(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作周波数において基本モードのみが伝送する導波管入力または導波管出力とするマイクロ波電子管の入出力窓構造であって、前記導波管の外側に該導波管を内包するよう金属スリーブを嵌合し、該金属スリーブ端面を誘電体板で被蓋し、前記金属スリーブの端面と前記誘電体板の平面部分を気密封止して接合し、前記導波管は前記誘電体板に当接し、前記金属スリーブと前記導波管と前記誘電体板を周囲の壁面とするチョーク機能を持ち、前記導波管と前記誘電体板の間のインピーダンスを整合する空胴を形成すると共に、前記誘電体板は伝送モードにより引き起こされる前記誘電体板部分での共振周波数が前記動作周波数とは異なる共振周波数となる寸法であることを特徴とするマイクロ波電子管の入出力窓構造。
【請求項２】
前記導波管外形は、端部の径が縮小して段をなす円柱状に形成され、前記金属スリーブは円筒状に形成され、前記端部が前記空胴の前記壁面の一部をなすことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波電子管の入出力窓構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波電子管の入出力窓構造に関し、特に発振周波数の高いミリ波帯で動作するマイクロ波電子管の入出力窓構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からマイクロ波電子管の真空度を保ち、マイクロ波電力を通過させる入力または出力の窓として数々の方式のものが知られている。円盤状の誘電体を使った図３に示したピルタイプの窓が従来技術の代表例で、広帯域特性、耐電力特性の観点からマイクロ波電子管の入出力窓構造として広く用いられている。
【０００３】
図３はピルタイプの窓がマイクロ波電子管であるマグネトロンに用いられている例を示した図である。マグネトロンは発振管であるので入力窓はなく、出力窓のみになっている。マグネトロンの出力はアノードブロック５２に設けたスリット５４を介して導波管のリッジ部分５５を通り矩形導波管５６に取り出される。この矩形導波管５６に円筒空胴６０を設け、その中央に誘電体円盤６１を配置する。この構造がいわゆる一般的なピルタイプの窓で、誘電体には通常セラミクスが用いられる。ピルタイプの窓は誘電体円盤６１を含んだ円筒空胴６０が動作周波数において空胴共振器の特定の共振モードで共振する寸法に設計している。通常、この共振モードは円筒導波管の基本モードであるＴＥ１１モードが用いられ、円筒空胴のＴＥ１１１モードが一般的に利用されている。さらに、動作周波数が高くなると、従来のピルタイプの窓ではそれに応じてセラミクス円盤の厚さを薄く、例えば３５ＧＨｚ帯では０．３ｍｍ程度にしなければならず、これを、その側面すなわち０．３ｍｍ部分でロウ付けすることは非常に困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような入出力窓では、動作周波数が高くいわゆるミリ波領域のマイクロ波管の場合、正常な動作のためには、厳しい寸法精度が要求され、かつ寸法を波長に応じて小さくしなければならない構造であるので、周波数が高く誘電体円盤が小さい場合、そのロウ付け部分の信頼性が良くないと言った問題点があった。本発明は上記問題点を解消し、寸法精度をさほど必要とせず、低コストで、かつ信頼性の高いマイクロ波電子管の入出力窓構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ波電子管の入出力窓構造は、上記目的を達成するために、動作周波数において基本モードのみが伝送する導波管入力または導波管出力とするマイクロ波電子管であって、前記導波管の外側に該導波管を内包するよう金属スリーブを嵌合し、該金属スリーブ端面を誘電体板で被蓋し、前記金属スリーブの端面と前記誘電体板の平面部分を気密封止して接合し、前記導波管は前記誘電体板に当接し、前記金属スリーブと前記導波管と前記誘電体板を周囲の壁面とするチョーク機能を持ち、前記導波管と前記誘電体板の間のインピーダンスを整合する空胴を形成すると共に、前記誘電体板は伝送モードにより引き起こされる前記誘電体板部分での共振周波数が前記動作周波数とは異なる共振周波数となる寸法としたものである。
【０００６】
また、前記導波管外形は、端部の径が縮小して段をなす円柱状に形成され、前記金属スリーブは円筒状に形成され、前記端部が前記空胴の前記壁面の一部をなすことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を３５ＧＨｚ帯動作のマグネトロン出力窓に適用した実施例で、１はシェル、２はアノードブロック、３は金属スリーブ、４はスリット、５はリッジ導波管、６は矩形導波管、７はチョーク空胴、８は誘電体板である。また、図２は図１のマグネトロンを出力導波管に取り付けたときの結合部を示し、９は結合フランジ、１０は出力導波管を示す。
【０００８】
マグネトロンの出力窓はマグネトロン管球内を真空に保ったままその中で発生させたマイクロ波電力を外部に取り出すために必要であり、その出力は、スリット４、導波管のリッジ部分５、矩形導波管６、誘電体板８を通り出力導波管１０から取り出される。出力導波管１０および矩形導波管６は、ＷＲ−２８の規格導波管と同一の寸法（７．１１ｍｍ×３．５５６ｍｍ）の導波路をもつ。矩形導波管６の外形はφ１２．６ｍｍの円柱状であり、出力側端部がφ７．８４ｍｍに縮小されて段をなしている。金属スリーブ３は内径φ１２．６ｍｍ、外径φ１３．５ｍｍの円筒形状で、矩形導波管６を内包するようその外側に嵌合されている。
誘電体板８はφ１７．６ｍｍ、厚さ１．３ｍｍのセラミクス円盤である。
【０００９】
金属スリーブ３はマグネトロンの真空気密を得るため、管球の外側を覆っているシェル１にロウ付けされ、その他端は開口が被蓋されるように誘電体板８がロウ付けされている。矩形導波管６は誘電体板８に突き当てられており、誘電体板８とは特にロウ付けなどはされていない。したがって、誘電体板と矩形導波管の熱膨張率の違いによる歪も発生せず良好な信頼性が得られる。矩形導波管６は動作周波数において基本モードであるＴＥ１０モードのみが伝送される寸法であるが、誘電体板部分は基本モードのほかに、数々のモードが伝送可能な寸法である。本発明の窓の設計に際しては、これらの伝送モードによって引き起こされる誘電体板部分での共振を動作周波数から避ける寸法にすれば良い。
【００１０】
チョーク空胴７は、金属スリーブ３、矩形導波管６及び誘電体板８を周囲の壁面とし、これらに囲まれて形成されているもので、チョーク機能を持つ。このチョーク空胴７の寸法は、矩形導波管６と誘電体板８との間でインピーダンスの不整合が生じないよう予め実験等により適宜選択する。なお、本例のチョーク空胴７は、外形がφ１２．６ｍｍ（金属スリーブ内径）、内径φ７．８４ｍｍ（矩形導波管６端部径）のリング形状であり、その幅は２．３８ｍｍで一様である。チョーク空胴７の幅寸法は、動作周波数におけるマイクロ波波長の概略１／４を中心値として約その１割程度の振れ幅内で調整するとよい。
【００１１】
本実施例は、このような構造であるため、容易に製造することができる。すなわち、矩形導波管６は、小さなものであれば銅のスラグから冷間鍛造で一度に最終形状のものを得ることができ、大きなものでも引き抜き加工と旋盤加工で容易に得ることができる。また、チョーク空胴７を形成するのにフライス加工など用いる必要がなく、金属スリーブ３を矩形導波管６に外嵌するのみで形成できる。ロウ付けも従来のように導波管内部で行わずに外部から見える部分で行えるので作業性が良好となる。また、金属スリーブを市販されている鋼管とすればコストも抑えることができる。
【００１２】
本実施例は発振管であるマグネトロンで説明したので出力機能のみであるが、クロスフィールド増幅管や進行波管などのアンプ管では入出力機能の両方があり、上記と同様な構成によってインピーダンスの整合をとることができる。なお、本例では誘電体板８にセラミクス円盤を用いているが、材質としてはガラスやダイアモンド、サファイアなどの誘電体を用いることも可能である。また、本例では金属スリーブ３を円筒形状にしてあるが、製作上の容易性のためで必ずしも円筒形状である必要はない。セラミクス円盤についても同様である。
【００１３】
以上説明したように、本実施例と従来例との構造上大きな相違点は、本実施例には円筒空胴６０がないという点にある。円筒空胴６０は空胴共振器を構成し、その寸法によって所望の周波数の高周波のみを通過させる、いわゆるバンドパスフィルタの役目をはたしている。そのため、中に組み入れられるセラミクス円盤６１は共振周波数を合わせるために、その厚さを厳密に決めている。本実施例の場合、従来の円筒空胴６０に当たる部分は矩形導波管６、誘電体板８、出力導波管１０の継ぎ目部に形成される。すなわち、チョーク空胴７の寸法を適宜に変えることで誘電体板部分の前後で生じる不整合を解消している。なお、本実施例の窓は結合フランジ９と合わせて窓としての整合が取れるように構成するため、結合フランジ９の形状は通常の規格フランジとは異なり特殊な形状であるが、平面で取り付くバットフランジでも、チョーク構造を設けたチョークフランジでも採用可能である。このように構成することによって出力導波管との接続を容易にし、かつ整合性の高い高効率の取り付け構造を提供している。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の入出力窓はセラミクス板を特定の共振周波数に合わせるのではなく、共振周波数を動作周波数から避けるだけで良いので、寸法公差が比較的粗くても動作に悪影響が少ない。また、誘電体板寸法は動作周波数の割に大きくできるので、ミリ波帯といった高い周波数のマイクロ波管においても組み立て性がよい入出力窓となる。本発明の入出力窓は同じ３５ＧＨｚ帯でセラミクス板の厚さは１．３ｍｍで可能、かつロウ付けは側面ではなく平面部分で行えるので組み立ても容易である。
【００１５】
また、導波管の外形を段部の付いた円柱状とし、円筒状の金属スリーブを外嵌して、これらと誘電体板で囲まれる空間を、チョーク機能を持つ空胴とする構成をとれば、さらに生産性が向上したマイクロ波電子管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるマイクロ波電子管の入出力窓構造を示す断面図である。
【図２】図１のマイクロ波電子管の取り付け構造を示す断面図である。
【図３】従来のマイクロ波電子管の入出力窓構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１：シェル、２：アノードブロック、３：金属スリーブ、４：スリット、５：リッジ導波管、６：矩形導波管、７：チョーク空胴、８：誘電体板、９：結合フランジ、１０：出力導波管、５１：シェル、５２：アノードブロック、５４：スリット、５５：リッジ導波管、５６：矩形導波管、６０：円筒空胴、６１：セラミクス円盤、６２：出力導波管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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