ａｎｄ  Ｎｏｎ−Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｇｒｉｄ」と題する米国特許第５，７６７，６２５号を参照）は、十分に経験を積み重ねてきたＵＨＦ放送制度で信頼性をもって未だ動作可能であって、リエントラント出力空洞は、Ｌバンド周波数での高調波に同調することができる。この取り組みの主な欠点は、低い駆動周波数が形成する電子バンチの相対長である。出力ギャップの通過中に、出力空洞のＲＦ電圧はその極性が２度変化し、つまり加速から減速への局面とその逆の局面で変化する。最大電流は減速の際に流れ、これにより所望の周波数への電力変換を保証するが、効率及びゲインを軽視して相当量の電子が加速されるために、コレクタ損失及びＸ線放射の問題を引き起こす。
【０００５】
基本周波数のＩＯＴが、その動作特性、特にその限界のグリッド−カソード間設定での動作を損なうことなく、同調可能な最高周波数を見極めるための研究が、コンピュータシミュレーション上で行われた。信頼性が証明されている既存の一次元ＩＯＴコンピュータコードを修正して、グリッド−カソード間の通過時間の影響をシミュレーションに含めるようにした。
【０００６】
最初に、ＵＨＦ放送及び科学応用分野において実績が確立されているＩＯＴ電子銃を分析し、周波数に対する電子バンチ波長及び基本ＲＦ電流の変化を調べた。このシミュレーション結果を図３に示すが、これは、クラスＢ動作での２２ｋＶのビーム電圧及び４７．４ＶのピークＲＦグリッド電圧において、周波数に対する既存のＩＯＴ銃の基本周波数電流をシミュレートしたグラフである。興味深いことに、このシミュレーションのバンチにより運ばれる実用的な基本ＲＦ電流は、約２ＧＨｚまではそれほど低下しない（図３）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、適切な動作特性をもった基本モードＬバンドＩＯＴを開発することが非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
約１０００ＭＨｚを超える周波数で動作するように構成したインダクティブ出力管（ＩＯＴ）は、線状電子ビームを発するカソードと、非電子放射材料からなりかつビームを密度変調するグリッドであって入力ＲＦ信号がカソードとグリッドとの間に印加されるグリッドと、カソードとともにビームを加速させる電界を生成するアノードと、使用したビームを受けるコレクタ（一段型でも多段電位降下（ＭＳＤＣ：Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｇｅ  Ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ  Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）型でもよい）と、入力ＲＦ信号の周波数で共振しかつアノードとコレクタとの間に位置する出力空洞と、を含む。この空洞内における相互のギャップを通過する電子は、空洞内にＲＦ場を誘起させる。ＲＦ信号に応答するカプラ（結合器）は、空洞からのＲＦ出力を負荷に結合させる。
【０００９】
本発明の一態様では出力窓を設けることで、ＩＯＴの真空部をＩＯＴの大気圧部から分離し、この出力窓は冷却用空気マニホールドに囲まれており、該マニホールドは、吸気ポートと、冷却用空気が該吸気ポートからマニホールドを通って出力窓を超えてＩＯＴの大気圧部へと移動できるように複数の開口部を含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、出力空洞は、冷却液入力ポートと、この冷却液入力ポートから冷却液を受け入れるように接続した下部冷却液用通路と、この下部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した垂直方向の冷却液用通路と、この垂直方向の冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した上部冷却液用通路と、この上部冷却液用通路から冷却液を受け入れるように接続した冷却液排出ポートと、を備える。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、出力空洞が真空気密ダイヤフラムをさらに備え、該ダイヤフラムはＩＯＴの外部で使用可能なチューニング制御部を操作することにより、出力空洞の内方及び外方に向けて移動可能とされる。このチューニング制御部はねじ内で動くボルトでよく、またダイヤフラムを出力空洞の内方又は外方に移動させる他の機械的な構成要素でもよい。このダイヤフラムの移動によって、これに対応した出力空洞の共振周波数が変化する。
【００１２】
本発明の他の態様は以下に記載されて請求され、そして本明細書の残り部分及び添付図面を参照することにより、本発明の性質及び利点をより深く理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付図面は本明細書の一部に組み入れられて該明細書を構成し、本発明の１つ以上の実施形態を示しており、以下の詳細な記載とともに、本発明の原理及び例示的な実施形態の説明に役立つものである。
【００１４】
以下の詳細な説明に記載される本発明の実施形態は、ＬバンドＩＯＴに関するものである。当業者であれば分かるように、本発明についての以下の詳細な記載は説明のためのものであって、請求項に記載された発明を如何なる意味においても限定するものではない。また、詳細な説明に記載した実施形態以外の、本発明の他の実施形態については、本開示の利益を受ける当業者に対して容易に示唆される。尚、添付図面に示した、本発明の例示的な実施形態についての詳細を参照されたい。また、必要に応じて、同一の参照符号については、図面及び以下の詳細な説明に亘り、同一又は同様の部分を参照するために使用している。
【００１５】
明確化のため、以下に記載する例示的な実施形態についての定型的な特長の全てを示し、これらを記載する訳ではない。勿論、そのような実際上の実装において、多数の実装上の仕様決定が、適用上及びビジネス上の制約などに従って、開発者の特定の目的を達成するために行われるとともに、このような特定の目的は実装形態毎に異なり、そして開発者毎に異なる。さらには、そのような開発の取り組みは複雑で時間のかかるものであるが、いずれにせよ本開示の利益を有する当業者にとっては日常の工学技術的な作業である。
【００１６】
既に検討した発見に基づき、完成した１３００ＭＨｚ／１５ｋＷの連続波ＩＯＴについて、上記した銃の構成をそのままにシミュレートした。シミュレートした本発明の一実施形態による、１３００ＭＨｚで動作する基本モードＩＯＴの、パワー出力レベル１６．４ｋＷでの結果を表１に示す。シミュレートしたＩＯＴの動作データは、下表１に示す通りである。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
従って、既存のＥＩＭＡＣ  Ｋ２シリーズのＵＨＦ用ＩＯＴを１３００ＭＨｚで動作するように修正して、これらの原理に従う試作装置を構成した。外部ＵＨＦ出力部は１３００ＭＨｚの内部共振器に置き換えた。直径が１と８分の５インチ（約４．１２７５ｃｍ）の同軸出力フィーダが用いられ、これはＬバンドのクライストロンデバイスで一般に用いられるタイプと同じ種類のアルミナ窓を含む。空洞は、以下に詳述するように水冷式とされるが、その目的は、空洞から廃熱を取り除き、そして１０００ＭＨｚを超える周波数において低周波数の場合よりも深刻な離調に対する安定性を与えることである。
【００１９】
入力回路はさらに複雑である。ＩＯＴの入力インピーダンスは１０オーム程度であり、よって入力回路は、このインピーダンスを入力フィーダのインピーダンス（通常、５０オーム）から下方に変換する必要がある。これに対してクライストロンの場合には上方への変換である。入力信号は、グランド電位から、電子銃アセンブリの高圧のＤＣ電位へと安全にかつ信頼性をもって伝送することを要する。高電圧での安全な寸法と低インピーダンスは容易に両立しない。１３００ＭＨｚのＩＯＴで用いる入力回路は、従来のＵＨＦでのＩＯＴ入力回路の修正版である。駆動信号を出力管に整合させるために、チューニングパドルを取り外してスタブチューナを追加した。これは、図８に参照符号４２で示している。
【００２０】
図４Ａ及び図４ＢはＬバンドＩＯＴ４３の外観構成を示す図であり、互いに約９０度の角度だけずらして示している。図５は、動作用に構成したＬバンドＩＯＴ４３を示す。また図６は、製品として構成されるＬバンドＩＯＴの正面図である。図５では、ＩＯＴは磁界集束回路４４の内側に取り付けられた状態で示す。上部にあるボックス４５は、従来の高圧接続部（カソード、ヒータ、グリッドバイアス、イオンゲッターポンプ）と入力回路を含む。磁気回路は図６に詳しく示すカートによって支持されており、このカートはまた冷却水接続部を含んでいる。出力結合器５４は同軸導波管変換器４７に繋がり、その上方に方向性結合器４８及び水冷負荷４９を示している（図５）。
【００２１】
図７はＩＯＴ４３の断面図である。図８はＩＯＴ４３の一体化された出力空洞５２の断面図である。図９及び図１０はＩＯＴ４３の出力空洞５２を切り欠いて示す図である。図９及び図１０は互いに約９０度の角度をもってずらして示す図である。図１１は出力結合器５４を切り欠いて示す図である。結合ループ５３は、出力空洞５２内からのＲＦエネルギーを出力結合器５４に結合させる。
【００２２】
次に図４Ａ、４Ｂ、５、６、７、８、９、１０及び１１を参照すると、ＩＯＴ４３は、該ＩＯＴ４３の長手方向の軸に対して９０度の角度で位置された出力結合器５４を含む。出力結合器５４は、フランジ５５に直径が１と８分の５インチの円形導波管とのインターフェースを与える。出力結合器５４は、１対の入力ニップル５８ａ、５８ｂによって冷却用空気が供給されるマニホールド５６を含む。このマニホールドは、アルミナの出力窓６０の周囲に形成されている。出力結合器５４の真空側６２は真空状態となっている。アルミナの出力窓６０は、出力結合器５４の大気圧側６４から真空側６２を分離する。マニホールド５６は、出力窓６０に隣接する領域にてマニホールド５６から出力結合器５４の大気圧側６４へと通じる多数の開口部５７を有する。これらの開口部は、出力窓６０に冷却用空気を吹きつけるように構成され、空気はその後、出力結合器モジュール及びこれに取り付けられた円形導波管（図示せず）に排出される。この出力窓冷却機構を設けることにより、セラミック窓の両端における温度勾配が最小化され、従って時間経過とともに窓の故障を引き起こす虞のある熱応力が低減される。
【００２３】
Ｌバンド周波数でＩＯＴ４３を動作させると、出力空洞５２の構造体にたまる廃熱量が比較的大きくなる。この廃熱を除去する効果的なメカニズムがなければ、廃熱は出力空洞５２の構造体の歪みをもたらし、その結果として出力信号には望ましくない歪みが生じる。例えば、出力空洞５２のサイズ又は形状に何らかの変化があると、この構造体の共振周波数、延いては所定の動作周波数におけるインピーダンスを変化させてしまう。こうした歪みを低減させ又は排除するために、出力空洞５２に冷却システムが設けられる。加圧した脱イオン水などの冷却液（又はその他の適切な冷却液、たとえば冷却油、空気、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールと水との混合物、脱イオン水と他の材料との混合物、又は他の周知の非腐食性冷媒など）が、入力ポート７０を介して冷却システムに供給される。ポート７０からは、冷却液が下部チャンバ７２に入り込み、ここで冷却液は下部チャンバ（円形状又は他の好適な形状に形成し得る）内を循環し、構造体から熱を除去して、ポート７４を通って垂直通路７６（好ましくは単一の垂直通路）へと流れ込み、垂直通路７６を上り、ポート７８を通って上部通路８０（円形状又は他の好適な形状に形成し得る）に流れ込み、ここで冷却液は循環して、構造体から熱を除去し、ポート８２を通って排水ポート８４から排出される。出力空洞５２の構造体は、例えば無酸素の高伝導率の銅で構成され、熱伝導率が高く腐食し難いために、出力空洞冷却システムによって廃熱を効率的に除去することができる。
【００２４】
出力空洞５２は、周波数を微調整することができる。このためにダイヤフラム８８を可撓性フランジ９０（図９及び図１０）に取り付ける。このフランジ９０は出力空洞の本体部９４との間を真空シールする。雌ねじ内で移動するボルトやその他の好適なメカニズムなどの、フランジ９０を空洞５２に向けて押し付けるための機械装置９２を用いて、フランジ８８を空洞５２へと押圧する。可撓性フランジ９０は、空洞５２から戻るダイヤフラム８８を押圧するためのバイアス要素として作用する。ダイヤフラム８８の位置調整により、空洞５２の共振周波数を微調整し、ＩＯＴ用の周波数調整を行う。ダイヤフラムに連結されて外部に取り付けられたバネなど、その他のバイアス機構を用いてもよいことは当業者には明らかである。
【００２５】
線状ビームタイプと同様に、ＬバンドＩＯＴの設計は、必要であれば複数の電源から電力供給を受ける多段の電位降下型コレクタ（ＭＳＤＣ）を用いて製造することができる。
【００２６】
本発明で用いる一体型の出力空洞５２は、その共振構造体を真空筐体の一部として含むが、ＩＯＴ用のより一般的な方法では外部調整ボックスを用いて共振周波数を調整する。この方法で比較的一定した周波数の管が得られるが、製造上のばらつきにより、所望の共振周波数とは僅かに異なる共振周波数を有する管をもたらすことがある。従って、上記に詳述したダイヤフラム及びフランジ調整システムは、ＩＯＴの共振周波数の微調整を目的として、一体型の出力空洞５２の容積を調整するために用いられる。
【００２７】
表２は、２０乃至３０ｋＷの範囲における出力電力レベルについての典型的なテスト結果を示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
これらのテスト結果は、ＩＯＴがＵＨＦバンドを超える周波数、つまり１０００ＭＨｚを超えて動作したときに初めて記録されたものである。
【００３０】
本発明の実施形態及び適用例を示して説明してきたが、本開示の利益を受ける当業者であれば、発明思想から離れることなく、上記した以上の数多くの修正が可能であることは明白である。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内とされる、これら全ての修正をその範囲内に包含する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術による典型的なＩＯＴを簡略化して示す電気回路図である。
【図２】Ｌバンド周波数で動作する、シミュレートされた第二高調波ＩＯＴについて基準位相に対するディスク速度及びディスク電流を示すヒストグラムである。
【図３】クラスＢ動作での２２ｋＶのビーム電圧及び４７．４ＶのピークＲＦグリッド電圧において、周波数に対する既存のＩＯＴ銃の基本周波数電流をシミュレートしたグラフである。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるＬバンドＩＯＴの外観構成を示す図であり、図４Ｂとは約９０°の角度でずらした図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるＬバンドＩＯＴの外観構成を示す図であり、図４Ａとは約９０°の角度でずらした図である。
【図５】本発明の一実施形態による、動作用に構成したＬバンドＩＯＴを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、製品として構成したＬバンドＩＯＴを示す正面図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＬバンドＩＯＴの断面図である。
【図８】図７に示すＩＯＴの出力空洞の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態によるＬバンドＩＯＴの出力空洞を切り欠いて示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＬバンドＩＯＴの出力空洞を切り欠いて示す図であり、図９及び図１０は約９０°の角度をもって互いにずらした図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＬバンドＩＯＴの出力結合器を切り欠いて示す図である。
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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