JPS592137B2 - 直進形クライストロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は空胴の１つに高調波空胴を用いた高能率直進
形クライストロンに関するものである。

従来から高能率の直進形クライストロンを得るためにい
くつかの発明がなされている。

例えば特開昭４６−５７６５号公報によれば、基本波空
胴のみの構成で、最終中間空胴の間隙中心とそのすぐ上
流の中間空胴の間隙中心間のドリフト長を低減プラズマ
波長λ、の１／４倍以上、５／１２倍以下、理想的には
１／３倍とし、この長いドリフト管において電子ビーム
中に発生する空間電荷力を有効に利用して電子ビームを
より強く集群させて高能率化を図るよう眞したものがあ
る。

ここで低減プラズマ波長はλ は２πｕｏ／ωグで良わ
？ される。

なおＵ は電子ビームの直流速度、ω。は低減プラズマ
角周波数である。

小信号時において、速度変調を受けた電子ビームｔ−１
−ドリフト長が１／４λ、の点で最大の密度変調を受け
、それ以上ではビーム中の基本波電流成分は減少する。

そして信号が大きくなれば、基本波電流成分の最大を生
ずる点はｉ ／ ４ Ａ ｙよりかなり小さくなる。

このだめ高能率化を図るために１／３λ、程度という異
常に長いドリフト管を１つ用いなければならない。

従ってこれは従来一般に使用されているものに比較して
管球の全長が長くなる。

このことは管の製造設備の大型化、取り扱いの困難さ、
及び管も含めた装置全体の大型化を招き、高能率化の利
点よりも全体として見た場合には不都合なものとなる。

また特公昭４７−３２３８６号公報に記載されているよ
うに、基本波空胴の他に第２高調波空胴を用いて、これ
によって電子ビームを強く集群させて、高能率化を図る
提案もある。

ところがこの構成によれば、同公報に記載された実施例
のような空胴配置の場合に基本波空胴４個、高調波空胴
１個の合計５個の空胴を用い、しかもごく狭帯域として
いるにも拘らず、利得が２０ ｄＢ以下で非常に低い。

従ってこの構成で高能率、高利得を得るためには実際に
は更に上流に１〜２個の空胴を設けなければならないも
のと考えられる。

そうすると空胴数の増加に伴い製造、調整上著しく困難
となり、また、管の全長も前述の長いドリフト管を用い
るものと大差なくなり同様の不都合が生ずる。

この発明の目的は直進形クライストロンにおいて基本波
空胴及び高調波空胴を適正に配置するととにより、管の
全長を従来のものに比べ非常に短りシラる高能率、高利
得の管を提供するものである。

以下図に依って本発明の詳細な説明する。

本発明における直進形クライストロンは、５空胴直進形
クライストロンで、電子ビームを発生する電子銃部１１
、電子ビームの直流エネルギーを高周波エネルギーに変
換する相互作用部１２、及び用済後の電子ビームを捕集
するコレクター３からなり、更に電子ビームを集束する
ために相互作用部１２を囲んで集束磁界発生装置（図示
せず）が設けられる。

相互作用部Ｌスは高周波電力が導入される入力空胴２１
と、電子ビームの流ｎにおいてそれのすぐ下流の前置中
間空胴２２と、高周波電力がとり出される出力空胴２５
と、そ九のすぐ上流の終段中間空胴２４と、さらに真中
の第２高訓波空胴２３とから成っている。

第２高調波空胴２３はこのクライストロンの中心動作周
波数ｆに対応する第２高調波周波数付近に同調され、但
の空胴は中心動作周波数ｆ 付近に同調されている。

従ってこれらを基本波空胴と記すことにするなおそｎぞ
れの空胴ばその中にドリフト管間隙をもつ。

そこで、上流から３番目に配置される第２高訓波空胴２
３ば、間隙中心２３ａがその前後の中間空胴２２，２４
の間隙中心間の中間、又は中間よりも下流にずらして配
置する。

つまりこれら空胴の間隙中心２２ａ、２３ａ、２４ａの
間の距離ｔ をｔ と同じか、又はｔ よりも小さくな
るように設置する。

また各空胴の同調周波数は次のように設定する。

入力空胴２１の同調周波数ｆ、そのすぐ下流の空胴２２
のそれｆ 及び出力空胴２５のそれｆ は狭帯域増幅
の場合は中心動作周波数ｆ。

又はその付近、広帯域増幅の場合はｆ かられずかに上
下にずらしてスタガ同調方式とする。

そこで、真中の第２高調波空胴２３の同調周波数ｆ は
第２高調波周波数２ｆ よシもわずかに低い周波数に設
定し、またそのすぐ下流の基本波空胴２４を動作周波数
ｆ よりもわずかに高い周波数に設定する。

このような配置における電子ビームの様子を第２図によ
って説明する。

第２図は、第１図に示した直進形クライストロンをディ
スクモデルを用いて、大信号動作をコンピューターシミ
ュレーションしたものである。

すなわちこれは電子の位相とビーム路に沿った前記低減
プラズマ波長りほよって正規化された距離とをプロット
したもので、アンプルゲイトダイアグラムと同等のもの
である。

この場合は基本波周波数の１周期にわたって一様に分布
している２４個の電子を追跡している。

相互作用部の各空胴の間隙中心の位置は横軸に記載して
いる。

まず入力空胴に導入された高周波電力に応じて空胴間隙
に高周波電界を生じ、この電界に応じて電子ビームは速
度変調される。

ドリフト管中には高周波電界が存在しないだめ、電子は
空胴と空胴との間の区間すなわちドリフト管中を走るう
ちに人力空胴で与えられた速度変調に応じて集群される
。

その結果、集群された電子ビームが第２番目の空胴間隙
２２ａを通過する際、ここへ高周波電界を発生せしめ更
に変調を受は集群される。

このように集群された電子ビームが上流から第３番目の
空胴すなわち高調波空胴に達すると、との空胴は前述し
たように管の動作周波数ｆ の２倍よりわずかに低い周
波数に同調されているとともにその位置が前後の中間空
胴間の中間あるいは中間よりも下流に配置されているの
で、電子ビームはそれまではある位相のところに集群す
るように運動してきたのが、この高調波空胴の間隙を通
過する際十分大きな速度変調を受け、通過後は２群に分
かれて各々が別々の位相に集群するようになる。

これは全体として見るとむしろ船群されるような速度変
調を受けることになるが、この高調波空胴は前後の空胴
間の比較的下流に置かれているのでこの高調波空胴に達
する迄にかなり集群しており、それまでに良く集群して
いる位相にある電子は少し船群し、集群していない位相
にある電子は集群される速度変調を受ける。

こうして結果的にはすぐ下流の基本波空胴に達する時に
は、電子ビームは非常に良く集群され、その速度も均一
化する。

この様子は第２図において第４番目の空胴の位置。

２４ａは１周期の約０．４倍の範囲に約８５％の電子が
ほぼ一様に存在し、更にその速度がほぼ一様であること
が、グラフの傾斜がすべてほぼ軸に平行であるというこ
とから明らかである。

高能率を得るためには、出力空胴へ入る電子ビームは良
く集群されていてかつできるだけ一様な速度を持つこと
が必要であるが、この発明において第４番目の空胴すな
わち高調波空胴のすぐ下流の空胴はクライストロンの動
作周波数ｆ より高い周波数に同調されているので、電
子ビームを更に強く集群するように働く。

このようにして出力空胴の位置２５ａにおける能率係数
Ｆ＝Ｉ／Ｉ は第３図に示す通り１．７以上という高
い値が達成される。

ここで■ は電子ビーム中の基本波電流成分、■。

は直流ビーム電流である。

第３図は本発明のものの能率係数のプロットしたもので
、出力空胴の位置で１．７４となっていることがわかる
。

ここで前述の従来例（特公昭４７−３２３８６）の実施
例と比べるとその優位性は明白である。

すなわちこの従来例では第２高調波に同調した空胴をよ
り上流に設けており、その場合前述したように第２高調
波空胴はそこに達する迄に電子ビームがかなり集群され
ていないと有効に作用しない。

従ってこの高調波空胴の上流に設ける基本波中間空胴が
１個の場合は、１個だけで電子ビームをかなり集群させ
なければならないため、高周波入力電力が多く必要とな
り、従って管の利得が低くなる。

実用的に充分高い利得を得るためには２個以上の基本波
空胴が必要となるわけである。

これに対して本発明は５つの空胴で第２高調波空胴を上
流から第３番目に設置するとともに空胴相互の位置及び
同調周波数を前述の通りに設定することにより、４０ｄ
Ｂ以上の高利得が達成でき、しかもこれは最小の空胴数
で、管の全長を短かく構成できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す概略図、第２図はこの
発明における電子の位相と正規化された距離とをプロッ
トしたもので、電子がビーム路に沿って集群する様子を
示した図、第３図はこの発明の能率係数Ｆ ＝Ｉ
／Ｉ と、正規化された距離とをプロットした特性図
である。 １１・・・・・・電子銃部、１２・・・・・・相互作用
部、１３・・・・・・コレクタ、２１・・・・・・人力
空胴、２２・・・・・・前置中間空胴、２３・・・・・
・第２高調波中間空胴、２４・・・・・・基本波終段中
間空胴、２５・・・・・・出力空胴、２１ａ〜２５ａ・
・・・・・各空胴の間隙中心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人力空胴、２個の基本波空胴と１個の第２高調波空
   胴とを有する中間空胴、及び出力空胴を有し、上記第２
   高調波空胴は電子ビームの上流から数えて３番目に配置
   するとともにその間隙中心位置は基本波に同調した前後
   の中間空胴の間隙中心間の中間又は中間よりも下流に配
   置されてなるととを特徴とする５空胴直進形クライスト
   ロン。 ２ 第２高調波空胴の同調周波数ｆ は動作周波数ｆ
   の２倍よりもわずかに低い周波数に設定さ〇 九でなる特許請求の範囲第１項記載のクライストロン。 ３ 第２高調波空胴のすぐ下流の基本波空胴の同調周波
   数ｆ は動作周波数ｆ よりも高い周波数に設定されて
   なる特許請求の範囲第１項記載のクライストロン。