(57)【要約】【課題】出力導波管44の長さの増加や高周波窓46に発生する電界強度を増加させずに、周波数帯域特性やＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善できるマイクロ波管を提供する。【解決手段】出力導波管44は、出力空胴に接続される扁平導波管41と標準導波管42とを使用し、標準導波管42と扁平導波管41との間に高周波窓46を配置する。扁平導波管41内には、伝送特性補正素子48を配置する。伝送特性補正素子48で高周波窓46からの高周波の反射波を打ち消す反射波を作り、高周波の伝送特性を補正する。出力導波管44の長さの増加や高周波窓46に発生する電界強度を増加させず、周波数帯域特性やＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善する。【選択図】図１
2007234343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力空胴に接続される高周波出力部を有するマイクロ波管であって、
前記高周波出力部は、
標準導波管、この標準導波管より扁平で前記出力空胴に接続される扁平導波管、これら標準導波管と扁平導波管との間に配置される高周波窓を有する出力導波管と、
前記扁平導波管内に配置され、扁平導波管内で高周波窓からの高周波の反射波を打ち消す反射波を作る伝送特性補正素子とを具備している
ことを特徴とするマイクロ波管。
【請求項２】
伝送特性補正素子は、扁平導波管の扁平な方向に対して交差する方向の複数箇所に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波管。
【請求項３】
伝送特性補正素子は、内部に冷却媒体が通る筒形に形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力空胴に接続される高周波出力部を有するマイクロ波管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直線ビームを使用したマイクロ波管として、大電力クライストロンなどがある。このクライストロンは、電子ビームを発生する電子銃部、高周波電力を入力する入力部、電子ビームと高周波電界との相互作用により高周波電力を増幅する高周波相互作用部、高周波相互作用部から増幅された高周波電力を出力する高周波出力部、用済みの電子ビームを捕捉するコレクタ部を有するクライストロン本体と、このクライストロン本体の周囲に装着されて電子ビームを一定の径に集束する集束磁界装置とを備えている。
【０００３】
入力部は、一般的に小電力であるために同軸管を用いるのが一般的であるが、高周波出力部は、出力電力が大きく周波数が７００ＭＨｚを越えるような場合、径の太い同軸管は遮断周波数との関係で使用することができないため、出力空胴からは同軸管ではなく矩形導波管で高周波を取り出し、この矩形導波管の途中に接続された円形導波管内にセラミックなどの円板状の誘電体を配置して機密構造としたピルボックス型と呼ばれる高周波窓構造を採用することが多い。
【０００４】
すなわち、図９および図１０は一般的なピルボックス型の高周波窓構造を用いた高周波出力部を示し、矩形で同サイズの一対の標準導波管１の途中に、円形導波管２が接続されるとともにこの円形導波管２内にセラミックなどの高周波損失の少ない円板状の誘電体３が気密に配置されて高周波窓４が形成されている。円形導波管２の両端面には標準導波管１と導電性の良い接続板５で接続されている。
【０００５】
ところで、高周波の周波数が低い場合には、クライストロン本体の出力空胴に大きな導波管を取り付ける必要があるが、集束磁界装置に大きな導波管が貫通するスペースを設ける必要があり、その場所では磁界を発生させる電磁石などは配置できず、その場所での軸上磁束密度が低下するという不都合がある。これを軽減させるために、出力空胴に接続する導波管は、標準サイズの標準導波管よりも高さ方向を低くした、いわゆる扁平導波管が使用されている。
【０００６】
このような扁平導波管を使用する場合には、図１１に示すように、扁平導波管６からステップ導波管７で標準サイズの標準導波管１に変換した後に高周波窓４側に接続するのが一般的であり、周波数帯域特性も非常に優れている。
【０００７】
しかし、ステップ導波管７は、モード・パターンの乱れを発生させないためには、途中のステップ導波管７の長さだけでなく、前後の扁平導波管６および標準導波管１も、管内波長で少なくとも０．２５波長以上の長さを確保する必要があり、ステップ導波管７を採用した場合には導波管部分の全長が長くなるという問題がある。
【０００８】
この問題を補おうとするのが図１２に示す改良案で、扁平導波管６と標準導波管１のインピーダンスが異なるために、高周波窓４の整合を取るために誘電体３を円形導波管２の中心から扁平導波管６側に移動させたもので、誘電体３表面から扁平導波管６までの距離が反対側の誘電体３表面から標準導波管１までの距離に対して狭くなる。この場合、瞬時周波数帯域は通常の高周波窓４に対して狭くなる。この高周波窓４の問題は、瞬時周波数帯域が狭くなるという問題のほかに、円形導波管２内に設置された誘電体３と扁平導波管６の端面までの距離が短いために、誘電体３に発生する電界強度が高くなり、耐電力が小さくなることである。また、誘電体３の軸方向のずれでＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性の変化が大きいことである。
【０００９】
なお、図９および図１０に示したような、矩形で同サイズの一対の標準導波管を使用する場合に、その標準導波管内に出力空胴側から高周波窓の誘電体を直接見通すことができない障壁部材を設け、この隔壁部材の内部に冷却媒体を流すようにしたものがあるが、これは、誘電体の熱損傷および導波管の温度上昇を抑制することを目的としてなされたものである（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、標準導波管とこの標準導波管より扁平で出力空胴に接続される扁平導波管とを使用する場合、周波数帯域特性などの問題について考慮されたものではない。
【特許文献１】特開平１１−１４９８７６号公報（第２−３頁、図１−２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、扁平導波管６と標準導波管１との間に高周波窓４を設ける場合において、ステップ導波管７を採用すれば、導波管部分の全長が長くなって、クライストロンの製造、取り扱いが面倒になり、また、高周波窓４内の誘電体３の位置を円形導波管２の中心から扁平導波管６側に移動させることで、ＶＳＷＲの劣化を防止すれば、周波数帯域が狭くなるとともに、誘電体３に発生する電界強度が増加してしまい、帯電力性が低下してしまう問題がある。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、出力導波管の長さの増加や高周波窓に発生する電界強度を増加させることなく、周波数帯域特性やＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善できるマイクロ波管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、出力空胴に接続される高周波出力部を有するマイクロ波管であって、前記高周波出力部は、標準導波管、この標準導波管より扁平で前記出力空胴に接続される扁平導波管、これら標準導波管と扁平導波管との間に配置される高周波窓を有する出力導波管と、前記扁平導波管内に配置され、扁平導波管内で高周波窓からの高周波の反射波を打ち消す反射波を作る伝送特性補正素子とを具備しているものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、標準導波管とこの標準導波管より扁平で出力空胴に接続される扁平導波管とを使用する出力導波管の場合でも、扁平導波管内に配置した伝送特性補正素子によって高周波窓からの高周波の反射波を打ち消す反射波を作り、高周波の伝送特性を補正するため、出力導波管の長さの増加や高周波窓に発生する電界強度を増加させることなく、周波数帯域特性やＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１ないし図６に第１の実施の形態を示す。
【００１６】
図３に示すように、マイクロ波管としてのクライストロン11は、クライストロン本体12および集束磁界装置13を備えている。
【００１７】
クライストロン本体12は、電子ビームを発生する電子銃部16、電子ビームと高周波電界との相互作用により高周波電力を増幅する高周波相互作用部17、高周波相互作用部17に高周波電力を入力する入力部18、高周波相互作用部17で増幅された高周波電力を出力する高周波出力部19、高周波相互作用部17を通過した用済みの電子ビームを捕集するコレクタ部20を備えている。
【００１８】
高周波相互作用部17は、電子ビームが通過するドリフト管21、入力部18が接続された入力空胴22、複数の中間空胴23、高周波出力部19が接続された出力空胴24を有している。
【００１９】
集束磁界装置13は、高周波相互作用部17の周囲に配置される主磁界発生部27、この主磁界発生部27の一端側において電子銃部16の周囲に配置される図示しない電子銃部側磁界発生部を備えている。主磁界発生部27は、高周波相互作用部17の周囲に配置される主コイル28と、出力空胴24より外側に配置される出力コイル29を備えている。
【００２０】
また、図１ないし図３に示すように、高周波出力部19は、出力空胴24に接続される扁平導波管41、高周波を取り出す標準導波管42、これら扁平導波管41と標準導波管42との間に接続された円形導波管43によって出力導波管44が構成されている。
【００２１】
扁平導波管41および標準導波管42は、断面矩形状で、標準導波管42が標準サイズなのに対して、扁平導波管41は標準導波管42よりも高さ方向の幅を低くした扁平サイズに形成されている。
【００２２】
円形導波管43内の中央にはセラミックなどで円板状に形成された誘電体45が気密に配置されて高周波窓46が形成され、円形導波管43の両端面には扁平導波管41および標準導波管42がそれぞれ接続される導電性の良い接続板47が気密に配置されている。
【００２３】
扁平導波管41と標準導波管42とが接続された高周波窓46ではそのインピーダンスの違いにより高周波の反射波が発生するが、扁平導波管41内には、その高周波の反射波を打ち消す反射波を作り、高周波の伝送特性を補正する伝送特性補正素子48が配置されている。伝送特性補正素子48は、導電性を有する円筒状で、扁平導波管41の扁平な面に対して垂直となる向きで、扁平導波管41の扁平な方向に対して交差する幅方向の２箇所に離間して配置されている。円筒状の伝送特性補正素子48の内部には、図示しない冷却装置によって冷却水などの冷却媒体を通して熱的に安定化させることができる冷却通路が形成されている。
【００２４】
そして、標準導波管42とこの標準導波管42より扁平で出力空胴24に接続される扁平導波管41とを使用する出力導波管44の場合でも、扁平導波管41内に配置した伝送特性補正素子48によって高周波窓46からの高周波の反射波を打ち消す反射波を作り、高周波の伝送特性を補正するため、周波数帯域特性やＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善できる。
【００２５】
図４には、ＶＳＷＲと高周波の周波数との関係を測定した結果を示す。ＶＳＷＲ＝１．２の範囲での周波数帯域は、図１２に示したように誘電体３を円形導波管２内で偏心させた従来例の構成Ｂに対して、伝送特性補正素子48を用いた本実施の形態の構成Ａの場合に、２５％広くなる結果が得られた。
【００２６】
また、図５には、誘電体45の表面の中心からのＹ軸方向およびＸ軸方向の距離と電界強度との関係を測定した結果を示す。電界強度は、従来例の構成Ｂに対して、本実施の形態の構成Ａの場合に、１５％以上軽減できる結果が得られた。
【００２７】
また、図６には、誘電体45が円形導波管43の中央からずれた場合の中心周波数の変化を示す。中心周波数の変化は、従来例の構成Ｂに対して、本実施の形態の構成Ａの場合に、半分程度に抑えられる結果が得られた。
【００２８】
したがって、標準導波管42とこの標準導波管42より扁平で出力空胴24に接続される扁平導波管41とを使用する出力導波管44の場合でも、扁平導波管41内に配置した伝送特性補正素子48によって高周波窓46からの高周波の反射波を打ち消す反射波を作り、高周波の伝送特性を補正するため、出力導波管44の長さの増加や高周波窓46の誘電体45に発生する電界強度を増加させることなく、周波数帯域特性やＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善できる。しかも、組立時の誘電体45のずれに対する中心周波数の変化も、半分程度に抑えることができる。
【００２９】
次に、図７および図８に第２の実施の形態を示す。
【００３０】
扁平導波管41と標準導波管42との間に長さ寸法Ｌの大きい円形導波管43を設け、この円形導波管43のほぼ中央に誘電体45を配置した定在波型高周波窓構造を示す。
【００３１】
この場合にも、扁平導波管41内に伝送特性補正素子48を配置することにより、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３２】
なお、伝送特性補正素子48は、１箇所でも問題なく伝送特性を改善できる。また、この伝送特性補正素子48は、円筒状に限らず、四角形筒状でもよく、あるいは、円柱、四角柱などの多角柱でも、楕円柱でも、良導電性であれば良い。
【００３３】
また、マイクロ波管としては、クライストロン11に限らず、線形加速器、ジャイヤトロン、進行波管などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すクライストロンの高周波出力部の斜視図である。
【図２】同上高周波出力部の断面図である。
【図３】同上クライストロンの断面図である。
【図４】同上クライストロンのＶＳＷＲと高周波の周波数との関係を示すグラフである。
【図５】同上クライストロンの誘電体の表面の中心からのＹ軸方向およびＸ軸方向の距離と電界強度との関係を示すグラフである。
【図６】同上クライストロンの誘電体が円形導波管の中央からずれた場合の中心周波数の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示すクライストロンの高周波出力部の斜視図である。
【図８】同上高周波出力部の断面図である。
【図９】従来の高周波出力部の斜視図である。
【図１０】従来の高周波出力部の断面図である。
【図１１】従来の他の高周波出力部の断面図である。
【図１２】従来のさらに他の高周波出力部の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
11    マイクロ波管としてのクライストロン
19    高周波出力部
24    出力空胴
41    扁平導波管
42    標準導波管
44    出力導波管
46    高周波窓
48    伝送特性補正素子
【図１】
2007234343.tif 000003
【図２】
2007234343.tif 000004
【図３】
2007234343.tif 000005
【図４】
2007234343.tif 000006
【図５】
2007234343.tif 000007
【図６】
2007234343.tif 000008
【図７】
2007234343.tif 000009
【図８】
2007234343.tif 000010
【図９】
2007234343.tif 000011
【図１０】
2007234343.tif 000012
【図１１】
2007234343.tif 000013
【図１２】
2007234343.tif 000014