(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する電子銃と、前記電子ビームとの相互作用で増幅される入力信号を入力する入力空胴と、この入力空胴の前記電子ビームの進行側に位置する少なくとも１個の中間空胴と、この中間空胴の前記電子ビームの進行側に位置し、増幅した出力信号を取り出す出力空胴と、前記電子ビームを捕捉するコレクタとを具備したクライストロンにおいて、前記入力空胴、前記中間空胴および前記出力空胴の少なくとも１つに隣接して電気的に結合し、一番近くに隣接する空胴と共振周波数および寸法が相違し、かつ一番近くに隣接する空胴部分における管軸方向の電磁界のひろがりを小さくする離調空胴を設けたことを特徴とするクライストロン。
【請求項２】
電子ビームを放出する電子銃と、前記電子ビームとの相互作用で増幅される入力信号を入力する入力空胴と、この入力空胴の前記電子ビームの進行側に位置する少なくとも１個の中間空胴と、この中間空胴の前記電子ビームの進行側に位置し、増幅した出力信号を取り出す出力空胴と、前記電子ビームを捕捉するコレクタとを具備したクライストロンにおいて、前記入力空胴、前記中間空胴および前記出力空胴の少なくとも１つに隣接して電気的に結合する離調空胴を設け、この離調空胴が隣接して設けられた前記入力空胴および前記中間空胴、前記出力空胴の少なくとも１つが、入力信号の周波数においてＴＭ01モードの共振周波数を有し、かつ、前記離調空胴が、入力信号の周波数においてＴＭ11モードでカットオフとなる半径と等しいか、あるいは、それよりも小さい半径をもつことを特徴とするクライストロン。
【請求項３】
離調空胴が中間空胴の両側に設けられた請求項１または請求項２のいずれか１つに記載されたクライストロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空胴部分の電界と電子ビーム間の相互作用を向上させたクライストロンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクライストロンについて、大電力の増幅などに利用される多空胴直進形クライストロンを例にとり図５を参照して説明する。
【０００３】
符号４１は電子銃で、電子銃４１は、電子ビームｅを放出する陰極４２、および、陰極４２から放出された電子ビームｅを加速する陽極４３などから構成されている。また、電子銃４１から放出された電子ビームｅの進行方向に沿って、入力信号が入力する入力空胴４４や中間空胴４５、出力空胴４６が配置されている。
【０００４】
そして、出力空胴４６の先には、電子ビームｅを捕捉するためのコレクタ４７が配置されている。
【０００５】
入力空胴４４には、増幅する入力信号を入力させる入力結合ループ４４ａが設けられている。中間空胴４５は、通常、所定間隔で配置された複数で構成されているが、図では、その１つだけが示されている。また、出力空胴４６には、増幅された出力信号を取り出すための出力結合ループ４６ａが設けられている。なお、入力空胴４４と中間空胴４５の間、複数の中間空胴４５間、そして中間空胴４５と出力空胴４６間はドリフト管４８で連結されている。
【０００６】
上記した構成において、入力結合ループ４４ａから入力空胴４４に入力信号が入力する。入力空胴４４に入力した入力信号は、中間空胴４５から出力空胴４６へと進む。この間、入力信号は電子ビームｅとの相互作用によって増幅される。そして、増幅された出力信号は出力空胴４６から出力結合ループ４６ａを通して外部に取り出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のクライストロン、たとえば大電力用のクライストロンは、電子ビームが集群（バンチング）されると、空間電荷力によって電子ビームがドリフト管の半径方向に拡がる特性がある。そのため、ドリフト管の半径を電子ビームの拡がりに合わせて大きくしている。
【０００８】
ここで、電子ビームとドリフト管の寸法との関係を図６を参照して説明する。図６（ａ）は、１つの中間空胴４５部分を抜き出し、管軸ｍの上半分を断面で示した図で、図５に対応する部分には同一の符号を付してある。
【０００９】
中間空胴４５およびドリフト管４８は筒状の金属壁５１で囲まれて構成されている。そして、ドリフト管４８の半径ｒd が電子ビームｅの拡がりに合わせて大きく設定されている。
【００１０】
しかし、ドリフト管４８の半径ｒd を大きくすると、中間空胴４５部分における電磁界分布が、図６（ｂ）の実線Ｐで示すようにドリフト管の軸方向に広がってしまう。なお、図６（ｂ）の横軸は管軸方向を示し、点Ａは中間空胴の中心位置を示している。また、縦軸は管軸上における電磁界分布の強度を示している。
そして、電磁界分布がドリフト管の軸方向に広がると、電子ビームと電磁界との相互作用が弱くなり、動作効率が低下する。
【００１１】
本発明は、上記した欠点を解決するもので、空胴部分における電磁界と電子ビーム間の相互作用を向上させたクライストロンを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子ビームを放出する電子銃と、前記電子ビームとの相互作用で増幅される入力信号を入力する入力空胴と、この入力空胴の前記電子ビームの進行側に位置する少なくとも１個の中間空胴と、この中間空胴の前記電子ビームの進行側に位置し、増幅した出力信号を取り出す出力空胴と、前記電子ビームを捕捉するコレクタとを具備したクライストロンにおいて、前記入力空胴、前記中間空胴および前記出力空胴の少なくとも１つに隣接して電気的に結合し、一番近くに隣接する空胴と共振周波数および寸法が相違し、かつ一番近くに隣接する空胴部分における管軸方向の電磁界のひろがりを小さくする離調空胴を設けている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態について、大電力の増幅などに利用される多空胴直進形クライストロンを例にとり図１を参照して説明する。
【００１４】
符号１１は電子銃で、電子銃１１は、電子ビームｅを放出する陰極１２、および、陰極１２から放出された電子ビームｅを加速する陽極１３などから構成されている。電子銃１１の前方、すなわち電子ビームｅの進行方向には、入力信号が入力する入力空胴１４や中間空胴１５、そして増幅された信号を出力する出力空胴１６などが配置されている。そして、出力空胴１６の先には、電子ビームｅを捕捉するためのコレクタ１７が配置されている。
【００１５】
入力空胴１４には、増幅する入力信号が入力する入力結合ループ１４ａが設けられている。中間空胴１５は、通常、所定間隔で配置された複数で構成されているが、図では、その１つだけが示されている。そして、中間空胴１５のたとえば両側に、共振周波数が中間空胴１５と相違する離調空胴１５ａが配置されている。また、出力空胴１６には、増幅された出力信号を取り出すための出力結合ループ１６ａが設けられている。また、入力空胴１４と中間空胴１５の間、複数の中間空胴１５間あるいは中間空胴１５と離調空胴１５ａ間、中間空胴１５あるいは離調空胴１５ａと出力空胴１６間は、それぞれドリフト管１８で連結されている。
【００１６】
上記した構成において、入力結合ループ１４ａを介して入力信号が入力空胴１４に入力する。入力空胴１４に入力した信号は中間空胴１５方向に進み、さらに出力空胴１６へと進む。この間、入力信号は電子ビームｅとの相互作用で増幅され、増幅された出力信号が出力空胴１６から出力結合ループ１６ａを通して取り出される。
【００１７】
ここで、中間空胴１５が配置された部分の一部を抜き出した構造について図２を参照して説明する。図２は、管軸ｍの上半分を断面で示した図で、図１に対応する部分には同一の符号を付してある。
【００１８】
中間空胴１５およびドリフト管１８は筒状の金属壁２１で囲まれて構成されている。なお、中間空胴１５の半径は、入力信号の周波数すなわち動作周波数においてＴＭ01モードで共振する寸法に設定されている。そして、中間空胴１５の両側に位置する離調空胴１５ａの半径ｒcdは、中間空胴１５と共振周波数が相違する寸法、たとえば入力信号の周波数すなわち動作周波数ｆのＴＭ11モードに対してカットオフとなる円形導波管の半径（３．８３２×ｃ／２πｆ）と等しいか、あるいは、それよりも少し小さな値、たとえばｒcd≦３．８３２×ｃ／２πｆの値に設定されている。
【００１９】
上記したように中間空胴の両側に離調空胴を配置した場合、中間空胴部分における管軸上の電磁界分布は、図３の点線Ｑに示すようになり、ドリフト管の軸方向へのひろがりが少なくなる。なお、図３の横軸は管軸方向を示し、点Ａは中間空胴の中心を示している。また、縦軸は管軸上の電磁界分布の強度を示している。
【００２０】
また、図には、従来構造の場合と比較するために、従来構造の電磁界分布Ｐ（図５（ｂ））を一緒に示している。
【００２１】
ここで、中間空胴の両側に離調空胴を配置することにより、電磁界分布の軸方向へのひろがりが少なくなる模様について図４を参照して説明する。図の（ａ）は、中間空胴３１と同じ寸法の２つの離調空胴３２、３３を中間空胴３１の両側に配置した場合を示している。そして、中間空胴３１と離調空胴３２、３３が電気的に結合し、各空胴３１、３２、３３における電界の位相が１８０°相違するπモードで動作すると、その電界分布は、たとえば符号Ｅａのようになる。
【００２２】
図の（ｂ）は、２つの離調空胴３２、３３の寸法、したがって共振周波数を中間空胴３１と相違させた場合を示している。この場合、電界分布はたとえば符号Ｅｂのようになり、電界分布の軸方向へのひろがりが抑えられる。なお、電界分布Ｅｂは、離調空胴３２、３３の寸法、すなわち共振周波数などによって変化する。また、電界分布Ｅａ、Ｅｂは縦軸が強度を示している。
【００２３】
上記した構成によれば、中間空胴部分における管軸上の電磁界分布のひろがりが小さくなり、電子ビームと空胴部分の電磁界との相互作用が向上し、その結果、動作効率が上昇する。
【００２４】
なお、上記の実施形態では、中間空胴の両側に離調空胴を配置している。しかし、中間空胴の片側のみに離調空胴を配置する構成にすることもできる。また、入力空胴や出力空胴に隣接して離調空胴を配置することもできる。この場合も、入力空胴や出力空胴の部分における軸方向の電磁界のひろがりが小さくなり、動作効率が向上する。また、離調空胴は、ドリフト管の径が大きくなっている出力空胴や、出力空胴に一番近い中間空胴の部分に配置した方がより大きな効果が得られる。なお、複数の空胴に対して離調空胴を配置する場合は、離調空胴の共振周波数は、一番近くに位置し、結合関係にある空胴の共振周波数と相違するように設定される。
【００２５】
また、上記の実施形態では、離調空胴の半径ｒcdの寸法を、動作周波数のＴＭ11モードに対しカットオフとなる半径と等しいか、それよりも少し小さい半径にしている。しかし、離調空胴の半径ｒcdの寸法は、上記の寸法に限るものでなく、実験などにより、中間空胴部分における軸方向の電磁界のひろがりを小さくする所定の値に選ぶこともできる。また、中間空胴が複数ある場合は、それぞれの中間空胴の両側あるいは片側に離調空胴を配置することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、空胴部分における電磁界と電子ビームとの相互作用が向上するクライストロンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための概略の構造図である。
【図２】本発明の中間空胴部分の一部を抜き出して示した概略の構造図である。
【図３】本発明の特性を説明するための特性図である。
【図４】本発明の動作を説明するための図である。
【図５】従来例を説明するための概略の構造図である。
【図６】従来例の特性を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１１…電子銃
１２…陰極
１３…陽極
１４…入力空胴
１４ａ…入力結合ループ
１５…中間空胴
１５ａ…離調空胴
１６…出力空胴
１６ａ…出力結合ループ
１７…コレクタ
１８…ドリフト管
ｒcd…離調空胴の半径
【図１】
0004443662.tif 000002
【図２】
0004443662.tif 000003
【図３】
0004443662.tif 000004
【図４】
0004443662.tif 000005
【図５】
0004443662.tif 000006
【図６】
0004443662.tif 000007