JPH0464132B2

JPH0464132B2 -

Info

Publication number: JPH0464132B2
Application number: JP27241184A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Sato
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1992-10-14
Also published as: JPS61148747A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、大電力クライストロンの出力回路の
構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to the structure of an output circuit for a high power klystron.

（従来の技術）大電力クライストロンは、高周波を増幅する機
能をもつ電子管であり、一般に、電子ビームを発
生させる電子銃部と、電子ビームのもつエネルギ
を高周波エネルギに変換する高周波回路部と、電
子ビームを捕捉するコレクタ部と、電子ビームを
集束させるビーム集束装置と、高周波の入出力回
路等がその主な構成要素である。(Prior Art) A high-power klystron is an electron tube that has the function of amplifying high-frequency waves, and generally includes an electron gun section that generates an electron beam, a high-frequency circuit section that converts the energy of the electron beam into high-frequency energy, and an electron gun section that generates an electron beam. Its main components include a collector section that captures the beam, a beam focusing device that focuses the electron beam, and a high-frequency input/output circuit.

第２図に従来の大電力クライストロンの典形的
な構造例を示す。同図において、１は電子銃部を
示し、この中にカソード、アノード、ウエーネル
ト電極とそれらの支持体、そしてカソードを加熱
するためのヒータ等が含まれる。２〜４が高周波
回路部を示し、大電力クライストロンにおいては
空胴が縦続接続された構造である。２は入力空胴
を、３は複数個の中間空胴を、４は出力胴をそれ
ぞれ示す。５はコレクタ部を示しており、冷却の
方法として水冷、空冷、蒸発冷却等の方法がとら
れる。上部ヨーク６ａ、側面ヨーク６ｂ、下部ヨ
ーク６ｃは磁束の通路であり、７は起磁力を発生
させるコイルである。６〜７を総称してビーム集
束装置という。更に、出力空胴４で発生する電力
は扁平導波管８、２つのベンド導波管、ステツプ
導波管９を経て出力窓１０に至り、ここから外部
負荷へ出力として供給される。出力窓１０は、ク
ライストロンを気密に保つと同時に大電力の電磁
波を管外に供給するため、内部にセラミツクを有
する。 FIG. 2 shows a typical structural example of a conventional high-power klystron. In the figure, reference numeral 1 indicates an electron gun section, which includes a cathode, an anode, a Wehnelt electrode, a support thereof, a heater for heating the cathode, and the like. Reference numerals 2 to 4 indicate high frequency circuit sections, which have a structure in which cavities are connected in cascade in a high power klystron. 2 indicates an input cavity, 3 indicates a plurality of intermediate cavities, and 4 indicates an output cavity. Reference numeral 5 designates a collector section, which is cooled by water cooling, air cooling, evaporative cooling, or the like. The upper yoke 6a, the side yoke 6b, and the lower yoke 6c are paths for magnetic flux, and 7 is a coil that generates a magnetomotive force. 6 to 7 are collectively referred to as a beam focusing device. Further, the power generated in the output cavity 4 passes through a flat waveguide 8, two bend waveguides, and a step waveguide 9 to reach an output window 10, from which it is supplied as output to an external load. The output window 10 has ceramic inside to keep the klystron airtight and at the same time supply high-power electromagnetic waves to the outside of the tube.

次にクライストロンの動作について簡単に説明
する。電子銃のヒータに規定の電圧を印加する
と、カソードが加熱され熱電子を放出する。この
熱電子はアノード、ウエーネルト電極に印加され
る電圧により電子ビームとして成形、加速され、
高周波回路部に入る。高周波回路は複数個の空胴
が縦続配置された構造であり、各空胴は通常リエ
ントラント形で内部にドリフト管を有している。
電子ヒームはドリフト管の内部を進行する。高周
波回路部の入力空胴２に導入される入力電力は電
子ビームを速度変調し、中間空胴群３の働きによ
り変調が強化され、ビームの密度変調に変化した
ところで出力空胴４により増幅された電力として
とり出される。この電力は扁平導波管８、ベンド
導波管、ステツプ導波管９、出力窓１０を介して
外部負荷へ供給される。コレクタ５は電子ビーム
のもつ運動エネルギを熱として管外へ放出する。
電子ビームを所定の径に保つため、クライストロ
ンの高周波回路部軸近辺には強い軸方向磁界が必
要である。このため、高周波回路の外周にはコイ
ル７が設置され、これに電流を流すことによつて
起磁力を得る。これにより軸近辺には強い軸方向
磁界が誘起されるが、この磁力線の外部磁気回路
としてヨーク６ａ，６ｂ，６ｃが存在する。第２
図に示すように出力導波管は上部ヨーク６ａを突
貫して出力窓１０に至る。 Next, the operation of the klystron will be briefly explained. When a specified voltage is applied to the heater of the electron gun, the cathode is heated and emits thermoelectrons. These thermoelectrons are shaped and accelerated into an electron beam by the voltage applied to the anode and Wehnelt electrode.
Enter the high frequency circuit section. A high frequency circuit has a structure in which a plurality of cavities are arranged in series, and each cavity is usually reentrant and has a drift tube inside.
The electron beam advances inside the drift tube. The input power introduced into the input cavity 2 of the high frequency circuit section modulates the velocity of the electron beam, the modulation is strengthened by the action of the intermediate cavity group 3, and when the beam changes to density modulation, it is amplified by the output cavity 4. It is extracted as electricity. This power is supplied to an external load via a flat waveguide 8, a bend waveguide, a step waveguide 9, and an output window 10. The collector 5 emits the kinetic energy of the electron beam to the outside of the tube as heat.
In order to maintain the electron beam at a predetermined diameter, a strong axial magnetic field is required near the axis of the klystron's high-frequency circuit. For this purpose, a coil 7 is installed around the outer periphery of the high frequency circuit, and a magnetomotive force is obtained by passing a current through the coil 7. This induces a strong axial magnetic field near the axis, and the yokes 6a, 6b, and 6c exist as external magnetic circuits for these lines of magnetic force. Second
As shown in the figure, the output waveguide passes through the upper yoke 6a and reaches the output window 10.

（発明が解決すべき問題点）さて、このようなクライストロンにおいて、比
較的高い周波数で非常に高い出力電力を得ようと
する場合の問題のひとつに出力窓１０の耐電力性
がある。この出力窓１０はクライストロンを気密
にすると同時に電磁波を透過させる必要があるた
め、内部にセラミツクが使用されるが、このセラ
ミツクが高周波による誘電損により加熱され、ク
ラツク（割れ）を生じてしまうのである。一度ク
ラツクが発生すると、管の真空が破れもはやクラ
イストロンとしての動作は不可能となる。(Problems to be Solved by the Invention) Now, in such a klystron, one of the problems when trying to obtain very high output power at a relatively high frequency is the power durability of the output window 10. Ceramic is used inside the output window 10 because it is necessary to make the klystron airtight and at the same time transmit electromagnetic waves, but this ceramic is heated due to dielectric loss caused by high frequencies, causing cracks. . Once a crack occurs, the vacuum in the tube is broken and it is no longer possible to operate as a klystron.

こうした問題に対する解決策のひとつとして、
第３図に示す構造が従来考えられていた。この方
法は、元来ひとつであつた出力窓をふたつに分け
ることにより、ひとつ当りの出力窓の電力通過量
を半減させようとするものである。 As one solution to these problems,
The structure shown in FIG. 3 was conventionally considered. This method attempts to halve the amount of power passing through each output window by dividing the output window, which was originally one, into two.

発明者は、第３図の従来構造にヒントを得て、
出力空胴４に４つの出力窓を装荷する構造を考え
た。この方法によれば、ひとつの出力窓の電力通
過量は第２図の場合の1/4になるので、出力窓の
クラツクに関する問題が大いに軽減されるし、一
層大電力のクライストロンを製造できるようにも
なるわけである。 The inventor got a hint from the conventional structure shown in Figure 3, and
We considered a structure in which output cavity 4 is loaded with four output windows. According to this method, the amount of power passing through one output window is reduced to 1/4 of that in the case shown in Figure 2, which greatly reduces the problem of output window cracks and makes it possible to manufacture klystrons with even higher power. It also becomes.

しかし、この４出力窓方式を採用する場合、ひ
とつの出力空胴に対し、４つの出力導波管をうま
く結合させることが構造的に困難であるという問
題が生じた。すなわち、第２図の出力空胴４にお
ける横断面図（Ａ−A′視）を概念的に第４図に
示すように、通常のクライストロンにおいては四
角形空胴の一辺の長さは導波管の幅寸法よりも短
かいのが普通である。このため、出力窓をふたつ
にする第３図の場合には導波管を左右対称に配置
でき何ら問題はないが、出力窓を４つにする場合
には従来の構造のままでは導波管を空胴に対して
うまく配置できないという問題があつた。 However, when this four-output window method is adopted, a problem arises in that it is structurally difficult to successfully couple four output waveguides to one output cavity. That is, as conceptually shown in FIG. 4, which is a cross-sectional view (A-A' view) of the output cavity 4 in FIG. It is usually shorter than the width dimension of. For this reason, in the case of Figure 3 where there are two output windows, the waveguides can be arranged symmetrically without any problems, but when the number of output windows is four, the waveguides cannot be placed in the conventional structure. There was a problem in that it was not possible to place the cylinder properly in relation to the cavity.

本発明の目的は、上記のような従来の問題点を
解決し、出力空胴に４つの出力導波管および窓を
有する大電力クライストロンにおいて、４つの出
力導波管をうまく出力空胴に配置できる構造の大
電力クライストロンを提供することである。 The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a high-power klystron with four output waveguides and a window in the output cavity, in which the four output waveguides are well arranged in the output cavity. The purpose of the present invention is to provide a high-power klystron with a structure that can be used.

（問題点を解決するための手段）本発明は、結合空胴形の高周波回路の出力空胴
に４つの出力導波管を有する大電力クライストロ
ンにおいて、出力空胴をTM₀₂の高周波モードで
動作するようにして空胴の一辺の長さを出力導波
管の幅と略等しい大きさにしたことを特徴とす
る。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a high power klystron having four output waveguides in the output cavity of a coupled cavity type high frequency circuit, in which the output cavity is operated in the high frequency mode of TM ₀₂ . In this way, the length of one side of the cavity is made approximately equal to the width of the output waveguide.

（実施例）第１図は本発明の一実施例の概念図を示すもの
で、その特徴とするところは、出力空胴をTM₀₂
の高周波モードで動作させることにより空胴の一
辺を出力導波管幅と略等しい大きさまで拡げた点
にある。従来のTM₀₁基本モードを採用した第４
図と、本発明による第１図とにおいて、磁力線の
形状を点線にてそれぞれの図に示す。空胴の一辺
の長さが大きくなつたことにより、４組の出力導
波管が容易に配置できるのは第１図から明らかで
ある。また、本発明の採用により、出力空胴に対
して４つの出力導波管は原理的に対称的となる。
このため空胴と出力導波管の電気的結合量（外部
Ｑ）を４つとも等しくすることが設計的に容易に
なるばかりか、空胴から等間隔はなれた位置にお
ける各導波管の出力位相が原理的に等しいため、
これらの出力で再合成する場合には合成を容易に
行なえるという利点がある。更に第４図では出力
空胴の大きさが従来より大きくなつているため、
一定の出力に対して空胴内損失電力密度を従来よ
り小さくできるという利点もある。(Embodiment) Fig. 1 shows a conceptual diagram of an embodiment of the present invention, and its characteristics are that the output cavity is TM ₀₂
By operating in a high frequency mode, one side of the cavity is expanded to a size approximately equal to the width of the output waveguide. The 4th model adopts the conventional TM ₀₁ basic mode.
In the figure and in FIG. 1 according to the invention, the shape of the magnetic field lines is indicated in each figure by dotted lines. It is clear from FIG. 1 that four sets of output waveguides can be easily arranged by increasing the length of one side of the cavity. Further, by employing the present invention, the four output waveguides are symmetrical in principle with respect to the output cavity.
This not only makes it easier in design to make the electrical coupling amount (external Q) between the cavity and the output waveguide equal for all four, but also the output of each waveguide at a position equidistant from the cavity. Since the phases are basically equal,
When recombining these outputs, there is an advantage that the combination can be easily performed. Furthermore, in Figure 4, the size of the output cavity is larger than before, so
Another advantage is that the intracavity loss power density can be made smaller than before for a constant output.

第１図は本発明を概念的に示したものであるの
で、高周波モードとしてTM₀₂モード以外に
TM_0o（ｎ＝３，４…）モードを採用してもよい。
また出力空胴として４角形状ではなく５角形、６
角形状のものに対してもTM_0oモードと組み合わ
せて本発明を適用できるのは明らかである。尚、
第４図、第１図において、空胴辺と出力導波管の
接合面にある１１，１１′は結合孔の大きさを例
示的に示すものである。 Since Figure 1 conceptually shows the present invention, it is possible to use other than TM ₀₂ mode as a high frequency mode.
TM _0o (n=3, 4...) mode may be adopted.
In addition, the output cavity is not quadrilateral but pentagonal or hexagonal.
It is clear that the present invention can also be applied to rectangular shapes in combination with the TM _0o mode. still,
In FIGS. 4 and 1, 11 and 11' on the joint surface between the cavity side and the output waveguide exemplarily indicate the size of the coupling hole.

（発明の効果）以上説明したように、本発明は結合空胴形クラ
イストロンの出力空胴をTM₀₂モードで動作とし
てその空胴辺の長さを出力導波管の幅と略等しく
したので容易に出力導波管を配置でき、大電力で
高信頼性の大電力クライストロンを得ることがで
きる。(Effects of the Invention) As explained above, the present invention operates the output cavity of the coupled cavity type klystron in the TM ₀₂ mode, and the length of the side of the cavity is made approximately equal to the width of the output waveguide. The output waveguide can be placed in the center, and a high-power klystron with high reliability and high power can be obtained.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明による出力回路の横断面図、第
２図、第３図は従来のクライストロンの構造図、
第４図は第２図のAA′面における横断面図であ
る。１……電子銃部、２……入力空胴、３……中間
空胴、４……出力空胴、５……コレクタ、６ａ…
…上部ヨーク、６ｂ……側面ヨーク、６ｃ……下
部ヨーク、７……コイル、８……扁平出力導波
管、９……ステツプ出力導波管、１０……出力
窓、１１，１１′……結合孔幅。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an output circuit according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are structural diagrams of a conventional klystron,
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along plane AA' of FIG. 2. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electron gun section, 2... Input cavity, 3... Intermediate cavity, 4... Output cavity, 5... Collector, 6a...
...Top yoke, 6b...Side yoke, 6c...Lower yoke, 7...Coil, 8...Flat output waveguide, 9...Step output waveguide, 10...Output window, 11, 11'... ...Binding hole width.

Claims

[Claims]

1. In a high-power klystron with a coupled cavity-type high-frequency circuit, there are four sets of output waveguides and output windows attached to the output cavity of the high-frequency circuit, and each set is spaced approximately 90° apart from the tube axis. A high power klystron characterized in that the length of one side of the cavity is made approximately equal to the width of the output waveguide by operating the output cavity in the high frequency mode of TM ₀₂ .