JPH0384833A - 横方向出力抽出を用いるジャイロトロンのためのコレクタｒｆ損失構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野コ 本発明はマイクロ波出力を発生させるためのジャイロト
ロン電子管に関するものである。 ［従来の技術］ 在来のジャイロトロンは通常ＴＥ電場のモードで動作す
る。出力は出力窓を通じて円対称を維持するコレクタ空
胴から取り出され、ビームは僅かでも出力窓に到達する
ことが無いように円筒形コレクタの内部表面へと外向き
に方向転換されている。それからのｒｆエネルギーは、
一般に高次のモードである相互作用空胴におけるモード
と同様のモードである。 高次のモードの対称性が、円形ガイドにおけるＴ　Ｅ　
１１モードあるいは矩形ガイドにおけるＴ　Ｅ　１０モ
ードのような基本モードで相互作用空胴から直接導波管
にエネルギーを取出すために用いられうる。しかし、低
次のモードにいくらかの残余結合があり、それは出力ア
バ−チャが低次のモードについてカットオフされないこ
ともあるのでコレクタ領域に伝えられうる。 基本モードでエネルギーを取出す方法にゆいて多くの方
法が試みられてきた６例えば１９８０年４月２９日にＲ
ｏｂｅｒｔ　Ｓ　、　Ｓ　ｙｗＩｏｎｓに特許された米
国特許第４，２００，８２０号には波を反射させるため
の疑似光学ミラーが記載されている。 これは出力アバ−チャの局所場のために完全には成功し
なかった。コレクタへ好ましくないエネルギーが侵入す
るという問題が前記の従来技術には生じていないのは、
コレクタが出力導波管として用いられたからである。し
かし、コレクタ内で反射された波動エネルギーは相互作
用空胴に再度入り、所望の電場パターンを歪め、仕切り
モードに揺らぎを生じさせ、あるいはカソードと相互作
用回路との間の領域におけるビーム集中を混乱させる。 ［発明の概要］ 本発明の目的は、コレクタに入る如何なるモードの有害
エネルギーも反射されるよりも吸収されるような導波管
からの横方向に結合された出力エネルギーを持つジャイ
ロトロンを提供することである。これはコレクタの下流
端部、好ましくはビーム衝撃領域を過ぎた部分を損失の
ある抵抗層でコーティングすることにより遠戚される。 損失を増やすためにコレクタの横方向の大きさは不要な
波のモードに対して導波管カットオフ近くまで或はそれ
をこえて先細になっている。 ［実施例］ 第１図は本発明を実施するジャイロトロンのｔｒＩＩ造
の略示図である。カソード構造体ＩＯが絶縁された導入
線１４を通じて給電される内部放射加熱器（図示せず）
によって加熱される切頭形の電子放出面１２を有する。 金属性真空エンベロブ１９から中空誘電性円筒１８によ
って支えられる中空円錐形アノード１６がエミッター１
２から電子の中抜きビーム２０を取出す、軸線方向の磁
場がビーム２０を屈折させて、方位角運動成分を生じさ
せ、また半径方向の運動を制限する。アノード１６は中
空ビーム２０の集中を改善し、それに軸線方向の運動成
分を与えるために、エミッター１２よりも大きなテーパ
ー状を有してもよい、アノード１６を離れた後にビーム
２０は軸線方向電場によって真空エンベロブ１９の開口
端板２１へ向けて更に加速されてもよい、この領域内で
軸線方向の磁場はビーム直径を減じ、軸線方向速度が損
失するところで横方向速度が増加するように増加する、
ビーム２０は入力アイリス２２を通過する。 該アイリスは好適には動作周波数に対する導波管として
カットオフされる直径である。アイリス２２を通ってビ
ーム２０は相互作用チェンバ２４を通過し、出力アイリ
スを通って拡大されたビームコレクタ２８へ進む、コレ
クタ２８において、軸線方向の磁場は急激に減少し、ビ
ームは冷却液と接触するコレクタ２８の壁面上で分散さ
せられる前に、磁場及び空間電荷力の下で拡散される。 　空１ｒ４２４はＴ　Ｅ　ｅ　＋又はＴＥｌ、といった
高次のモードで共鳴し、電子の運動の横方向成分と相互
に作用する。この形態においては、発生した電磁波エネ
ルギーは導波管３４と誘電真空窓３６を介して有益なロ
ード（図示せず）に通じるアパーチャ８０．３２を通し
て取り出される。 出力ボート３０の適切な対称配置は相互作用空Ｆ２４内
で低次モードの励起をバランスアラ）　（ｂａｌａｎｃ
ｅ　ｏｕｔ）できる、しかし、このような中性化は決し
て完全ではなく、低次のモードにおける幾らかの残余エ
ネルギーを生じうる。ビーム２０が相互作用空胴を離れ
てコレクタ空胴２８に入るときに通るアパーチャ２６は
通常、高次の所望の相互作用モードのためにカットオフ
されるに十分小さい大きさである。しかし、多くの低次
のカットオフ周波数を有するところの偶然に励起された
低次の好ましくないモードが、アパーチャ２６を通って
コレクタ２８に容易に伝えられる。　高次のモードのジ
ャイロトロンにおいては、所望のモードの代わりに振動
することのない低次のモードの十分なｒｆクローィング
を提供することを要求される。横方向出力取り出しのジ
ャイロトロンについては、このローディングは典型的に
は出力が吸収されるコレクタ領域内に波動を伝えること
を許すことによって与えられる。 Ｒｆ損失はこのエネルギーが反射され、相互作用回路に
戻されることを防ぐためにもたらされなければならない
。 従来技術においては、コレクタは出力導波管としても働
くので銅のような低損失金属で作られていた。上記の横
方向出力結合アパーチャによって励起される如何なる低
次モードも拡大されたコレクタ２８内の多数のフィール
ドパターンで共鳴し、高いフィールドをつくる。該フィ
ールドはアパーチャ２６を通じて再伝達され、相互作用
空胴２４に戻され、また、入力アパーチャ２２通してカ
ソード領域にも伝達され、該領域でビーム流及び所望の
電子相互作用の双方を混乱しうる０本発明はコレクタ２
８の内側で直接、これらの低次モードからエネルギーを
吸収するための手段４２を含む。 好ましくない波動エネルギーを吸収するための従来技術
の手段は、波動吸収物質を含む。 幾つかの場合において、金属炭化物の粒子がロードされ
たベリリア・セラミックスまたはアルミナのような損失
のある誘電体が用いられたが、このような金属の熱放散
利用はジャイロトロンに伴う高出力にたいしては不十分
である。エネルギーを吸収するためのもう一つの手段は
電磁共鳴と結合した高周波数電流に対して高抵抗を示す
金属で導体の表面をコートすることであった。しかし、
総損失利用は通常、コレクタから反射されたエネルギー
を十分な値に減じるには不十分である６本発明に従うと
、この損失はマイクロ渡場をを集中するように成形する
ことによって多くのフォールドが増やされ、それ故、エ
ネルギーを放出する表面電流が増加する。これを行うた
めに、コレクタの横方向の大きさは波動エネルギーが相
互作用領域から離れコレクタ下方へ流れるような小さな
値に先細に作られ、より高い循環電流と結合し、より小
さい体積に集中する。加えて損失の増大は、導波管の大
きさが減少させられるに従って、導波管がそのカットオ
フ周波数に近づき、蓄積したエネルギーと電磁界の増加
を伴うというようなコレクタの特性によって引き起こさ
れる。正確な導波管カットオフポイントでは、エネルギ
ーはそれ以上軸線方向には伝わらず、理論的に損失は無
限大に近づく、第１図に示された実施例においては、コ
レクタ２８の遠方端部は再入可能な円錐状要素で、その
中央は波動がコレクタの下方に伝わり、そのエネルギー
がより小さな範囲に押し込められるようなものである。 第１図の場合において円錐は同報導電性円筒間の距離が
非常に小さいまさにその端。 部で同軸円筒を離れて終わり、従って、極めて低いイン
ピーダンスの同軸線を形成し、それは高循環電流及び高
損失を意味する。導波管のこの特別な部分は幾つかの可
能な共鳴モー鼾に対してカットオフされる９代わりに、
間隔は基本のＴＥＭ同軸線モードを除いた全てのモード
がカットオフされるポイントまでスムーズにかつ徐々に
狭められうる。 電子ビーム２０によって実際に衝撃を受けるコレクタ表
面の部分はは、損失のある物質でコートされてもよいが
、もし出力密度が非常に高ければ、コート表面は剥き出
しのままで、衝撃を受けない部分だけに損失のある物質
がコートされてもよい、中央円錐体の外側表面はコート
されてもよいが、中央要素が実際に幾らかの電子を遮断
するように作られてもよい。 第２図は僅かに異なる実施例の軸線方向の断面図である
。ここではコレクタ２８の外径が単純に一点に向かって
徐々に先細に成っている。あらゆるモードがそのカット
オフポイントに到達する軸線方向の位置では、そのモー
ドについての損失は非常に高い、この構成は、コレクタ
の全長が第１図に示したものより幾分長くなり、導波管
の全長が非常に大きく戒りうるのでジャイロトロンには
不都合になりうる。 上記の好適な実施例は例示であって、それによって限定
されるものではない、別の実施例は当業者には明らかで
あろう０本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限
定される。 ３、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するジャイロトロンの軸線方向の
断面図である。 第２図は別のコレクタの軸線方向の断面図である。 ［主要符号の説明］ ２０・・・電子ビーム ２２．２６・・・アパーチャ ２８・・・コレクタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ジャイロトロン電子管であつて： 中空回路であって、電子ビームと前記回路の高次電磁モ
   ードとの相互作用のための中空回路； 前記相互作用回路から生じた波動エネルギーを直接有益
   なロードに結合するための手段；ならびに 前記回路から中空コレクタ中に送られた電子ビームを通
   すためのアパーチャであって、前記高次のモードの伝播
   のためにカットオフされ、前記高次のモードよりも低次
   のカットオフ周波数を有する少なくとも１つの低次のモ
   ードを伝播するところのアパーチャ； とから成り、前記コレクタが前記低次のモードから伝播
   されたエネルギーを吸収するための損失のある物質を含
   み、また、前記コレクタは前記アパーチャからの距離が
   離れるに従い少なくとも１つのより小さな横方向の大き
   さをもつテーパー状であり、それによって、前記伝播さ
   れたエネルギーの場が前記伝播エネルギーのより高い吸
   収のために集中されているところのジャイロトロン電子
   管。 ２、前記コレクタの大きさがこのような低次のモードが
   カットオフになるまで減じられるところの、請求項１記
   載のジャイロトロン。 ３、前記コレクタが前記ビームの軸線に関して回転形状
   であるところの請求項１記載のジャイロトロン。 ４、前記テーパー状の大きさが前記コレクタの半径方向
   の開口であるところの請求項３記載のジャイロトロン。 ５、前記コレクタがその外壁の内側に再入可能な円錐断
   面を有し、前記テーパー状の大きさが前記円錐断面と前
   記外壁との問の半径方向の分離部分であるところの請求
   項３記載のジヤイロトロン。 ６、前記損失のある物質が前記コレクタの内壁の高抵抗
   コーティングであるところの請求項１記載のジャイロト
   ロン。 ７、前記テーパー状の大きさが再入可能でないコレクタ
   の直径であるところの請求項３記載のジャイロトロン。