(57)【要約】【課題】本発明は、進行波管増幅器に関し、外部の磁界による影響を調整して、進行波管の電子ビームの集束を最良に調整できる進行波管増幅器を提供することを目的とする。【解決手段】電子銃部１１０、高周波回路部１２０、コレクタ部１３０、集束装置部１４０、などの進行波管増幅器本体の断面の外形（円形）と、磁性体のシートの磁気シールド１１の断面の外形（六角形、長方形）との違いにより生じる磁気シールド１１の内形の角部の内側の空洞部に、進行波管増幅器本体の長尺方向（軸方向）に非磁性体（例えば、アルミニウム）のパイプを貫通させた調整機構部１２を設け、この調整機構部１２に磁性体や磁石を挿入して近接する磁性体の磁界による影響を調節する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の磁界の影響を遮断するために進行波管本体を覆う磁気シールドを設けた進行波管増幅器であって、
前記進行波管の外形と前記磁気シールドの内形との違いにより生じる前記磁気シールドと前記進行波管との間の隙間に、磁界を調整するための調整機構部を設け、該調整機構部には前記進行波管の電子ビームの集束を向上させるための磁界調整素子を収容することを特徴とする進行波管増幅器。
【請求項２】
前記調整機構部は、前記進行波管の長尺方向に沿って前記隙間を貫通している非磁性体のパイプであることを特徴とする請求項１に記載の進行波管増幅器。
【請求項３】
入力が複数に等分され、それぞれに移相器と増幅器と放射素子が接続されて、全体として１つの送信装置として動作するフェーズドアレーアンテナであって、
前記増幅器は、アレー状に配設されてなる請求項１または２のいずれか１項記載の進行波管増幅器であることを特徴とするフェーズドアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、進行波管増幅器に関し、特に磁気シールドで覆われ、互いに近接して配置される進行波管増幅器及びこれを用いたフェーズドアレーアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、進行波管増幅器は、固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）と比較して電力効率が極めて高く高出力が得られるため、マイクロ波帯以上、特にＸバンド以上の周波数帯の電力増幅器として広く用いられている。
【０００３】
進行波管増幅器の概略構造の縦断面図を図３に示す。なお、進行波管増幅器には遅波回路として結合空洞を使用するものもあるが、ここではヘリックス型遅波回路を用いたヘリックス型進行波管増幅器を例にとって示す。
【０００４】
図３に示すように、ヘリックス型進行波管増幅器は、電子を放出する電子銃部１１０と、マイクロ波を処理する高周波回路部１２０と、電子を捕捉するコレクタ部１３０と、電子ビームを集束させる集束装置部１４０と、本体を支持し放熱等を行うためのパッケージ１５０とを備えている。
【０００５】
電子銃部１１０は、電子を放出する熱カソード１１１と、この熱カソード１１１を加熱するヒータ１１２と、熱カソード１１１とヒータ１１２の周辺に絶縁セラミック１１３とを備えている。
【０００６】
高周波回路部１２０は、マイクロ波を入力する入力回路１２１と、マイクロ波と電子ビームとを相互作用させるヘリックス遅延回路１２２と、増幅したマイクロ波を出力する出力回路１２３とを備えている。
【０００７】
コレクタ部１３０は複数の電極１３１を備えている。集束装置部１４０は、電子ビームの通路に磁界を発生させる複数の磁石１４１及び磁極１４２を備えている。
【０００８】
電子銃部１１０とコレクタ部１３０とは円筒形の金属容器１６０で接続され、電子銃部１１０内部から金属容器１６０を介してコレクタ部１３０の内部は真空に保たれており、金属容器１６０内に金属リボンまたはワイヤをらせん状に巻いたヘリックス遅延回路１２２が支持棒により固定されていて、金属容器１６０の周囲に集束装置部１４０が設けられている。
【０００９】
電子銃部１１０の真空中の熱カソード１１１から放出された電子は、数ｋＶ以上の高電圧で加速されると同時に、集束装置部１４０で形成された磁界により集束され、集束された電子は細い電子ビームを形成してヘリックス遅延回路１２２のらせんの内側を通過する。
【００１０】
一方、マイクロ波は、入力回路１２１からヘリックス遅延回路１２２に導かれ、電子ビームの上流側（熱カソード１１１側）かららせん状のヘリックス遅延回路１２２に沿って進み、その軸方向速度が電子ビーム速度とほぼ同期したときに電子ビームとマイクロ波の相互作用が生じてマイクロ波電力が増幅される。増幅されたマイクロ波はヘリックス遅延回路１２２に接続された出力回路１２３から取り出される。
【００１１】
マイクロ波との相互作用を終えた電子ビームは、コレクタ部１３０に衝突し捕捉され、電子の運動エネルギーは熱エネルギーに変換される。
【００１２】
コレクタ部１３０は、電位の異なる３〜４段の電極１３１を備え、これらの電極１３１に電子ビームの加速電位より低い電位を金属容器１６０側から徐々に低くなるように印加することにより電子の運動エネルギーに応じて各電極１３１に電子が捕捉される。各電極１３１は、コレクタ部１３０での消費電力が最も小さくなるように印加する電位及び形状を設定する。
【００１３】
集束装置部１４０は、電子ビームに沿ってヘリックス遅延回路１２２周辺の金属容器１６０の外周にリング状の磁石１４１及び磁極１４２を交互に複数配列したものであり、電子ビームの通路に周期的に変化する磁界を発生させて電子ビームをほぼ一定の径に保ち、ヘリックス遅延回路１２２のらせんの内側をヘリックス遅延回路１２２のらせんに衝突することなく通過させる。
【００１４】
集束装置部１４０の外側には進行波管個々の電子ビーム集束を更に向上させるための磁界調整素子が設けられる。磁界調整素子は磁性体もしくは磁石、またはその両方を用いることがある。
【００１５】
パッケージ１５０は、コレクタ部１３０で主に発生する熱を放散させると共に、高電圧の絶縁に留意して構成される。
【００１６】
このような進行波管増幅器を衛星搭載用のフェーズドアレーアンテナに使用することが試みられている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１７】
【非特許文献１】
中川仁、野本俊裕、根本昭彦、蔦木邦夫  著「放送衛星搭載フェーズドアレー用小型・細径ＴＷＴ」２００１年電子通信情報学会通信ソサエティ大会講演論文集１、社団法人電子通信情報学会、２００１年８月２９日、ｐ．２２６
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、進行波管増幅器をフェーズドアレーアンテナに使用する場合、図４に示すように、進行波管増幅器の断面の形状を六角形あるいは長方形にして、アレー状（複数の進行波管増幅器を長尺方向に揃えて束ねた状態）に配置しているため、近接した進行波管増幅器同士の距離が短くなり、近接する進行波管増幅器の集束装置部１４０の磁界が互いに影響して電子ビームの集束が乱れてしまい、進行波管増幅器単体で設定した最適な状態からずれてしまうという問題があった。
【００１９】
このような問題を回避するため、進行波管増幅器の外周に磁性体のシートを巻き付けて磁気シールドを行うという方法が考えられる。
【００２０】
しかし、フェーズドアレーアンテナで使用される進行波管増幅器は、アンテナパターンの設計の都合上、進行波管増幅器間の距離が使用する周波数の波長の１〜１．５倍程度の範囲に制限され、進行波管増幅器は細径化される。
【００２１】
このような進行波管増幅器であると、例えば、２０ＧＨｚで使用する場合、波長は１５ｍｍとなり、進行波管増幅器間の距離（進行波管増幅器の長尺方向の中心（断面の円の中心）間の距離）は２０ｍｍ程度としなければならず、進行波管増幅器は断面を２０ｍｍ×２０ｍｍ程度以下に設計する必要がある。
【００２２】
しかし、近接の進行波管増幅器の磁界の影響を完全に遮断するような磁気シールドにするためにはかなりの厚さの磁性体シートが必要となり、２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の中で十分なシールドを得るためには、進行波管に磁気シールドを密接しなければならず、集束装置部１４０の外側に磁界調整素子を配設するスペースがなかった。
【００２３】
そこで、本発明は、進行波管増幅器本体を覆う磁気シールドと進行波管増幅器本体との間の隙間に磁性体を自由に配置できる調整機構部を設け、この調整機構部に磁性体や磁石を挿入することにより磁気シールドの影響を考慮に入れたうえで個々の進行波管の電子ビームの集束を最良に調整できるようにすることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、本発明は、外部の磁性体と近接して配置されるため、該磁性体の磁界の影響を遮断するために進行波管増幅器本体を覆う磁気シールドを設けた進行波管増幅器であって、前記進行波管増幅器本体の外形と前記磁気シールドの内形との違いにより生じる前記磁気シールドと前記進行波管増幅器本体との間の隙間に、磁性体や磁石を自由に配置可能に構成された調整機構部を設け、該調整機構部内に磁性体や磁石を配置することによって進行波管の電子ビームの集束を向上させることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、進行波管増幅器本体と磁気シールドとの隙間に調整機構部が設けられ、この調整機構部内に磁性体や磁石が自由に配置される。
【００２６】
前記調整機構部として、非磁性体のパイプを前記進行波管増幅器本体の長尺方向に沿って貫通させることが好ましい。これにより、進行波管増幅器本体の長尺方向の全範囲に自由に磁性体や磁石が配置される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１実施形態の進行波管増幅器を示す図であり、フェーズドアレーアンテナに使用される進行波管増幅器である。なお、本実施形態において、上述従来例と同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。
【００２９】
図１において、図１（ａ）は、図４（ａ）のように進行波管増幅器の長尺方向と垂直な方向の断面の形状を六角形にしてアレー状に配置する場合、図１（ｂ）は、図４（ｂ）のように進行波管増幅器の長尺方向と垂直な方向の断面の形状を長方形（または正方形）にしてアレー状に配置する場合を示している。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態の進行波管増幅器は、電子銃部１１０、高周波回路部１２０、コレクタ部１３０、集束装置部１４０、などの進行波管増幅器本体を磁性体のシートの磁気シールド１１で外形（六角形、長方形）に合わせた形で囲む。
【００３１】
このとき、隣接する進行波管増幅器間の距離（進行波管増幅器の長尺方向の中心（断面の円の中心）間の距離）には制限がある（フェーズドアレーアンテナで使用する周波数の波長の１〜１．５倍程度の範囲）ので、磁気シールド１１は隣接する進行波管増幅器間の距離の制限内に収まる程度の厚さで、進行波管増幅器本体に密着するように設けられ、進行波管増幅器本体と磁気シールド１１との間には、進行波管増幅器本体の断面の外形（円形）と磁気シールド１１の断面の外形（六角形、長方形）との違いにより、磁気シールド１１の内形の角部の内側に僅かに空洞部ができる程度となる。
【００３２】
本実施形態では、この空洞部に進行波管増幅器本体の長尺方向（軸方向）に非磁性体（例えば、アルミニウム）のパイプを貫通させた調整機構部１２を設けている。
【００３３】
このような進行波管増幅器を図４に示すようにアレー状に配置するために、磁気シールドはできるだけ小さいことが望ましく、進行波管に密接した大きさにせざるを得ない。このため、集束装置部１４０の磁石だけでは十分でない電子ビームの集束を向上させるための磁界調整素子を配置するため、調整機構部１２内に磁界調整素子を収容できるようにした。
【００３４】
また、挿入する磁性体の透磁率や寸法を変えたり、あるいは挿入する磁石の磁界の方向や大きさを変えたりすることによって磁界の微調整もできるようになる。
【００３５】
このように本実施形態においては、進行波管増幅器本体と磁気シールド１１との空洞に非磁性体のパイプを通して調整機構部１２を設けているので、この調整機構部１２に磁性体や磁石を挿入することにより、進行波管増幅器の外形を大きくすることなく、進行波管の電子ビームの集束を最良に調整することができる。
【００３６】
また、調整機構部１２のパイプを進行波管増幅器本体の長尺方向に貫通させているので、進行波管増幅器の長尺方向の全範囲で磁性体や磁石を配置して磁界を調整することができる。
【００３７】
次に、図２は本発明の第２実施形態のフェーズドアレーアンテナを示す図である。なお、本実施形態は、上述第１実施形態の進行波管増幅器１を使用したフェーズドアレーアンテナである。
【００３８】
図２に示すように、本実施形態のフェーズドアレーアンテナは、入力が複数に等分され、複数の移相器２０と、複数の進行波管増幅器１と、各進行波管増幅器１の出力に接続された放射素子２１とを備え、各進行波管増幅器１はアレー状に互いに近接して配置され、全体として１つの送信装置として動作する。移相量制御３０は、外部より与えられるものであり、また、移相器２０に代えて各進行波管増幅器１自身で移相を変化させてもよい。なお、放射素子２１は、衛星搭載用としてはホーンアンテナが好適である。
【００３９】
このようなフェーズドアレーアンテナにおいて、図４（ａ）、（ｂ）のように進行波管増幅器１を配置することにより、体積を最小限にできるので、衛星搭載用としての利用が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気シールドと進行波管増幅器本体との間の隙間に調整機構部を設けているので、この調整機構部の中に磁性体や磁石を挿入することにより、進行波管の電子ビームの集束を最良に調整することができる。
【００４１】
また、調整機構部として非磁性体のパイプを進行波管増幅器本体の長尺方向に沿って貫通させることにより、進行波管増幅器本体の長尺方向の全般で磁界を調整することができる。
【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図であり、その斜視図である。
【図２】本発明の第２実施形態のフェーズドアレーアンテナを示す図であり、そのブロック図である。
【図３】従来の進行波管増幅器を示す内部の構成図である。
【図４】フェーズドアレーアンテナの進行波管増幅器の配置を示す図である。
【符号の説明】
１    進行波管増幅器
１１    磁気シールド
１２    調整機構部
２０    移相器
２１    放射素子
３０    移相量制御
１１０    電子銃部
１１１    熱カソード
１１２    ヒータ
１１３    絶縁セラミック
１２０    高周波回路部
１２１    入力回路
１２２    ヘリックス遅延回路
１２３    出力回路
１３０    コレクタ部
１３１    電極
１４０    集束装置部
１４１    磁石
１４２    磁極
１５０    パッケージ
１６０    金属容器
【図１】
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【図２】
2004178918.tif 000004
【図３】
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【図４】
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