(57)【要約】【課題】共振周波数や帰還電圧の振幅の調整幅も大きく、また安全性の高い高周波自励発振装置を提供する。【解決手段】高周波自励発振装置は、格子側路容量１５と外部導体２０と内部導体３０と中間導体５０と調整部６０とからなる。格子側路容量１５は、真空管のコントロール格子２に一端が接続され、他端が外部導体２０に接続される。接地される筒状の外部導体２０には、コントロール格子２が格子側路容量１５を介して接続される。接地される筒状の内部導体３０と中間導体５０は、外部導体２０と同心状に配置される。調整部６０は、環状の外側調整板６１と環状の内側調整板６２とからなる。真空管から発生する帰還電圧の周波数及び振幅は、外側調整板６１と内側調整板６２の短絡位置関係により調整可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極、コントロール格子及び陰極を有する３極以上の多極真空管を使用する高周波自励発振装置であって、該高周波自励発振装置は、
真空管のコントロール格子に一端が接続され、真空管から発生する帰還電圧の振幅を調整するための格子側路可変容量と、
接地される筒状の外部導体であって、真空管のコントロール格子が格子側路可変容量を介して外部導体に接続されるように、格子側路可変容量の他端が接続される外部導体と、
接地される筒状の内部導体であって、外部導体と同心状に配置され、真空管の陰極が接続される内部導体と、
真空管から発生する帰還電圧の周波数を、外部導体と内部導体との間を短絡する位置により調整可能な環状の周波数調整板と、
を具備することを特徴とする高周波自励発振装置。
【請求項２】
陽極、コントロール格子及び陰極を有する３極以上の多極真空管を使用する高周波自励発振装置であって、該高周波自励発振装置は、
真空管のコントロール格子に一端が接続される格子側路容量と、
接地される筒状の外部導体であって、真空管のコントロール格子が格子側路容量を介して外部導体に接続されるように、格子側路容量の他端が接続される外部導体と、
接地される筒状の内部導体であって、外部導体と同心状に配置され、真空管の陰極が接続される内部導体と、
接地される筒状の中間導体であって、外部導体と内部導体との間に同心状に配置される中間導体と、
環状の外側調整板と環状の内側調整板とからなる調整部であって、外側調整板が外部導体と中間導体との間を短絡する位置に配置され、内側調整板が内部導体と中間導体との間を短絡する位置に配置され、真空管から発生する帰還電圧の周波数及び振幅を、外側調整板と内側調整板の短絡位置関係により調整可能な調整部と、
を具備することを特徴とする高周波自励発振装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波自励発振装置において、４極真空管を使用する場合、真空管のコントロール格子は第１コントロール格子と第２コントロール格子とからなり、
前記格子側路容量は第１格子側路容量と第２格子側路容量とからなり、
前記第１コントロール格子は第１格子側路容量を介して外部導体に接続され、
前記第２コントロール格子は第１格子側路容量及び第２格子側路容量を介して外部導体に接続される、
ことを特徴とする高周波自励発振装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の高周波自励発振装置において、
前記外側調整板は、外部導体と中間導体との間を摺動自在に短絡し、
前記内側調整板は、内部導体と中間導体との間を摺動自在に短絡する、
ことを特徴とする高周波自励発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波自励発振装置に関し、特に、真空管を使用する高周波自励発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高周波自励発振装置の主要発振回路は、高周波加熱等に使用されるＬＦやＭＦ帯の高周波源として、ハートレー回路、コルビッツ回路、陽極同調回路等が知られている。しかしながら、一般に用いられる高周波自励発振装置は、大電力のＶＨＦ帯の高周波源に適用できないという問題点があった。
【０００３】
また、粒子加速器やプラズマ加熱等に使用されるＨＦやＶＨＦ帯の高周波源としては、例えば非特許文献１に記載のような、陽極同調回路を持つ他励振型増幅器が用いられいる。他励振型増幅器では、１００ＭＨｚで１ＭＷ以上の出力の装置が実用化されている。しかしながら、一段の増幅器の電力利得は実用上１３ｄＢ程度であり、電力が大きくなるに従い、増幅器の段数が増加し、各段の間のインピーダンス整合及び同調が必要となる。このため、非常に回路が複雑となり、製作費も高くなるという問題があった。また、負荷が粒子加速器の加速空胴のようにＱ値が数千−数万となる場合、増幅器と空胴の周波数を合わせるため、自動周波数同調回路が必要となり、また、増幅器と空胴のインピーダンス整合をとるため、自動整合回路が必要となっていた。
【０００４】
そこで、本願発明者の一人は、これらの問題点を解消すべく、特許文献１に開示の技術を発明した。特許文献１に開示の技術は、多極真空管を使用する自励発振装置であって、真空管の陽極回路、コントロール格子及び陰極に一端が接続される外部導体と中間導体と内部導体を略同軸状に配置すると共に、外部導体と内部導体の他端を互いに接続した２重同軸管を帰還電力回路としたものである。そして、中間導体の軸長を変化させる回路長可変部材と、対向位置を変化させるインピーダンス調整部材を設けることで、共振周波数及び帰還電圧の振幅調整が可能となり、安定した自励発振が可能なものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６０８３８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｆｕｊｉｓａｗａ，  Ｋ．Ｏｇｉｗａｒａ，  Ｓ．Ｋｏｈａｒａ，  Ｙ．Ｏｉｋａｗａ，  Ｉ．Ｙｏｋｏｙａｍａ，  Ｍ．Ｎａｇａｓｅ  ａｎｄ  Ｙ．Ｃｈｉｂａ  "Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｙｓｔｅｍ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＲＩＫＥＮ  ｒｉｎｇ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ"  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ，  Ａ２９１，１，  １９９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、帰還回路に１波長の高周波定在波を必要とするため、帰還回路が長くなるという問題がある。また、外部導体や中間導体、内部導体はすべて電気的に浮いた状態であり、運用上、安全性に問題があるため、導体全面を絶縁する必要があった。さらに、共振周波数や帰還電圧の振幅の調整幅も狭いため、特定の真空管に合わせて設計する必要が生じ、汎用性も低くコストが高くなるといった問題もあった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、共振周波数や帰還電圧の振幅の調整幅も大きく、また安全性の高い高周波自励発振装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による高周波自励発振装置は、真空管のコントロール格子に一端が接続され、真空管から発生する帰還電圧の振幅を調整するための格子側路可変容量と、接地される筒状の外部導体であって、真空管のコントロール格子が格子側路可変容量を介して外部導体に接続されるように、格子側路可変容量の他端が接続される外部導体と、接地される筒状の内部導体であって、外部導体と同心状に配置され、真空管の陰極が接続される内部導体と、真空管から発生する帰還電圧の周波数を、外部導体と内部導体との間を短絡する位置により調整可能な環状の周波数調整板と、を具備するものである。
【００１０】
また、本発明による高周波自励発振装置は、真空管のコントロール格子に一端が接続される格子側路容量と、接地される筒状の外部導体であって、真空管のコントロール格子が格子側路容量を介して外部導体に接続されるように、格子側路容量の他端が接続される外部導体と、接地される筒状の内部導体であって、外部導体と同心状に配置され、真空管の陰極が接続される内部導体と、接地される筒状の中間導体であって、外部導体と内部導体との間に同心状に配置される中間導体と、環状の外側調整板と環状の内側調整板とからなる調整部であって、外側調整板が外部導体と中間導体との間を短絡する位置に配置され、内側調整板が内部導体と中間導体との間を短絡する位置に配置され、真空管から発生する帰還電圧の周波数及び振幅を、外側調整板と内側調整板の短絡位置関係により調整可能な調整部と、を具備するものであっても良い。
【００１１】
また、４極真空管を使用する場合、真空管のコントロール格子は第１コントロール格子と第２コントロール格子とからなり、格子側路容量は第１格子側路容量と第２格子側路容量とからなり、第１コントロール格子は第１格子側路容量を介して外部導体に接続され、第２コントロール格子は第１格子側路容量及び第２格子側路容量を介して外部導体に接続される、ものであっても良い。
【００１２】
また、外側調整板は、外部導体と中間導体との間を摺動自在に短絡し、内側調整板は、内部導体と中間導体との間を摺動自在に短絡しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高周波自励発振装置には、共振周波数や帰還電圧の振幅の調整幅が大きく、また安全性も高いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の高周波自励発振装置を説明するための概略側断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置を説明するための概略側断面図である。
【図３】図３は、図２に対応する帰還回路の等価回路と電圧分布の一例である。
【図４】図４は、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置に４極真空管を用いた場合の構成を説明するための概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の第１実施例の高周波自励発振装置を説明するための概略側断面図である。なお、この実施例では、３極真空管を用いた場合の構成について説明する。図示の通り、本発明の第１実施例の高周波自励発振装置は、陽極１、コントロール格子２及び陰極３を有する３極真空管を用いるものであり、主に格子側路可変容量１０と、外部導体２０と、内部導体３０と、周波数調整板４０とから構成されている。高周波自励発振装置は、例えば粒子加速器の加速空洞に接続され、発生した高周波大電力が加速空洞に供給される。
【００１６】
ここで、格子側路可変容量１０は、真空管のコントロール格子２に一端が接続され、真空管から発生する帰還電圧の振幅を調整するものである。即ち、陽極回路４に発生する高周波電圧がコントロール格子２を通じて伝搬するが、この高周波電圧の振幅が格子側路可変容量１０の静電容量により調整されるため、所望の信号レベルとなるような静電容量に格子側路可変容量１０をセットすれば良い。
【００１７】
また、外部導体２０は、筒状であり接地されている。そして、外部導体２０には、格子側路可変容量１０の他端が接続されており、真空管のコントロール格子２が格子側路可変容量１０を介して外部導体２０に接続されている。即ち、コントロール格子２と外部導体２０が、格子側路可変容量１０を介して接続されている。陽極回路４に発生する高周波電圧は、格子側路可変容量１０を通して、外部導体２０と内部導体３０との間を伝搬し、コントロール格子２と陰極３の間に高周波励振電圧が発生する。
【００１８】
内部導体３０は、筒状であり接地されている。そして、内部導体３０は、外部導体２０と同心状に配置されている。また、内部導体３０には、真空管の陰極３が接続されている。このようにして、外部導体２０の内側に同心状に内部導体３０を配置し２重管構造とし、これらにより帰還回路が構成される。
【００１９】
なお、外部導体２０や内部導体３０は、何れも筒状であるが必ずしも円筒状である必要はなく、角筒状等であっても良い。また、これらは同心状に配置されていれば、直線状でなく途中で折れ曲がるような形状であっても良い。
【００２０】
そして、周波数調整板４０は、環状の導体であり、外部導体２０と内部導体３０との間を短絡するものである。周波数調整板４０の短絡位置により、真空管から発生する帰還電圧の周波数が調整される。より具体的には、周波数調整板４０は、外部導体２０と内部導体３０との間の空間に環状に存在するものであり、外部導体２０や内部導体３０の筒状の形状に合わせて構成されている。周波数調整板４０を用いることで、外部導体２０と内部導体３０により構成される帰還回路に、直列に結合するスタブ４５が構成される。そして、周波数調整板４０で短絡する位置を可変することによりスタブ４５の長さが変わり、その結果、真空管から発生する帰還電圧の周波数（共振周波数）が調整可能となるものである。周波数調整板４０の短絡位置を可変する構造としては、外部導体２０と内部導体３０との間を周波数調整板４０が摺動自在に短絡できれば良く、具体的には、例えば図示のように、環状の周波数調整板４０の内側及び外側がばね状に上下に折り曲げられて外部導体２０の内側面及び内部導体３０の外側面に適当な押圧力をもって接触するように構成されれば良い。
【００２１】
本発明の第１実施例の高周波自励発振装置は、以下のように自励発振する。即ち、陽極回路４に発生した高周波電圧が、格子側路可変容量１０を通り、帰還回路を構成する同軸構造の外部導体２０と内部導体３０の間の通路を伝搬し、スタブ４５に回り込んだ上で、陰極３とコントロール格子２の間に高周波励振電圧が発生する。このとき、帰還回路の長さ（周波数調整板４０の短絡位置）と格子側路可変容量１０の静電容量を所定通り調整することで、高周波自励発振装置は安定して自励発振する。即ち、陰極３とコントロール格子２の間に発生した高周波励振電圧と陽極電圧の位相が、コントロール格子２からみて同位相ならば発振の位相条件を満たすことになる。
【００２２】
このように構成された本発明の第１実施例の高周波自励発振装置において、陽極回路４はどのような回路であっても良く、帰還電圧の振幅及び共振周波数が容易に調整可能となる。また、外部導体２０や内部導体３０については、接地されているため電気的に浮いた状態とはならず、絶縁する必要もない。さらに、周波数調整板４０は外部導体２０と内部導体３０の間の端から端までの任意の位置に移動調整可能なので、その調整幅も大きく、ある程度の種類の真空管にも対応可能なため汎用性も高いものとなる。
【００２３】
次に、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置を図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置を説明するための概略側断面図である。なお、図示例では、３極真空管を用いた場合の構成について説明する。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしている。第１実施例の高周波自励発振装置と異なる点は、格子側路容量１５が可変容量ではなく特定の容量である点である。また、外部導体２０と内部導体３０の間に中間導体５０がさらに配置されている。そして、各間に調整部６０が設けられている。以下、異なる点を中心に詳細に説明する。
【００２４】
格子側路容量１５は、第１実施例と同様に真空管のコントロール格子２に一端が接続されている。そして、他端は外部導体２０に接続されている。例えば、格子側路容量１５はシート状のものであり、コントロール格子２の接続端子と外部導体２０との間にサンドイッチされれば良い。
【００２５】
中間導体５０は接地されている筒状のものであり、外部導体２０と内部導体３０との間に同心状に配置されるものである。これにより３重構造となる帰還回路が構成される。
【００２６】
そして、調整部６０は、環状の外側調整板６１と環状の内側調整板６２とからなるものである。外側調整板６１は、外部導体２０と中間導体５０との間を短絡する位置に配置されている。内側調整板６２は、内部導体３０と中間導体５０との間を短絡する位置に配置されている。そして、真空管から発生する帰還電圧の周波数及び振幅を、外側調整板６１と内側調整板６２の短絡位置関係により調整可能なものである。外側調整板６１や内側調整板６２の短絡位置を可変する構造としては、外側調整板６１が外部導体２０と中間導体５０との間を摺動自在に短絡し、内側調整板６２が内部導体３０と中間導体５０との間を摺動自在に短絡できれば良い。具体的には、例えば外側調整板６１の内側及び外側がばね状に折り曲げられて、外部導体２０の内側面及び中間導体５０の外側面に適当な押圧力をもって接触するように構成し、これにより外部導体２０と中間導体５０との間を外側調整板６１が摺動自在に短絡できれば良い。また、同様に、内側調整板６２の内側及び外側がばね状に折り曲げられて、内部導体３０の外側面及び中間導体５０の内側面に適当な押圧力をもって接触するように構成し、これにより内部導体３０と中間導体５０との間を内側調整板６２が摺動自在に短絡できれば良い。
【００２７】
外部導体２０と内部導体３０、それに中間導体５０により構成される帰還回路に発生する帰還電圧の陽極電圧に対する位相及び振幅を、帰還回路に直列に結合する第１スタブ４６及び第２スタブ４７の長さにより真空管から発生する帰還電圧及び周波数（共振周波数）が調整可能となるものである。外側調整板６１及び内側調整板６２の短絡位置を変えることにより、第１スタブ４６及び第２スタブ４７の長さが変わることから、これらの調整により、自励発振を安定的に発生させることが可能となる。
【００２８】
ここで、図３に、図２に対応する帰還回路の等価回路と電圧分布の一例を示す。可変コンダクタ及び可変インダクタが、図２の第１スタブ４６及び第２スタブ４７の等価回路表示である。また、Ｃ１が格子側路容量１５の静電容量であり、Ｃｐｇが陽極１−コントロール格子２間の容量であり、Ｃｇｋはコントロール格子２−陰極３間の容量である。
【００２９】
本発明の第２実施例の高周波自励発振装置は、以下のように自励発振する。即ち、陽極回路４に発生した高周波電圧が、格子側路容量１５を通り、帰還回路を構成する同軸構造の外部導体２０、内部導体３０及び中間導体５０の間の通路を伝搬し、第１スタブ４６及び第２スタブ４７に回り込んだ上で、陰極３とコントロール格子２の間に高周波励振電圧が発生する。このとき、帰還回路の長さ、即ち、調整部６０の短絡位置関係により、共振周波数及び帰還電圧が所定通りに調整される。これにより、高周波自励発振装置は安定して自励発振する。即ち、陰極３とコントロール格子２の間に発生した高周波励振電圧と陽極電圧の位相が、コントロール格子２からみて同位相ならば発振の位相条件を満たすことになる。
【００３０】
このように構成された本発明の第２実施例の高周波自励発振装置において、陽極回路４はどのような回路であっても良く、帰還電圧の振幅及び共振周波数が容易に調整可能となる。また、外部導体２０、内部導体３０及び中間導体５０については、接地されているため電気的に浮いた状態とはならず、絶縁する必要もない。さらに、調整部６０は外部導体２０と中間導体５０、及び内部導体３０と中間導体５０とのそれぞれの間の端から端までの任意の位置に移動調整可能なのでその調整幅も大きく、ある程度の種類の真空管にも対応可能なため汎用性も高いものとなる。
【００３１】
次に、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置において、４極真空管を用いた場合の構成について説明する。図４は、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置に４極真空管を用いた場合の構成を説明するための概略断面図である。図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図２の例と異なる点は、真空管が４極管なのでその格子が第１コントロール格子５及び第２コントロール格子６からなる点である。また、格子側路容量が、第１格子側路容量１６と第２格子側路容量１７とからなっている。
【００３２】
そして、第１コントロール格子５は、第１格子側路容量１６を介して外部導体２０に接続されている。また、第２コントロール格子６は、第１格子側路容量１６及び第２格子側路容量１７を介して外部導体２０に接続されている。即ち、真空管の極数が増えるごとに格子側路容量が格子側路容量間に介在し、積層されていくように構成されている。なお、図示例では、各コントロール格子は積層されていく格子側路容量を介して外部導体に接続されているが、本発明はこれに限定されず、各コントロール格子が個々の格子側路容量をそれぞれ介して外部導体に接続されても良い。
【００３３】
このように、本発明の第２実施例の高周波自励発振装置では、４極真空管であっても各コントロール格子が格子側路容量を介して外部導体に接続されるように構成すれば良い。また、４極真空管以上の例えば５極真空管であっても、同様に格子側路容量を介して外部導体にコントロール格子が接続されるように構成すれば良い。
【００３４】
このように構成しても、上述の図示例と同様に、調整部の外部調整板と内部調整板の短絡位置関係により、真空管から発生する帰還電圧の周波数及び振幅を調整することが可能となる。
【００３５】
なお、本発明の高周波自励発振装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
１    陽極
２    コントロール格子
３    陰極
４    陽極回路
５    第１コントロール格子
６    第２コントロール格子
１０    格子側路可変容量
１５    格子側路容量
１６    第１格子側路容量
１７    第２格子側路容量
２０    外部導体
３０    内部導体
４０    周波数調整板
４５    スタブ
４６    第１スタブ
４７    第２スタブ
５０    中間導体
６０    調整部
６１    外側調整板
６２    内側調整板
【図１】
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【図２】
2013258578.tif 000004
【図３】
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【図４】
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