JPH0770881B2 - Polarization conversion antenna for whispering gallery mode - Google Patents
Polarization conversion antenna for whispering gallery modeInfo
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- JPH0770881B2 JPH0770881B2 JP1193357A JP19335789A JPH0770881B2 JP H0770881 B2 JPH0770881 B2 JP H0770881B2 JP 1193357 A JP1193357 A JP 1193357A JP 19335789 A JP19335789 A JP 19335789A JP H0770881 B2 JPH0770881 B2 JP H0770881B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホイスパリング・ギャラリーモード用偏波変換
アンテナに関する。The present invention relates to a whispering gallery mode polarization conversion antenna.
核融合プラズマ加熱の方法の一つにERCH(エレクトロン
・サイクロトロン・ヒーティング)と呼ばれる方法があ
り、一般にジャイラトロンより発生する大電力のミリ波
が用いられる。ここでジャイラトロン(1)の簡略化し
た構造を第6図に示すと、(2)はミリ波を発振するキ
ャビティ、(3)は高速電子を回収するためのコレク
タ、(4)は大電力ミリ波を出力する円筒導波管、
(5)は出力されたミリ波を被加熱側に導く円形導波管
である。One of the methods of fusion plasma heating is called ERCH (electron cyclotron heating), which generally uses high power millimeter waves generated by a gyrotron. Here, a simplified structure of the gyrotron (1) is shown in FIG. 6. (2) is a cavity that oscillates millimeter waves, (3) is a collector for collecting high-speed electrons, and (4) is high power. Cylindrical waveguide that outputs millimeter waves,
(5) is a circular waveguide that guides the output millimeter wave to the heated side.
このジャイロトロンの発振モードは最近までTEonと呼ば
れる軸対象な環状モードであり、その電力も発振管一つ
につき200kw以下であった。ところがより高温、高密度
のプラズマを得るために、更に高周波、大電力のミリ波
が要求されるようになると、動作モードとしてより高次
のモードが必要になる。その結果、キャビティ(2)の
空胴の半径が大きくなり動作モードとその他のモードと
の分離が悪くなる、いわゆるモード競合という問題が持
ち上がってきた。このため近年ホイスパリング・ギャラ
リーモードと呼ばれるモードが注目されてきている。こ
のモードは第7図(a)(b)に示すように管壁付近に
しか強い電界が存在しないモードで比較的モード競合が
小さく、100GHz以上の高周波で一発振管当り1MWもの出
力が可能であるとされている。このモードは第8図
(a)に示すように管理に沿って螺旋状に進むビーム
(局所的な平面波)の集まりであると考えられている。
また導波管軸に垂直な断面にビーム軌跡を射影すると、
第8図(b)に示すようにビームは円周方向に反射を繰
り返している。Until recently, the oscillation mode of this gyrotron was an axially symmetrical annular mode called TEon, and its power was 200 kw or less per oscillator tube. However, in order to obtain higher temperature and higher density plasma, when higher frequency and higher power millimeter waves are required, higher order modes are required as operation modes. As a result, the radius of the cavity of the cavity (2) becomes large, and the separation between the operation mode and other modes becomes poor, causing a problem of so-called mode competition. Therefore, in recent years, a mode called whispering gallery mode has attracted attention. This mode is a mode in which a strong electric field exists only near the tube wall, as shown in Figs. 7 (a) and 7 (b), and mode competition is relatively small, and it is possible to output as much as 1 MW per oscillation tube at a high frequency of 100 GHz or more. It is said that there is. This mode is considered to be a collection of beams (local plane waves) that spirally follow the control as shown in FIG.
When the beam trajectory is projected on the cross section perpendicular to the waveguide axis,
As shown in FIG. 8B, the beam is repeatedly reflected in the circumferential direction.
プラズマのECRHには、直線偏波のビームが適している。
さらに高周波、大電力化したミリ波ビームの伝送には従
来の導波管伝送では効率が大幅に低下する。そこでVLAS
OVらは放物筒面反射板を用いてホイスパリング・ギャラ
リーモードを直線偏波に変換する第9図(a)(b)に
示すような簡単な準光学的な偏波変換アンテナを提案し
ている。A linearly polarized beam is suitable for the ECRH of plasma.
In addition, the efficiency of the conventional waveguide transmission is greatly reduced in the transmission of high-frequency and high-power millimeter-wave beams. So VLAS
OV et al. Proposed a simple quasi-optical polarization conversion antenna as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b) that converts a whispering gallery mode into a linearly polarized wave using a parabolic reflector. ing.
これは円周導波管(4)の先端に、管軸方向(Z軸)の
直線Sと、この直線Sの基端Z1からビームの伝送方向に
沿って螺旋状に延びて直線Sの他端Z2に至る曲線Cとか
らなる切り口によって、ビーム放射孔(4a)を形成し、
さらにこのビーム放射孔(4a)と平行に放物筒面を持つ
反射板(6)を対向配置したものである。前述したよう
にホイスパリング・ギャラリーモードは管軸(Z軸)に
対しθBの角度をなし、導波管断面内では管壁とθwの
角度で反射しながら進むビームの集まりであると考えら
れているから、円筒導波管(4)に、このような切り口
を与えれば、各ビームは直線S(Z1〜Z2)を波源とする
円筒波のように2θwの角度に均等に放射される。それ
ゆえ第9図(a)(b)に示すように直線S(Z1〜Z2)
上に焦線を持つ放射筒面の反射板(6)を配置すれば、
この円筒波はプラズマ加熱に適した直線偏波のビームに
変換される。This is a straight line S in the tube axis direction (Z axis) at the tip of the circumferential waveguide (4), and a straight line S extending from the base end Z 1 of this straight line S along the beam transmission direction in a spiral shape. A beam emission hole (4a) is formed by a cut end composed of a curve C reaching the other end Z 2 .
Further, a reflection plate (6) having a parabolic cylindrical surface is arranged opposite to the beam emission hole (4a) in parallel. As described above, the whispering gallery mode is considered to be a collection of beams that make an angle of θB with respect to the tube axis (Z axis) and travel while reflecting at an angle of θw with the tube wall in the waveguide cross section. Therefore, if such a cut is given to the cylindrical waveguide (4), each beam is evenly radiated at an angle of 2θw like a cylindrical wave having a straight line S (Z 1 to Z 2 ) as a wave source. . Therefore, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the straight line S (Z 1 -Z 2 )
By arranging the reflector (6) of the radiation cylinder surface with the focal line on the top,
This cylindrical wave is converted into a linearly polarized beam suitable for plasma heating.
上記従来の偏波変換アンテナで円筒導波管(4)から放
射されたビームの電界を伝播方向に垂直な断面で測定し
て見ると、第10図に示すように1つのメインロープに収
束せず、多くのサイドロープを含むものとなり、曲面反
射板(6)で反射した後のエネルギー分布を見ても、第
11図に示すように大きな広がりを持っている。このた
め、被加熱側に到達するまでに拡散し易く、被加熱側に
到達して加熱に利用することができるエネルギー比率は
全放射エネルギーの約70%と低い。なお、以上に説明し
たVLASOVらの研究を改良した発明として、電子情報通信
学会技術研究報告、vol.88,No.67,MW88−8,「Whisperin
g Gallery Mode用準光学的アンテナ、設計及び反射特
性の計算」がある。When the electric field of the beam radiated from the cylindrical waveguide (4) with the above conventional polarization conversion antenna is measured and observed in a cross section perpendicular to the propagation direction, it converges on one main rope as shown in FIG. Instead, it includes many side ropes, and even if you look at the energy distribution after it is reflected by the curved reflector (6),
It has a large spread as shown in Fig. 11. For this reason, it is easy to diffuse before reaching the heated side, and the energy ratio that reaches the heated side and can be used for heating is as low as about 70% of the total radiant energy. In addition, as an invention that improves the research of VLASOV described above, as a technical report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, vol.88, No.67, MW88-8, "Whisperin
There is a quasi-optical antenna for g Gallery Mode, design and calculation of reflection characteristics.
これは、VLASOVらの放物面筒反射板を用いた偏波変換ア
ンテナに対し、厳密に直線偏波のビームに変換すべく解
析の精度を上げ、反射板形状の修正を行い、ビームの位
相面に平面に近づけている。This is because the polarization conversion antenna using a parabolic reflector such as VLASOV improves the accuracy of analysis to convert it into a beam of strictly linear polarization, corrects the shape of the reflector, and changes the phase of the beam. The surface is close to the plane.
しかし、実際に利用できるエネルギー効率は理論値で80
%、実測値で70%と、VLASOVらの研究のものと比較して
殆ど改善がみられないものであった。However, the theoretically available energy efficiency is 80
%, The measured value was 70%, showing almost no improvement compared with that of the study by VLASOV et al.
そこで本発明は、サイドロープ成分を減少させて加熱に
直接寄与するメインロープのエネルギー比較を高めるこ
とにより、エネルギー伝送の高効率化を図れる偏波変換
アンテナを提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a polarization conversion antenna capable of improving the efficiency of energy transmission by reducing the side rope component and increasing the energy comparison of the main rope that directly contributes to heating.
上記目的を達成するため、本発明は、大型のジャイラト
ロンのキャビティで発振・生成したホイスパリングギャ
ラリーモードのビームを、所定角度で繰り返し反射させ
ながら内壁に沿って螺旋状に伝送し、出力側に設けたビ
ーム放射孔から大電力で加熱するために放射する円筒導
波管と、上記ビーム放射孔に対向し、入射したビームを
平行ビームに変換する曲率を有する曲面反射板とからな
るものにおいて、 上記円筒導波管の内周面の内で、ビーム放射孔を通し曲
面反射板に向けてビームを直接反射する部分(例えば第
1図(a)中にハッチングを施こした部分Eで以下最終
反射面という)の周方向形状を、螺旋状のビーム進行方
向に沿って順に見て、曲面反射板に均等にビームを放射
する基本形状に対して、初めに内側に傾き最後に外側に
傾くように連続的に変化させ、ビーム放射孔から放射さ
れるビームが曲面反射板位置でガウス分布近似のエネル
ギー分布を持つようにしたホイスパリング・ギャラリー
モード用偏波変換アンテナを提供する。In order to achieve the above object, the present invention transmits a beam of a whispering gallery mode oscillated and generated in a cavity of a large gyrotron spirally along an inner wall while repeatedly reflecting it at a predetermined angle, and outputs it to the output side. A cylindrical waveguide that radiates for heating with high power from the beam radiation hole provided, and a curved reflector that faces the beam radiation hole and has a curvature that converts the incident beam into a parallel beam, In the inner peripheral surface of the cylindrical waveguide, a portion that directly reflects the beam toward the curved reflection plate through the beam radiation hole (for example, a portion E hatched in FIG. (Refer to "Reflecting surface") The circumferential shape is seen in order along the spiral beam traveling direction, and with respect to the basic shape that evenly radiates the beam to the curved reflector, the first is tilted inward and finally outward. Provided is a polarization conversion antenna for a whispering gallery mode in which a beam emitted from a beam emission hole has an energy distribution similar to a Gaussian distribution at a position of a curved reflector, which is continuously changed so as to be inclined.
本発明において曲面反射板に均等にビームを放射する基
本形状とは、例えば第9図(a)(b)で説明した従来
型の偏波変換アンテナでは、真円の円弧である。この形
状は曲面反射板の設置場所や大きさによって変化する。
例えば円筒導波管(4)の下方ではなく側方に置く場合
は、側方に突出した形状あるいは全体が側方に傾いた形
状となる。つまり曲面反射板の大きさと設置場所を決定
した後、円筒導波管の最終反射面に所定角度で入射して
来るビームが曲面反射板に向かって均等な分布で反射す
るように、幾何光学的近似を用いて周方向の基本的形状
を定めることができるわけである。ここでは基本的形状
が第1図(b)の点線で示すような真円の円弧の場合
で、この周方向形状を実線で示すように変化させた場合
について説明する。第1図(b)を拡大して示す第2図
(a)において、傾きを変化させた最終反射面部分につ
いて管軸と直交する平面に立てた反射の法線を、螺旋状
のビーム伝送方向に沿いビーム放射孔に向けて順に見て
行くと、ビーム供給側では、管軸に向かって伝送方向と
逆向きに傾いている。この傾きは徐々に小さくなり、管
軸を通る直径と重なった後、伝送方向と同じ向きに傾き
始める。そしてビーム放射孔の直線状の切り口付近で最
大の傾きとなる。In the present invention, the basic shape for radiating a beam evenly to the curved reflector is a perfect circular arc in the conventional polarization conversion antenna described in FIGS. 9 (a) and 9 (b), for example. This shape changes depending on the installation location and size of the curved reflector.
For example, when it is placed laterally instead of below the cylindrical waveguide (4), it has a shape that projects laterally or a shape that tilts laterally. In other words, after deciding the size and installation location of the curved reflector, the geometrical optics is used so that the beam incident on the final reflection surface of the cylindrical waveguide at a predetermined angle is reflected toward the curved reflector with an even distribution. The basic shape in the circumferential direction can be determined by using approximation. Here, the case where the basic shape is a perfect circular arc as shown by the dotted line in FIG. 1 (b) and the circumferential shape is changed as shown by the solid line will be described. In FIG. 2 (a), which is an enlarged view of FIG. 1 (b), the normal line of reflection, which is set on a plane orthogonal to the tube axis with respect to the final reflection surface portion whose inclination is changed, is the spiral beam transmission direction. As seen in order toward the beam emission hole, the beam supply side is inclined toward the tube axis in the direction opposite to the transmission direction. This inclination gradually becomes smaller, and after overlapping with the diameter passing through the tube axis, it begins to tilt in the same direction as the transmission direction. The maximum inclination is obtained in the vicinity of the linear cut of the beam emission hole.
これは第2図(b)に示すようにビーム放射孔を通って
曲面反射板に到達したビームを、管軸と直交する平面で
見て、両端部分のビーム分布が小さく中央部分で大きく
なること、すなわち曲面反射板の表面付近で放射ビーム
のエネルギー分布がガウス分布に近くなることを意味す
る。This is because the beam reaching the curved reflector through the beam emission hole as shown in FIG. 2 (b), when viewed in a plane orthogonal to the tube axis, has a small beam distribution at both end portions and a large beam distribution at the central portion. That is, it means that the energy distribution of the radiation beam becomes close to a Gaussian distribution near the surface of the curved reflector.
また、このビーム束は、中心から周辺にかけてゆるやか
に減少し零になるので、回折損失をほとんど生じない
で、曲面反射板に到達しているので、エネルギー変換効
率を高める。Further, since this beam bundle gradually decreases from the center to the periphery and becomes zero, it reaches the curved reflecting plate with almost no diffraction loss, thus improving the energy conversion efficiency.
このようにガウス分布をもって曲面反射板に入射したビ
ームは、ガウス分布近似の分布のまま平行ビーム、すな
わち直線編波ビームに変換される。In this way, the beam incident on the curved reflecting plate with the Gaussian distribution is converted into a parallel beam, that is, a linear braided beam, with a distribution similar to the Gaussian distribution.
また、理論上は現時点で明確にされていないが、上述の
ように幾何光学を適用して円周方向のエネルギー分布を
ガウス分布にすべく、導波管の切り口付近の傾きを変化
させると、ビームの軸方向のエネルギー分布もガウス分
布になることが測定された。この結果、本発明の構成に
よって、ビーム放射孔からは管軸方向及び円周方向の双
方に対してガウス分布近似のエネルギー分布でビームが
放射され、これが曲面反射板により二次元的にガウス分
布をもつ直線編波ビームに変換される。Further, although it has not been clarified theoretically at this time, if the tilt near the cut end of the waveguide is changed to apply the geometrical optics as described above to make the energy distribution in the circumferential direction a Gaussian distribution, It was measured that the energy distribution in the axial direction of the beam also has a Gaussian distribution. As a result, according to the configuration of the present invention, the beam is emitted from the beam emission hole with an energy distribution similar to a Gaussian distribution in both the tube axis direction and the circumferential direction, and this causes the curved reflector to form a two-dimensional Gaussian distribution. It is converted to a linear braided beam.
本発明のホイスパリング・ギャラリーモード用編波変換
アンテナの実施例を第1図(a)(b)に示し、以下説
明する。An embodiment of the wave conversion antenna for whispering gallery mode of the present invention is shown in FIGS. 1 (a) and (b), and will be described below.
図に示すホイスパリング・ギャラリーモード用編波変換
アンテナ(10)において(11)は円筒導波管で、第7図
(a)(b)に示すようなホイスパリング・ギャラリー
モードで発振するキャビティに直接又は他の導波管を介
して連結され、その出力端にビーム放射孔(12)を形成
している。このビーム放射孔(12)の図示例における形
状は、管軸方向に沿う直線Sと、この直線の基端Z1から
螺旋状に360゜延びて先端部Z2に至る曲線Cとからな
る。(13)はこのビーム放射孔(12)に対向して円筒導
波管(11)の管軸と平行に配置された曲面反射板であ
る。In the knitting wave conversion antenna (10) for whispering gallery mode shown in the figure, (11) is a cylindrical waveguide, and a cavity oscillating in the whispering gallery mode as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). The beam emission hole (12) is formed at the output end, which is connected directly or through another waveguide. The shape of the beam emission hole (12) in the illustrated example is composed of a straight line S along the tube axis direction, and a curve C spirally extending 360 ° from the base end Z 1 to the tip Z 2 . Reference numeral (13) is a curved reflector which is arranged in parallel with the tube axis of the cylindrical waveguide (11) so as to face the beam emission hole (12).
この円筒導波管の円周面のうち、ビーム放射孔(12)を
通し曲面反射板(13)に向けてビームを直接反射される
最終反射面Eの周方向形状(管軸と直交する平面の切り
口)は、第1図(b)に示すようになる。これは、点線
で表わされるような曲面反射板(13)にビームを均等に
放射させる形状であったものを実線で示すように螺旋状
のビーム進行方向に沿って見て、初めに内側に傾き最後
に外側に傾くように連続的に変形している。したがって
第2図(a)に示すように管軸と直交するXY平面に立て
た反射の法線は、他の内周面の法線が直径と一致してい
るのとは異なり、ビームの螺旋状の進行方向に沿って順
に見て行くと、初めに直径を基準としてこの進行方向と
逆方向に傾いているものが徐々に直径に重なるように近
付き、直径と重なった後、さらにビーム放射孔(12)の
直線状の切り口Sに近づくに従って進行方向と順方向に
傾きが大きくなる。Of the circumferential surface of this cylindrical waveguide, the circumferential direction shape of the final reflecting surface E (the plane orthogonal to the tube axis) that directly reflects the beam toward the curved reflecting plate (13) through the beam radiating hole (12) The cut) is as shown in FIG. 1 (b). This is because the curved reflector (13) represented by the dotted line has a shape in which the beam is uniformly radiated, and as shown by the solid line, it is first tilted inward when viewed along the spiral beam traveling direction. Finally, it is continuously deformed so that it tilts outward. Therefore, as shown in Fig. 2 (a), the normal line of reflection standing on the XY plane orthogonal to the tube axis is different from the normal line of the other inner peripheral surface, which is the same as the diameter, Looking at each of these along the direction of travel, the first thing that is inclined in the direction opposite to this direction with respect to the diameter gradually approaches the diameter so that it gradually overlaps with the diameter, and then the beam emission hole. As it approaches the straight cut S of (12), the inclination becomes larger in the traveling direction and the forward direction.
このためビームの螺旋状の進行方向に見て、最初に傾き
が変化した部分から放射されるビームは、第2図(b)
に示すように、このビーム放射孔(12)の周方向の放射
範囲X1−X2に対し、本来の反射方向X1からその中心に寄
ってくる。そしてこれに続く部分に入射するビームは表
射範囲X1−X2の中心に放射され、さらにビーム放射孔の
切り口Sに近づくに従って、ビームの反射方向は本来の
反射方向X2から放射範囲X1−X2の中心に寄ってくる。従
ってビームの円周方向の放射範囲X1−X2におけるエネル
ギー分布もガウス分布に近くなる。Therefore, when viewed in the spiral traveling direction of the beam, the beam radiated from the portion where the inclination first changes is shown in FIG.
As shown in (3), with respect to the radial radiation range X 1 -X 2 of the beam radiation hole (12), the beam comes closer to the center from the original reflection direction X 1 . Then, the beam incident on the portion following this is radiated to the center of the radiation range X 1 -X 2 , and as it further approaches the cut S of the beam radiation hole, the beam reflection direction changes from the original reflection direction X 2 to the radiation range X 2. It approaches the center of 1- X 2 . Therefore, the energy distribution in the radiation range X 1 –X 2 in the circumferential direction of the beam is also close to the Gaussian distribution.
次に上記曲面反射板(13)の形状について説明する。Next, the shape of the curved reflector (13) will be described.
この曲面反射板(13)は、放物筒面を基本形状とする
が、本発明では円筒導波管(11)の内周面のうち反射板
に向けてビームを反射させる最終反射面の形状を変形し
ている。このため、これに対応させて平行ビームへの変
換が完全になされるように変形を加えている。これは幾
何光学の計算により決定できる。The curved reflector (13) has a parabolic cylindrical surface as a basic shape, but in the present invention, the shape of the final reflective surface of the inner peripheral surface of the cylindrical waveguide (11) that reflects the beam toward the reflector. Is transformed. For this reason, in order to correspond to this, the transformation is added so that the conversion into the parallel beam is completely performed. This can be determined by geometrical optics calculations.
上述のように、本発明では、円筒導波管(11)と曲面反
射板(13)の変形を円筒導波管(11)の管軸と直交する
平面内においてのみ行い、管軸方向には形状の変更をし
ていない。幾何光学を適用したこのような手法によれ
ば、ガウス分布となるのは円周方向についてのみであっ
て、管軸方向は、従来同様に均一なビーム分布となると
考えられる。As described above, in the present invention, the deformation of the cylindrical waveguide (11) and the curved reflecting plate (13) is performed only in the plane orthogonal to the tube axis of the cylindrical waveguide (11), and in the tube axis direction. The shape has not been changed. According to such a method using geometrical optics, it is considered that the Gaussian distribution is only in the circumferential direction, and the tube axis direction has a uniform beam distribution as in the conventional case.
しかし、実際に本発明の偏波変換アンテナ(10)を製作
して、ビームの分布について測定すると円周方向のみな
らず管軸方向にもガウス分布のビームが得られることが
わかった。この測定結果の一例を第3図及び第4図に示
す。第3図は円周導波管(11)から放射されるビームの
電界を伝播方向と直交する平面で測定した図で、メイン
ビームMに全体の93%のエネルギが含まれ、サイドビー
ムS1、S2に含まれるエネルキーは7%と小さく、エネル
ギー損失を従来の偏波変換アンテナと比べてかなり少な
くすることができた。また第4図は、第3図に示すよう
にガウス分布に収束したビームを曲面反射板(13)で反
射させて平行ビームに変換した直後のエネルギー分布図
で、第11図に示す従来の偏波変換アンテナのエネルギー
分布に比べて、拡散し難い状態となっていることがわか
る。However, when the polarization conversion antenna (10) of the present invention was actually manufactured and the distribution of the beam was measured, it was found that a beam having a Gaussian distribution was obtained not only in the circumferential direction but also in the tube axis direction. An example of this measurement result is shown in FIG. 3 and FIG. FIG. 3 is a diagram in which the electric field of the beam radiated from the circumferential waveguide (11) is measured on a plane orthogonal to the propagation direction. The main beam M contains 93% of the total energy, and the side beam S 1 , The energy contained in S 2 was as small as 7%, and the energy loss could be considerably reduced compared to the conventional polarization conversion antenna. Further, FIG. 4 is an energy distribution diagram immediately after the beam converged to the Gaussian distribution as shown in FIG. 3 is reflected by the curved reflecting plate (13) and converted into a parallel beam. Compared with the energy distribution of the wave conversion antenna, it can be seen that it is in a state in which it is difficult to diffuse.
第1図〜第4図で説明した本発明の実施例は、第1図
(a)(b)に示すように、曲面反射板(13)を円筒導
波管(11)の前方下側に配置したものであった。ところ
で実際の製作には曲面反射板(13)を円筒導波管(11)
の側方に配置すると、設計上の自由度が増す。この場合
は、円筒導波管の曲面反射板(13)に対向する最終反射
面Eを、例えば第5図に示すように、側方にひさし状に
せり出した形状にすればよい。そして、その傾きは既述
の考え方と同様に、曲面反射板(13)に均等にビームを
放射する形状を基本とし、周方向に見て、その両端に近
ずく程内側又は外側に傾ければよい。In the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 4, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the curved reflecting plate (13) is provided on the lower front side of the cylindrical waveguide (11). It was arranged. By the way, in the actual fabrication, the curved reflector (13) is attached to the cylindrical waveguide (11).
Placing it to the side of increases the design freedom. In this case, the final reflecting surface E facing the curved reflecting plate (13) of the cylindrical waveguide may be formed in the shape of a canopy protruding laterally as shown in FIG. 5, for example. Then, the inclination is based on the shape of radiating the beam evenly to the curved reflecting plate (13) as in the above-mentioned way of thinking, and if it is inclined inward or outward as it approaches the both ends when viewed in the circumferential direction. Good.
本発明は、放射器(導波管)の出力端の内周面の形状を
変化させることにより、この部分で反射されるビームの
放射源としての性質を、VLASOVらの研究、及びこの改良
発明である前述研究報告の発明のものとは異なり、回折
損失を起こさないものに変え、ホイスパリング・ギャラ
リーモードで円筒導波管を伝送されて来るミリ波ビーム
を、横方向及び縦方向にガウス分布近似のエネルギー分
布を持つ直線編波に変換することができる。そして、被
加熱側にエネルギー拡散を少なくして放射伝播させるこ
とができるので、そのエネルギー伝送効率を改善でき
る。The present invention shows the property of the beam reflected by this portion as a radiation source by changing the shape of the inner peripheral surface of the output end of the radiator (waveguide), research by VLASOV et al. Different from the invention of the above-mentioned research report which is, the millimeter wave beam transmitted through the cylindrical waveguide in the whispering gallery mode is changed to a Gaussian distribution in the horizontal and vertical directions by changing it to one that does not cause diffraction loss. It can be converted into a linear wave having an approximate energy distribution. Further, since the energy diffusion can be reduced and the radiation can be propagated to the heated side, the energy transmission efficiency can be improved.
第1図(a)(b)は本発明の偏波変換アンテナの一実
施例の構造を示し、その(a)は斜視図、その(b)は
管軸と直交する方向の断面図である。第2図(a)
(b)は幾何光学を用いて計算した第1図(a)(b)
の実施例におけるビーム反射状態を示す図である。 第3図は本発明の偏波変換アンテナにおいて、円筒導波
管から放射されるビームの電界分布の一例を示す図、第
4図は第3図の電界分布を持つビームを曲面反射板で平
行ビームに変換した直後の伝播方向と直交する平面にお
けるエネルギー分布図である。 第5図は曲面反射板を円筒導波管の側方に配置した場合
の偏波変換アンテナの全体構成を示す図である。 第6図はミリ波ビームの伝送に円形導波管を用いたジャ
イラトロンの構造概略図、第7図(a)(b)は、夫
々、ホイスパリング・ギャラリーモードで発振するジャ
イラトロンの電界分布を示す円筒導波管の断面図、第8
図(a)(b)は、夫々ホイスパリング・ギャラリーモ
ードのビームが円筒導波管を伝播する状態をXZ平面及び
XY平面について示す模式図、 第9図(a)(b)はホイパリング・ギャラリーモード
のビームを直線偏波ビームに変換する従来の偏波変換ア
ンテナを示し、その(a)は斜視図、その(b)は断面
図を示す。第10図は従来の偏波変換アンテナの円筒導波
管から放射されたビームの電界分布図、第11図は第10図
に示す分布を持つビームを曲面反射板で平行ビームに変
換した後のエネルギー分布図である。 (10)……ホイスパリング・ギャラリーモード用偏波変
換アンテナ、 (12)……ビーム放射孔、 (13)……曲面反射板。1 (a) and 1 (b) show the structure of one embodiment of the polarization conversion antenna of the present invention, in which (a) is a perspective view and (b) is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the tube axis. . Fig. 2 (a)
(B) is FIG. 1 (a) (b) calculated using geometrical optics.
It is a figure which shows the beam reflection state in the Example of. FIG. 3 is a diagram showing an example of an electric field distribution of a beam emitted from a cylindrical waveguide in the polarization conversion antenna of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a beam having the electric field distribution shown in FIG. It is an energy distribution map in the plane orthogonal to the propagation direction immediately after converting into a beam. FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the polarization conversion antenna when the curved reflecting plate is arranged laterally of the cylindrical waveguide. FIG. 6 is a schematic diagram of the structure of a gyrotron using a circular waveguide for millimeter wave beam transmission, and FIGS. 7 (a) and 7 (b) are electric field distributions of the gyrotron oscillating in the whispering gallery mode, respectively. Sectional view of the cylindrical waveguide showing the
Figures (a) and (b) show the states where the whispering-gallery mode beam propagates through the cylindrical waveguide, respectively, in the XZ plane and
9A and 9B are schematic views showing the XY plane, and FIG. 9A and FIG. 9B show a conventional polarization conversion antenna for converting a whipering gallery mode beam into a linearly polarized beam, and FIG. b) shows a sectional view. Fig. 10 is an electric field distribution diagram of the beam radiated from the cylindrical waveguide of the conventional polarization conversion antenna, and Fig. 11 is a diagram after the beam having the distribution shown in Fig. 10 is converted into a parallel beam by the curved reflector. It is an energy distribution map. (10) …… Polarization conversion antenna for whispering gallery mode, (12) …… Beam emission hole, (13) …… Curved reflector.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−49405(JP,A) 電子情報通信学会技術研究報告,Vo l.88,No.67,MW88−8,「Whi spering Gallery Mod e用準光学的反射型アンテナ,設計及び反 射特性の計算」 電子情報通信学会技術研究報告,Vo l.89,No.39,MW89−23,「Whi spering−gallery−mod e用偏波変換アンテナの一次フィード導波 管の放射特性の解析」 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A 64-49405 (JP, A) Technical Report of IEICE, Vol. 88, No. 67, MW88-8, "Quasi-optical reflective antenna for Whispering Gallery Mode, design and calculation of reflection characteristics" Technical Report of IEICE, Vol. 89, No. 39, MW89-23, "Analysis of radiation characteristics of primary feed waveguide of polarization conversion antenna for whispering-gallery-mode"
Claims (1)
・生成したホイスパリングギャラリーモードのビーム
を、所定角度で繰り返し反射させながら内壁に沿って螺
旋状に伝送し、出力側に設けたビーム放射孔から大電力
で加熱するために放射する円筒導波管と、上記ビーム放
射孔に対向し、入射したビームを平行ビームに変換する
曲率を有する曲面反射板とからなるものにおいて、 上記円筒導波管の内周面の内で、曲面反射板に向けてビ
ームを反射する部分の周方向形状を、螺旋状のビーム進
行方向に沿って順に見て、曲面反射板に均等にビームを
放射する基本形状に対して、始めに内側に傾き最後に外
側に傾くように連続的に変化させ、ビーム放射孔から放
射されるビームが曲面反射板位置でガウス分布近似のエ
ネルギー分布を持つようにしたことを特徴とするホイス
パリングギャラリーモード用偏波変換アンテナ。1. A whispering gallery mode beam oscillated and generated in a cavity of a large gyrotron is spirally transmitted along an inner wall while being repeatedly reflected at a predetermined angle, and a beam emission hole is provided on an output side. A cylindrical waveguide that radiates for heating with high power, and a curved reflecting plate that faces the beam radiation hole and has a curvature that converts an incident beam into a parallel beam. Of the inner peripheral surface, the circumferential shape of the part that reflects the beam toward the curved reflector is viewed in order along the spiral beam traveling direction, and a basic shape that uniformly radiates the beam to the curved reflector is formed. On the other hand, the beam emitted from the beam emission hole has a Gaussian distribution-like energy distribution at the curved reflector position by continuously changing it so that it first tilts inward and finally tilts outward. Polarization conversion antenna for whispering gallery mode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1193357A JPH0770881B2 (en) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | Polarization conversion antenna for whispering gallery mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1193357A JPH0770881B2 (en) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | Polarization conversion antenna for whispering gallery mode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357301A JPH0357301A (en) | 1991-03-12 |
| JPH0770881B2 true JPH0770881B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=16306567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1193357A Expired - Lifetime JPH0770881B2 (en) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | Polarization conversion antenna for whispering gallery mode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770881B2 (en) |
-
1989
- 1989-07-25 JP JP1193357A patent/JPH0770881B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告,Vol.88,No.67,MW88−8,「WhisperingGalleryMode用準光学的反射型アンテナ,設計及び反射特性の計算」 |
| 電子情報通信学会技術研究報告,Vol.89,No.39,MW89−23,「Whispering−gallery−mode用偏波変換アンテナの一次フィード導波管の放射特性の解析」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357301A (en) | 1991-03-12 |
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