JP5136906B2 - 電子銃及び電子管 - Google Patents

Description

本発明はウェネルトを備えたピアス型の電子銃及びそれを有する電子管に関する。

進行波管やクライストロン等は電子銃から放出された電子ビームと高周波回路との相互作用によりＲＦ（Radio Frequency）信号の増幅や発振等を行うために用いる電子管である。進行波管１は、例えば図１２に示すように、電子ビーム５０を放出する電子銃１０と、電子銃１０から放出された電子ビーム５０とＲＦ信号とを相互作用させる高周波回路であるヘリックス２０と、ヘリックス２０から出力された電子ビームを捕捉するコレクタ３０と、電子銃１０から電子を引き出すと共に電子銃１０から放出された電子ビーム５０をスパイラル状のヘリックス２０内に導くアノード４０とを有する構成である。

電子銃１０は、熱電子を放出するカソード１１と、カソード１１に熱電子を放出させるための熱エネルギーを与えるヒータ１２と、熱電子を集束して電子ビーム５０を形成するためのウェネルト１３とを備えている。

カソード１１及びウェネルト１３には、電源装置（不図示）からヘリックス２０の電位（HELIX）を基準に負の直流電圧であるヘリックス電圧（Ebody）が供給され、アノード４０にはカソード１１の電位（H/K）を基準に正の直流電圧であるアノード電圧（Ea）が供給される。また、コレクタ３０にはカソード１１の電位（H/K）を基準に正の直流電圧であるコレクタ電圧（Ecol）が供給され、ヒータ１２にはカソード１１の電位（H/K）を基準に負の直流電圧であるヒータ電圧（Ef）が供給される。ヘリックス２０は、通常、進行波管１のケースに接続されて接地される。なお、図１２はコレクタ３０を１つ備えた進行波管１の構成例を示しているが、進行波管１には複数のコレクタ３０を備える構成もある。

進行波管１は、通常、カソード１１の電位（H/K）を基準にして各電極に供給する電圧を規定するため、以下では、カソード１１の電位（H/K）を「０Ｖ」と称する。また、カソード１１の電位（H/K）を基準とする正の直流電圧を単に「正電圧」と称し、カソード１１の電位（H/K）を基準とする負の直流電圧を単に「負電圧」と称する。

電子銃１０から放出された電子ビーム５０は、カソード１１とへリックス２０の電位差によって加速されてヘリックス２０内に導入され、ヘリックス２０の一端（ＲＦ入力）から入力されたＲＦ信号と相互作用しながらヘリックス２０の内部を進行する。ヘリックス２０の内部を通過した電子ビーム５０はコレクタ３０で捕捉される。このとき、ヘリックス２０の他端（ＲＦ出力）からは電子ビーム５０との相互作用によって増幅されたＲＦ信号が出力される。

ところで、図１２に示した進行波管１では、図１３に示すようにアノード電圧（Ea）を０Ｖにしても、カソード１１から電子ビーム５０がわずかに放出される。これは、アノード４０を挟んでカソード１１と対向して配置される電極（例えば、ヘリックス２０）とカソード１１との電位差によって発生する電界のエネルギーがアノード４０を通過してカソード１１の表面にまで到達し（図１３の電気力線を参照）、該エネルギーによってカソード１１から電子が引き出されることによる。この２つの電極の電位差によって発生する電界のエネルギーのことを、以下では「電位差エネルギー」と称す。

アノード電圧（Ea）を０Ｖにしてもカソード１１から放出される電子ビーム５０は熱雑音として観測される。したがって、背景技術の電子管では、カソード１１からの電子ビーム５０の放出を完全に停止させる場合、アノード４０に負電圧（通常、数Ｖから数百Ｖ程度）を供給している。

カソード１１から放出される電子の量は、ウェネルト１３に印加する電圧（ウェネルト電圧（Ew））でも制御することが可能である。但し、その場合でもカソード１１から放出される電子ビーム５０を完全に停止させるには、ウェネルト１３に負電圧を供給する必要がある。

なお、ウェネルト１３によって電子を集束するピアス型の電子銃１０を備えた進行波管１の構成については、例えば特許文献１にも記載されている。特許文献１では、アノードとヘリックス間に電流抑制素子（例えば、抵抗器）を挿入した構成が記載されている。

特開２００５−１１６３５５号公報

上述したように、背景技術の電子管では、カソードからの電子ビームの放出を完全に停止させる場合、アノードに負電圧を供給する必要がある。一方、進行波管の通常動作時、アノードには正電圧を供給する。

したがって、アノード電圧（Ea）によって電子ビーム５０のＯＮ／ＯＦＦを制御したい場合、アノード電圧（Ea）を生成する回路（以下、アノード電圧生成回路と称す）では、正電圧／負電圧をそれぞれ生成する必要がある。そのため、アノード電圧生成回路の構成が複雑になり、大型化する問題がある。

同様に、ウェネルト電圧（Ew）によって電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御する場合でも、ウェネルト電圧（Ew）を生成する回路（以下、ウェネルト電圧生成回路と称す）の構成が複雑になり、大型化する。特に、ウェネルト電圧（Ew）によって電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御する場合は、アノード電圧生成回路に加えてウェネルト電圧生成回路も必要になるため、これらの回路を含む電源装置全体が大型になってしまう。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、アノード電圧によって電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御する場合に、電源装置の大型化を招くことなく、カソードからの電子ビームの放出を完全に停止させることが可能な電子銃及びそれを備えた電子管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電子銃は、電子を放出するカソードと、
前記カソードの電位を基準とする負の直流電圧であるヒータ電圧が供給されるヒータと、
前記ヒータと接続され、前記ヒータ電圧が供給される、前記カソードから放出された電子を集束して電子ビームを形成するためのウェネルトと、
を有する。

一方、本発明の電子管は、上記電子銃と、
前記電子銃から電子を引き出すアノードと、
を有する。

本発明によれば、アノード電圧によって電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御する構成において、回路の大型化を招くことなく、電子ビームをＯＦＦする場合に、カソードからの電子ビームの放出を完全に停止させることが可能になる。

第１の実施の形態の電子銃及びそれを備える電子管の一構成例を示す模式図である。 第１の実施の形態の電子銃及びそれを備える電子管の一構成例を示す模式図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。 背景技術の電子銃及びそれを備える電子管の構成を示す模式図である。 背景技術の電子銃及びそれを備える電子管の構成を示す模式図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。

以下では、ウェネルト１３によって電子を集束するピアス型の電子銃１０を備えた進行波管１（図１２及びＢ参照）を例にして本発明について説明するが、本発明は、ピアス型の電子銃を備える電子管であれば、どのような電子管にも適用できる。
（第１の実施の形態）
図１及び図２は第１の実施の形態の電子銃及びそれを備える電子管の一構成例を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態の電子銃１０は、ウェネルト１３にヒータ電圧（Eh）の出力端が接続された構成である。そのため、本実施形態のウェネルト１３には、カソード１１と同電位（＝０Ｖ）ではなく、負電圧であるヒータ電圧（Ef）が供給される。

このような構成では、カソード１１の表面を取り囲むウェネルト１３に負電圧であるヒータ電圧（Ef）が常時供給されるため、図２に示すように、アノード電圧（Ea）を０Ｖにするだけで、電位差エネルギーがカソード１１の表面に到達するのを抑制できる。

但し、カソード１１からの電子ビーム５０の放出を完全に停止させるには、比較的高い値の負電圧（数Ｖから数百Ｖ程度）をウェネルト１３に供給する必要がある。しかしながら、その場合でもウェネルト１３に供給する負電圧に応じて該負電圧で最適に動作するヒータ１２を選択すれば、電子銃１０としては何ら問題なく動作する。

第１の実施の形態の電子銃によれば、アノード電圧（Ea）を０Ｖにするだけで、カソード１１からの電子ビーム５０の放出を完全に停止させることができる。一方、アノード４０に正電圧を供給すれば、該正電圧によって発生する電界が支配的になるため、カソード１１から電子ビーム５０が出射される。したがって、アノード４０に正電圧または０Ｖを供給するだけで電子ビーム５０のＯＮ／ＯＦＦを制御することが可能であり、電子ビーム５０のＯＦＦ時にカソード１１からの電子ビーム５０の放出を完全に停止させることできる。アノード電圧（Ea）を０Ｖにするには、スイッチ等を用いてアノード電圧（Ea）の出力端をカソード１１の電位（H/K）と接続すればよい。そのため、アノード電圧生成回路を簡易に構成することが可能であり、回路の大型化を招くことがない。

また、ウェネルト１３には既存のヒータ電圧（Eh）を供給するため、ウェネルト電圧生成回路が不要である。そのため、新たな電圧発生回路を設ける必要がなく、アノード電圧生成回路を含む電源装置の大型化を防止できる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、電位差エネルギーがカソード１１の表面に到達するのをより効果的に抑制できる電子管を提案する。電子銃１０の構成及び進行波管１の構成は第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

図３〜図１１は第２の実施の形態の電子管の要部を拡大した様子を示す断面図である。

図１３に示したように、電子ビーム５０のＯＦＦ時、電位差エネルギーはアノード４０に設けられた電子ビーム５０が通過する空孔を介してヘリックス２０等からカソード１１の表面に到達する。

したがって、カソード１１の表面に電位差エネルギーが到達し難いようにウェネルト１３あるいはアノード４０の形状を工夫すれば、ウェネルト１３に供給する負電圧の値が比較的低くても電位差エネルギーがカソード１１の表面に到達するのを防止できる。

このような効果が得られるウェネルト１３の具体的な形状例としては、図３及び図４に示すようにウェネルト１３の端部を電子ビーム５０の進行方向に延伸した形状、あるいは図５及び図６に示すようにカソード１１の側面を覆う部位を電子ビーム５０の進行方向に延伸した形状が考えられる。

一方、上記の効果が得られるアノード４０の具体的な形状例としては、図７に示すように電子ビーム５０が通過する空孔の周縁部をカソード１１（電子銃１０）の方向へ延伸した形状、図８に示すように電子ビーム５０が通過する空孔の周縁部をヘリックス２０の方向（電子ビーム５０の進行方向）に延伸した形状、あるいはそれらを併用した形状（図９及び図１０参照）が考えられる。また、図１１に示すようにアノード４０自体を厚く形成しても同様の効果が得られる。なお、これらのアノード形状を採用する場合は、空孔内を電子ビーム５０がより通過し易いように、電子銃１０側の空孔径がヘリックス２０側の空孔径よりも大きくなるように形成することが望ましい。

第２の実施の形態によれば、図３〜図１１に示した形状のウェネルト１３あるいはアノード４０を採用することで、電位差エネルギーがカソード１１の表面により到達し難くなるため、ウェネルト１３に供給する負電圧の値を低くできる。そのため、第１の実施の形態の電子銃に比べてヒータ電圧を低くすることが可能であり、ウェネルト１３に供給する負電圧に応じたヒータ１２を選択する等の、ヒータ１２に対する制約を無くすことができる。

１ 進行波管
１０ 電子銃
１１ カソード
１２ ヒータ
１３ ウェネルト
２０ へリックス
３０ コレクタ
４０ アノード
５０ 電子ビーム

Claims (6)

1. 電子を放出するカソードと、
   前記カソードの電位を基準とする負の直流電圧であるヒータ電圧が供給されるヒータと、
   前記ヒータと接続され、前記ヒータ電圧が供給される、前記カソードから放出された電子を集束して電子ビームを形成するためのウェネルトと、
   を有する電子銃。
2. 前記ウェネルトは、
   端部が前記電子ビームの進行方向に延伸した形状である請求項１記載の電子銃。
3. 前記ウェネルトは、
   前記カソードの側面を覆う部位が前記電子ビームの進行方向に延伸した形状である請求項１記載の電子銃。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の電子銃と、
   前記電子銃から電子を引き出すアノードと、
   を有する電子管。
5. 前記アノードは、
   前記電子ビームが通過する空孔の周縁部が前記電子銃の方向へ延伸した形状である請求項４記載の電子管。
6. 前記アノードは、
   前記電子ビームが通過する空孔の周縁部が該電子の進行方向へ延伸した形状である請求項４記載の電子管。

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