(57)【要約】【課題】不要な周波数帯域での電磁波を減衰させ、発振を確実に抑制し、安定に動作する空胴結合型進行波管を提供する。【解決手段】キャビティ４が多段に設けられ、電子銃から放射される電子ビームと相互に作用してマイクロ波を増幅する遅波回路部が形成されている。そして、多段に設けられるキャビティ４の少なくとも１個には、そのキャビティ４の内壁に連続して１または２以上の副キャビティ４ａ〜４ｃが設けられ、その副キャビティ内に分布アッテネータ１０、１０ａ、１０ｂが挿入されている。本発明では、遅波回路部８内に少なくとも２以上設けられる副キャビティ４ａ〜４ｃが、キャビティの容積が異なる２種以上の副キャビティで形成されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃と、キャビティが多段に設けられ、前記電子銃から放射される電子ビームと相互に作用して電磁波を増幅する遅波回路部とを有し、前記多段に設けられるキャビティの少なくとも１個には、該キャビティの内壁に連続すると共に、内部に分布アッテネータが挿入された１または複数の副キャビティが設けられることにより、前記遅波回路部内に少なくとも２以上の副キャビティが設けられ、該２以上の副キャビティは、キャビティの容積が異なる２種以上の副キャビティを有することを特徴とする空胴結合型進行波管。
【請求項２】
前記容積の異なる２種以上の副キャビティは、該副キャビティの内径寸法を異ならせることにより形成され、該副キャビティに挿入される分布アッテネータは、該副キャビティの異なる内径寸法にそれぞれ適合する大きさに形成されてなる請求項１記載の空胴結合型進行波管。
【請求項３】
前記容積の異なる２種以上の副キャビティは、該副キャビティの高さ寸法を異ならせることにより形成され、該副キャビティに挿入される分布アッテネータは、該副キャビティの異なる高さ寸法にそれぞれ適合する大きさに形成されてなる請求項１または２記載の空胴結合型進行波管。
【請求項４】
前記副キャビティの内壁に金属板が設けられることにより、前記副キャビティの内径寸法の異なる副キャビティが形成されてなる請求項２記載の空胴結合型進行波管。
【請求項５】
前記副キャビティの底面に金属板が設けられることにより、前記副キャビティの高さ寸法の異なる副キャビティが形成されてなる請求項３記載の空胴結合型進行波管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームと相互に作用してマイクロ波などの電磁波を増幅する遅波回路部が空胴結合型遅波回路からなる空胴結合型進行波管に関する。さらに詳しくは、空胴結合型遅波回路を構成する少なくとも１個のキャビティの内壁に連続して設けられ、不要な周波数帯の電磁波を吸収するための副キャビティおよびその副キャビティ内に挿入される分布アッテネータの構成を改良した空胴結合型進行波管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の空胴結合型進行波管の一例である構成の概要を示す図である。図４において、１は電子銃部、２はポールピース、３はビーム集束用マグネット、４はキャビティ、５はコレクタ部、６は入力端子、７は出力端子、８は遅波回路部、９は無反射終端減衰器をそれぞれ示す。
【０００３】
電子銃部１から放射される電子ビームは、ポールピース２、ビーム集束用マグネット３、キャビティ４を多段に組み合せて構成される遅波回路部８でマイクロ波などの電磁波と相互に作用して、電磁波を増幅する。遅波回路部８を通り抜けて不要になった電子ビームは、コレクタ部５により捕捉される。遅波回路部８は、外部回路の不整合や遅波回路部８での不整合などが生じた場合においても、発振防止、安定動作のために無反射終端減衰器９によって終端させている。
【０００４】
進行波管は、前述のように、遅波回路部８により伝搬速度が遅くなって進行する電磁波とほぼ等しい速度で進行する電子流とが相互に作用することによって増幅作用が得られる。この電磁波の位相速度は、たとえば図５のＰで示されるように、周波数によって変り、また、電子流の速度はＱで示されるように、印加されるビーム電圧によってほぼ直線的に変化する。この両者が重なっている部分、すなわち両者の速度がほぼ等しい部分（動作領域として示した部分）では、前述のように増幅作用をするが、両者が等しくなくなる部分、たとえば電磁波の周波数がずれた部分（発振領域として示した部分）では増幅作用が得られず、進行波管としての動作はせず、逆に発振の原因となり好ましくない。
【０００５】
一方、遅波回路部の周波数に対する利得特性（減衰特性）は、図６のパターンＣで示されるように、図５の動作領域の周波数帯域で共振するようにキャビティ４が形成されているが、実際には反射波などの影響により図６のパターンＡで示されるように、動作領域より高い周波数帯域の電磁波も混在し、これらの周波数帯域の電磁波は発振を引き起こすという問題がある。
【０００６】
そのため、これらの不要な周波数帯域の電磁波を減衰させるため、図７に、図４の遅波回路部８を構成する１個のキャビティ部分における構造の概要が示されるように、キャビティ４に１または複数個の副キャビティ４ａを形成し、その中にキャビティ内発振防止用の分布アッテネータ１０を挿入することにより、不要な周波数帯の電磁波を共振させながら減衰させて、その利得をなくするように構成されている。なお、図６において、パターンＡは、キャビティ４のみで、副キャビティ４ａおよび分布アッテネータ１０を設けない場合の例である。
【０００７】
このような目的で、従来の空胴結合型進行波管では、遅波回路部８のキャビティ内に、管球１本当り数十個の発振防止用の副キャビティ４ａおよび分布アッテネータ１０が設けられている。分布アッテネータ１０は、たとえば誘電率の異なる各種のセラミックスや金属の粉末を混合して焼結したもので、その混合割合により誘電率を変えたり、分布アッテネータ１０の底面中心部を削り取る研削量を変えたものなどを数種類用いることなどにより、不要で減衰させる周波数帯の調整を行っていた。すなわち、副キャビティ４ａおよび分布アッテネータ１０全体のインダクタンスをＬ、容量をＣとすると、共振周波数ｆが
ｆ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝　　　（１）
で表されるため、分布アッテネータ１０の成分比を変えたり、高さ方向の寸法を変えてＣを変化させ、また、径方向の寸法を変えてＬを変化させることにより、減衰させたい周波数で共振させることにより不要周波数帯の電磁波を減衰させることができるからである。
【０００８】
そして、この共振周波数の異なる分布アッテネータを種々設けることにより不要の広い周波数帯で減衰させるように構成されている。しかし、従来のこの種の空胴結合型進行波管では、数十個設けられる副キャビティ４ａの内径および高さは全て同じ寸法で形成されており、その中に挿入される分布アッテネータ１０の外径および高さ寸法も全て同一寸法に形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、不要な周波数帯の電磁波を減衰させるため、副キャビティ内の分布アッテネータの成分を変えたものや、分布アッテネータの研削量を変えたものなどを複数種類用い、不要な周波数帯のできるだけ広い範囲での減衰が試みられているが、分布アッテネータのみによる共振周波数の調整であるため、不要な周波数帯の電磁波を完全には減衰させることができず、図６に示されるパターンＢのように、動作周波数帯域外の周波数の電磁波が存在する場合があり、発振を引き起こすことがあるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、不要な周波数帯域での電磁波を減衰させ、発振を確実に抑制し、安定に動作する空胴結合型進行波管を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による空胴結合型進行波管は、電子銃と、キャビティが多段に設けられ、前記電子銃から放射される電子ビームと相互に作用して電磁波を増幅する遅波回路部とを有し、前記多段に設けられるキャビティの少なくとも１個には、該キャビティの内壁に連続すると共に、内部に分布アッテネータが挿入された１または複数の副キャビティが設けられることにより、前記遅波回路部内に少なくとも２以上の副キャビティが設けられ、該２以上の副キャビティは、キャビティの容積が異なる２種以上の副キャビティを有することを特徴とする。
【００１２】
この構成にすることにより、遅波回路部内に設けられる複数個の副キャビティが、その内径や高さなどキャビティの容積が異なる複数種類の副キャビティからなっているため、容積の異なる副キャビティは、その内部に挿入される分布アッテネータの誘電率などの変化だけより遥かに顕著に共振周波数が変化し、不要周波数帯の広い範囲で確実に減衰させることができる。その結果、発振などを引き起こすことなく、所望の周波数帯域でのみ増幅することができる。
【００１３】
具体的には、前記容積の異なる２種以上の副キャビティは、該副キャビティの内径寸法または高さ寸法を異ならせることにより形成され、該副キャビティに挿入される分布アッテネータは、該副キャビティの異なる内径寸法や高さ寸法に適合する大きさに形成される。さらに具体的には、前記副キャビティの内壁に金属板が設けられたり、前記副キャビティの底面に金属板が設けられることにより、前記副キャビティの内径寸法や高さ寸法の異なる副キャビティが形成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の空胴結合型進行波管について説明をする。本発明による空胴結合型進行波管は、図１にその一実施形態である、遅波回路部の一部拡大断面説明図が示されるように、キャビティ４が多段に設けられ、電子銃部から放射される電子ビームと相互に作用して電磁波を増幅する遅波回路部８が形成されている。そして、多段に設けられるキャビティ４の少なくとも１個には、そのキャビティ４の内壁に連続して１または２以上の副キャビティ４ａ〜４ｃが設けられ、その副キャビティ４ａ〜４ｃ内に分布アッテネータ１０、１０ａ、１０ｂが挿入されている。本発明では、遅波回路部８内に少なくとも２以上設けられる副キャビティ４ａ〜４ｃが、キャビティの容積が異なる２種以上の副キャビティで形成されていることに特徴がある。
【００１５】
本発明による空胴結合型進行波管は、図４で説明したように、電子銃部１と、遅波回路部８と、コレクタ部５とからなっており、遅波回路部８は、キャビティ４、ポールピース２およびマグネット３が多段に設けられることにより構成され、入力端子６から入力されるマイクロ波などの電磁波が遅波回路部８を通りながら、電子銃部１から電子放射される電子ビームと相互作用をして増幅され、出力端子７から出力される構成は従来技術で説明した構成と同じである。なお、図４に示される無反射終端器９も、たとえば１つのキャビティ４内に同様に設けられるが、これは、進行波管の負荷（外部回路）側からの不整合による反射波や遅波回路部８自体での反射波が入力側に帰還すると発振するため、それらの反射波を減衰させるものである。本発明では、各キャビティ４に設けられる副キャビティの構造に特徴があり、遅波回路部８の一部のキャビティ４部分を拡大して図１に示してある。
【００１６】
図１に示される例では、１個のキャビティ４に２個の副キャビティ４ａ〜４ｃが設けられ、そのうちの１個のキャビティ４に設けられる２個のキャビティを他の副キャビティ４ａと容積が異なる副キャビティ４ｂ、４ｃで形成された例として示されている。しかし、各キャビティ４のそれぞれに副キャビティが設けられる必要はないし、１個のキャビティ４に１個または３個以上の複数の副キャビティが設けられる構造でもよい。そして、容積の異なる副キャビティ４ｂ、４ｃは、１個のキャビティで容積が異なる必要はなく、遅波回路部８全体で容積の異なる副キャビティ４ｂ、４ｃが設けられていればよい。なお、図１において、１２は多段に形成される各キャビティ４をそれぞれ結合するためのカップリング孔である。
【００１７】
図１において、４ｂは内径寸法を小さくした副キャビティ、４ｃは高さ寸法を小さくした副キャビティ、１０ａは内径寸法を変化させた副キャビティ４ｂに適合させた外形寸法を有する分布アッテネータ、１０ｂは高さ寸法を変化させた副キャビティ４ｃに適合させた高さを有する分布アッテネータである。４ａは内径および高さの両方とも変化させない従来構造の副キャビティを示し、１０はその内部に挿入された分布アッテネータである。
【００１８】
内径寸法を小さくした副キャビティ４ｂは、図２に１個のキャビティ４部分の斜視説明図が示されるように、副キャビティ４ｂの内壁に金属板１１ａが配置されることにより、副キャビティ４ｂの径が小さくされている。そして、その副キャビティ４ｂ内に、誘電体の焼結体である分布アッテネータ１０ａが、副キャビティ４ｂの内径に合せた外径で形成されて挿入されている。そのため、従来の分布アッテネータ１０ａより細く形成されている。
【００１９】
また、高さ寸法を小さくした副キャビティ４ｃは、図３に図２と同様の斜視説明図が示されるように、副キャビティ４ｃの底面に金属板１１ｂが配置されることにより、副キャビティ４ｃの高さが小さくされている。そして、その副キャビティ４ｃ内に、誘電体の焼結体である分布アッテネータ１０ｂが、副キャビティ４ｃの高さに合せた高さで形成されて挿入されている。そのため、従来の分布アッテネータ１０ａより短く形成されている。
【００２０】
このように、従来と同じ形状の副キャビティの内壁または底面に金属板を配置することにより、副キャビティの大きさを変えたキャビティを何種類も製造しなくても、簡単に副キャビティの容積を変化させることができるので、製造上のコストアップを防止することができる。しかし、容積を異ならせる副キャビティは、この例に限定されるものではなく、それぞれのキャビティに異なる大きさの副キャビティを形成してもよく、また、従来の副キャビティより大き目の副キャビティを全てのキャビティに形成しておき、従来の大きさの副キャビティにするのに、金属板を挿入することにより形成してもよい。このようにすれば、従来よりも容量の大きい副キャビティを形成することもできる。
【００２１】
副キャビティの内径を小さくすると、副キャビティ自身および分布アッテネータの径の変化により、前述の式（１）におけるＬが小さくなり、内径を大きくすると逆にＬが大きくなる。また、副キャビティの高さを小さくすると副キャビティおよび分布アッテネータの両方により、前述の式（１）のＣが大きく変化する。そのため、式（１）で示される副キャビティの共振周波数を、従来の分布アッテネータのみの変更によるよりも、遥かに顕著に変化させることができる。
【００２２】
以上のように、副キャビティの内径および高さを変え、かつ、それぞれの副キャビティに適合した外径および高さ寸法の分布アッテネータを組み込むことによって、副キャビティの共振周波数の調整範囲を自在に変化させることができる。もちろん従来の分布アッテネータの材質を変更したり、一部を研削した分布アッテネータを使用して、さらに共振周波数を変化させることもできるため、副キャビティの容積変化と共に、従来のこれらの対策を併用することもできる。
【００２３】
これらの共振周波数を変えたものを種々形成し、前述の図６に示されるような発振帯域の周波数帯をカバーするように、複数の共振周波数を設定した副キャビティを遅波回路部８内の適切な位置に設けることにより、周波数の調整範囲が広くなり、不要な周波数帯のマイクロ波などを完全に減衰させることができる。その結果、図６に示されるパターンＣのような所望の周波数帯域以外の周波数帯を減衰させたマイクロ波などが得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、遅波回路部内に、異なった容積の副キャビティおよびそれぞれの副キャビティに適合した大きさ、形状を有する分布アッテネータが設けられることにより、不要電磁波を減衰させるようにしているため、減衰させる周波数帯への調整範囲を広くすることができ、不要な周波数帯をほぼ完全に減衰させることができ、発振を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空胴結合型進行波管の一実施形態におけるキャビティ部の部分拡大説明図である。
【図２】図１に示される副キャビティの一例を示す斜視説明図である。
【図３】図１に示される副キャビティの他の例を示す斜視説明図である。
【図４】空胴結合型進行波管の構成説明図である。
【図５】空胴結合型進行波管の電磁波の位相速度と電子ビームの速度との関係を示す図である。
【図６】空胴結合型進行波管の周波数に対する減衰（利得）の関係を示す図である。
【図７】従来の空胴結合型進行波管の副キャビティの構造例を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
１　　電子銃部
２　　ポールピース
３　　ビーム集束用マグネット
４　　キャビティ
４ａ〜４ｃ　　副キャビティ
５　　コレクタ部
８　　遅波回路部
１０、１０ａ、１０ｂ　　分布アッテネータ
１１ａ、１１ｂ　　金属板
【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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