JP2001319585A

JP2001319585A - 磁電管

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Publication number: JP2001319585A
Application number: JP2001090634A
Authority: JP
Inventors: Kesar Saleem; セイレムケザー; Michael Barry Clive Brady; バリークリーヴブラディーマイケル; Alan Hugh Pickering; ヒューピッケリングアラン
Original assignee: Marconi Applied Technologies Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: CA2338653C; DE60119823T2; CN1252780C; EP1139377B1; GB0007787D0; US20010052825A1; EP1139377A1; US6815897B2; GB2360872B; DE60119823D1; CA2338653A1; ATE327569T1; CN1319869A; GB2360872A; JP5204939B2

Abstract

(57)【要約】【課題】周波数を安定させ、電力損失を防止する。【解決手段】磁電管は同軸ライン１５を備えた出力を
有し、所望の発振器モードからエネルギを第１の同軸導
波管モードとして、そして、所望しない発振器モードか
らのエネルギを第２の円筒導波管モードとして送る。前
記円筒導波管モードのエネルギは、同軸ライン１５の溝
１７，１８により遮断され、材料１９により吸収され
る。これはモードを分離させる。好ましくは、出力は磁
電管の軸から取られ、所望の発振器はπ−１モードであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁電管に関し、より
詳細には、高出力レベルで作動する磁電管に関するが、
これに限定されるものではない。

【０００２】

【従来の技術】１つの公知な磁電管設計では、中央の円
筒カソードはアノード構造により囲まれており、アノー
ド構造は、通常、内面から内側に延びる複数のアノード
のベーンを支持する伝導シリンダを備えている。動作の
間、磁界が円筒構造の縦軸に平行な方向に加えられ、カ
ソードとアノードの間の電界と共に、カソードにより放
射された電子に作用し、共鳴を発生させると共にＲＦエ
ネルギーを発生させる。磁電管は、カソードのベーンに
より規定された空洞の間での結合により幾つかの振動モ
ードを支持することができ、出力周波数及び電力に変化
を与える。磁電管を特定の動作モードに強いるために使
用される１つの技術は、ストラップするものである。通
常、必要とされるモードであるπモードの動作を得ると
共に維持するため、代わりのアノードのベーンがストラ
ップにより一緒に接続される。通常、２つのストラップ
はアノードの各端部又は別の配列で配置され、例えば、
アノードの一端部に３個のストラップがあり、他端部に
なくてもよい。

【０００３】振動モードを選択するための別のアプロー
チでは、磁電管は、π−１モードの周波数がカットオフ
以下となるように設計されている。磁電管は非常に早く
カットオフレベルとなり、所望しないモードで発生した
不十分な電力があり、そうでなければ、主に所望したモ
ードからの電力損失となるであろうかなりの振動を生み
出すようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、幾つかの磁電
管では、ストラップの使用にも拘らず、所望のπモード
及び所望しないπ−１モードでも振動が同時に起こり、
周波数が不安定となり、電力がπモードからπ−１モー
ドへ損失されることがある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、特に、１ＭＷ
又はそれ以上の高電力レベルで作動する磁電管、及び要
求のモード分離を達成するのが困難な長いアノードを有
する磁電管に適用可能である。本発明はまた、これらの
特徴を有しない他の磁電管にも都合よく使用可能であ
る。

【０００６】本発明によれば、共鳴空洞を有し、縦軸の
回りでカソードと同軸に配置されたアノードと、１つの
振動モードでエネルギーを受取ると共に同軸導波管モー
ドとしてそれを送り、別の振動モードでエネルギーを受
取ると共に円筒導波管モードとして送るように構成され
た同軸ラインを含む出力手段と、少なくとも円筒導波管
モードでエネルギーの前方への伝達を減少させる手段と
を備えた磁電管を提供する。

【０００７】本発明の使用は、所望のモードのエネルギ
ーに加えて所望しない発振器モードのエネルギーを共鳴
空洞から取り除かせ、その後に、所望のモードのエネル
ギーから分離させる。したがって、磁電管内の所望しな
い発振モードの電力は減少され、所望のモードでの操作
を向上させるのに役立ち、周波数の安定性及び電力出力
を改善する。特に、本発明は、アノードが長い場合、例
えば、アノードが、λが作動波長である半波長以上の軸
方向長さを有する場合、有利に適用される。そのような
長いアノードにとって、アノードの端部での伝統的なス
トラップは要求されたモード分割を維持するのに効果が
ないことがある。さらに、長いアノードが高電力レベル
を達成させるので、本発明がない場合には、かなりの量
のエネルギーが所望しない発振器モードに存在し、所望
のモードの電力出力を減少させるであろう。

【０００８】本発明は、異なる設計の磁電管で有利に使
用されてもよく、例えば、アノードはベーンタイプであ
る必要はない。

【０００９】好ましくは、電力は軸方向の磁電管から結
合される。これは対称出力を与える。１つの配列では、
円筒状の壁はアノードの端部に配置され、指状のものが
壁と代わりのアノードのベーンの間に広く、πモードを
引き出させる。

【００１０】好都合にも、同軸ラインはその外部の導体
バイアを通る少なくとも１つの軸方向に長い溝を有し、
円筒の導波管モードのエネルギーは同軸ラインから結合
されている。同軸の導波管モードでは、電圧は放射状で
あり、電流は軸方向に進み、円筒の導波管モードでは、
電流は周辺にある。したがって、軸方向に長い溝の使用
は、同軸の導波管モードにおいて電力伝達と干渉しない
が、円筒の導波管モードの電流を遮るであろう。好都合
にも、放射線吸収材料は前記少なくとも１つの溝に配置
され、溝により放射されたエネルギーを吸収する。１つ
の溝だけが供給されてもよいが、外部導体の回りに等距
離で配置されていると共に軸に沿って同一位置に配置さ
れた４つが特に良好な性能を与えることが分かった。１
つの実施例では、吸収材料は炭素を含浸した有孔アルミ
ナである。長い溝はより大きいエネルギー吸収を与える
傾向があり、大量の吸収材料はより大きな吸収性能を与
えるために使用されてもよい。

【００１１】好ましくは、前記１つの発振器モードはπ
モードであり、前記別の発振器モードはπ−１モードで
ある。また、同軸の導波管モードはＴＥＭモードであ
り、円筒導波管モードはＴＥ₁₁であることが望ましい。
同軸ラインの寸法はそれがこれらの導波管モードの両方
を支持するように選択される。ＴＥ₁₁モードにとって、
カットオフ波長は、πに内部導体の直径と外部導体の内
径とを掛けたものに等しく、カットオフ波長は自由空間
波長に等しいか又はそれ以上である。

【００１２】有利な実施例では、前記別の発振器モード
からエネルギーを反射し、共鳴空洞の方に戻る出力手段
に少なくとも１つの軸方向に長い反射溝を含んでいる。
したがって、円筒導波管モードのエネルギーは共鳴空洞
に戻って結合されている。反射溝は、電流が軸方向に流
れるＴＥＭモードで送信される時にπモードに影響を及
ぼさない。しかし、π−１モードは、反射溝又は溝によ
り影響を及ぼされる周辺電流を有するＴＥ₁₁モードの同
軸ラインに結合する。溝の長さ及び位置を適当に選択す
ることにより、幾つかのＴＥ₁₁モードは、溝の結合構造
により決定される相及び大きさで同軸ラインに沿った逆
方向に反射され、アノードでのπ−１モードへのその結
合を増加させる。これはπ−１モードの負荷を増加さ
せ、磁電管の動作をより安定させ、広範囲の入力条件上
でそれを動作させ、出力及び入力条件をより許容させ
る。

【００１３】反射溝又は溝は、同軸ラインの外部導体、
内部導体又は両方にあってもよい。溝は同軸ラインの内
部導体にあり、１つの好適な配列では、溝は内部導体を
通って長く、すなわち、それは１表面から他の表面に延
びている。好都合にも、内部導体には両方がそこから延
びて遮る２つの反射溝がある。１つの実施例では、反射
溝又は溝は、一部分又は全体が共鳴空洞とアノードに最
も近い同軸ラインの端部の間の領域に位置するように配
置されてもよい。

【００１４】本発明による磁電管は同軸ラインがエネル
ギーを送るように配列された導波管を備えていてもよ
い。同軸ラインは、別のタイプの終端が適当であるが、
Ｔプローブで終わってもよい。

【００１５】好ましくは、同軸ラインは、円筒モードの
アノードの方へ戻る導波管から反射されたエネルギーの
同軸ラインに沿った伝送を少なくとも減少させる不連続
点を備えている。したがって、同軸ラインはその長さに
沿って必要な大きさにされ、同軸及び円筒両方の導波管
モードを支持するが、その寸法は終端で変化し、円筒の
導波管モードにおいて反対方向のエネルギーの伝達を遮
るようになっている。

【００１６】本発明による１つの磁電管では、同軸ライ
ンは、ＴＥＭ及びＴＥ₁₁モードの両方が、例えば、共存
できるように設計されている。同軸ラインから導波管へ
の遷移が完全でない場合、幾つかのＴＥＭ電力は遷移に
より反射され、遷移の非対称形状のため、ＴＥ₁₁モード
へ変換され、反対方向に送られ、同軸ラインに沿って磁
電管のアノードの方へ戻る。エネルギー吸収材料が配列
され、円筒のモードで電力を遮る磁電管では、反射され
た出力電力はまた減衰材料に吸収されるかもしれず、材
料を加熱させると共に磁電管の全体効率を減少させる。
しかし、不連続点の包含は、それが不連続点で再度反射
し、前方方向の出力に沿って伝達される時、円筒のモー
ドの電力を防止し、同軸ラインに沿って反対方向に伝達
される。好ましくは、不連続点は放射エネルギー吸収材
料と遷移の間に配置されている。したがって、吸収材料
は、ガスを放出し、磁電管の寿命を潜在的に破壊又は減
少するような程度まで、磁電管の出力電力により加熱さ
れるのを防止される。

【００１７】特に、本発明は、高出力の磁電管、例え
ば、Ｘ帯域のライナック磁電管を使用するのに好都合で
ある。

【００１８】本発明が行われてもよい１つの方法は、添
付した図面に関連した例示の方法により行われてもよ
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、磁電管は縦軸
Ｘ−Ｘに沿って配列された円筒のアノード２により軸回
りに囲まれたカソード１を備えている。アノード２はベ
ーンタイプであり、複数の内側に突出するベーンを有
し、そのうちの２つ３及び４は共鳴空洞を形成する。ス
トラップ５はモード分割及び安定性を向上させるために
備えられ、この特定の実施例では、ストラップがアノー
ドの端部でのみ供給される伝統的な配列よりむしろ共同
係属の出願 GB9930109.5に説明された配列にしたがって
アノードの軸に沿って分配される。

【００２０】アノード１はその内部に配置されたヒータ
ー６と接触し、電気接続は軸Ｘ−Ｘと整列されたヒータ
ー導線７を介してなされる。要求されたカソード電位は
ヒーター導線７を囲む管８を介して加えられる。

【００２１】鉄製の極片９及び１０はカソード１及びア
ノード２の間の領域の軸方向の磁界を作るように配列さ
れている。

【００２２】磁電管の出力は見られるようにアノード２
の底部から軸方向に結合されている。代わりのアノード
のベーンは指状のものを介して板１３に接続され、指状
のものうちの２つ１１及び１２が図示されている。板１
３は導体部材に接続され、同軸出力ライン１５の内部導
体１４を形成する伝導部材に接続されている。同軸ライ
ンの外部導体１６は、極片１０の１つの凹部に配置され
た銅部材により規定されている。外部導体１６は４つの
等距離の溝を有し、そのうちの２つ１７及び１８が示さ
れており、外部導体１６を通って延びている。放射エネ
ルギー吸収材料の円筒の減衰器１９は、この場合には、
炭素を含浸したアルミナであるが、外部導体１６を囲ん
でいる。同軸ライン１５の端部は矩形の導波管２１に突
出するＴプローブ２０で終わる。

【００２３】磁電管の作動中、発振器はアノードの共鳴
空洞で発生され、エネルギーはπ及びπ−１の発振モー
ドで発生される。πモードでのエネルギーは指状のもの
１１及び１２を介して同軸出力ライン１５に結合され、
同軸ライン１５はπモードのエネルギーがＴＥＭの同軸
導波管モードにおいてそれに沿って送られるような寸法
を有している。同軸ライン１５は、それが円筒の導波管
モードのπ発振器モード、ＴＥ₁₁の導波管モードからエ
ネルギーを支持及び伝達することできるような大きさに
なっている。図３はＴＥＭモードを示しており、電流の
方向は破線で示され、電界の方向は実線で示されてい
る。図４は、ＴＥ₁₁モードの電流及び電界を示してい
る。ＴＥＭモードにおいて見られるように、電流は軸方
向に進み、したがって、ＴＥＭモードでの同軸ライン１
５に沿ったエネルギーの伝達が外部導体１６の軸方向に
長い溝１７及び１８の存在により影響されない。これと
は対照的に、ＴＥ₁₁の電流は周辺方向で内部及び外部導
体に進む。周辺電流は溝１７及び１８により遮られ、そ
こに結合されると共に吸収材料１９の方に放射されたエ
ネルギーを生じさせる。この機構により、エネルギーは
ＴＥＭ及びＴＥ₁₁モードの両方で同軸ラインに沿って伝
達されるが、ＴＥ₁₁モードのエネルギーは吸収され、伝
達量が減少されるか又はそれが完全に減衰されるように
なっている。したがって、プローブ２０により導波管２
１に結合されたエネルギーは、実質的に、πモードの発
振で発生されたものだけである。出力エネルギーは導波
管２１に沿った矢印により示された方向に伝達される。

【００２４】遷移２０の非対称性は幾つかのＴＥＭモー
ドのエネルギーを発生させ、アノード２の方に反対方向
の同軸ライン１５に沿って反射及び再度伝達され、反射
によりＴＥ₁₁モードに変換される。不連続点２２は、こ
の場合には内部導体及び外部導体の両方の直径の削減を
含み、ＴＥ₁₁のエネルギーに変換されるＴＥＭモードの
エネルギーが不連続点２２を超えて進むことができない
ことを保証する。したがって、それは吸収材料１９に衝
突せず、それが吸収しなければならないエネルギーに加
える。

【００２５】内部導体１４はまたお互いに直交した配置
され、一方の表面から他方の表面へ導体１４の直径を横
切って延びる２つの溝２３及び２４をも備えている。こ
れらの溝２３及び２４はＴＥ₁₁モードのエネルギーを反
射し、ＴＥＭモードのエネルギーは、このモードの電流
方向が軸方向であるから、反射されない。したがって、
幾つかのＴＥ₁₁エネルギーは溝２３及び２４から共鳴空
洞の方へ戻って反射され、π−１モードのモード負荷を
増加させ、磁電管の出力周波数の安定性を増加させる。

【００２６】磁電管の出力に含まれる同軸ラインに加え
て、第２の同軸ライン２５はアノードの側部に軸方向に
配置され、接続はカソード１になされる。第２の同軸ラ
イン２５の内部導体２６は管８により供給され、外部導
体２７は鉄製極片９の凹部に配置された挿入物により規
定される。外部導体は４つの溝を有し、２つ２８及び２
９が示され、その回りに配列され、放射エネルギー吸収
材料３０の円筒部材により囲まれている。第２の同軸ラ
イン２５の寸法は出力の同軸ラインのそれと同一である
が、代わりのアノードのベーンからの直接結合はないの
で、πモードのエネルギーの非常に小さい部分が第２の
同軸ライン２５に結合される。しかし、ＴＥ₁₁の導波管
モードでそれに沿って伝達されるπ−１モードからエネ
ルギーを受取る。エネルギーはそれが吸収される吸収材
料３０に溝２８及び２９を介して結合される。

【００２７】機械的理由のため、この位置では、反射溝
は第２の同軸ライン２５の外部導体に、もっと便利に、
配置されるであろうが、反射溝はまた、所望の場合、磁
電管のカソードの導線側に含まれてもよく、これらは２
３及び２４で示されたものと同様の方法で作動する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁電管の概略の縦断面図である。

【図２】図１の線Ｉ−Ｉに沿った概略の横断面図であ
る。

【図３】図１に示されている磁電管の作用に関連する説
明図である。

【図４】図１に示されている磁電管の作用に関連する説
明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マイケルバリークリーヴブラディーイギリスエセックスシーエム９６エルビーモルドンプルムアベニュー 53 (72)発明者アランヒューピッケリングイギリスエセックスシーエム１６ティーエイチェルムスフォードスプリングフィールドパンプレーンウェルヴェック（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共鳴空洞を有し、縦軸の回りでカソードと
同軸に配置されたアノードと、１つの発振器モードでエ
ネルギーを受取ると共に同軸導波管モードとしてそれを
送り、別の発振器モードでエネルギーを受取ると共に円
筒導波管モードとしてそれを送るように構成された同軸
ラインを含む出力手段と、少なくとも前記円筒導波管モ
ードでのエネルギーの前方への伝達を減少させる手段と
を備えていることを特徴とする磁電管。
【請求項２】前記同軸ラインは前記共鳴空洞からの同軸
方向に結合されたエネルギーを受取るように配置されて
いる請求項１に記載の磁電管。
【請求項３】前記同軸ラインは、円筒導波管モードのエ
ネルギーが前記同軸ラインから結合されるその外部の導
体バイアを通る少なくとも１つの同軸の長溝を有してい
る前述した請求項のいずれか１の請求項に記載の磁電
管。
【請求項４】前記少なくとも１つの溝に設置され、前記
溝により放射されたエネルギーを吸収する放射エネルギ
ー吸収材料を含む請求項３に記載された磁電管。
【請求項５】前記吸収材料は炭素を含浸された有孔アル
ミナである請求項４に記載の磁電管。
【請求項６】前記１つの発振器モードはπモードであ
り、前記別の発振器モードはπー１モードである前述し
た請求項のいずれか１の請求項に記載の磁電管。
【請求項７】前記同軸導波管モードはＴＥＭモードであ
り、円筒導波管モードはＴＥ₁₁モードである前述した請
求項のいずれか１の請求項に記載の磁電管。
【請求項８】前記別の発振器モードから前記共鳴空洞の
方へエネルギーを反射させる軸方向に長い反射溝を前記
出力手段に少なくとも１つ含む前述した請求項のいずれ
か１の請求項に記載の磁電管。
【請求項９】反射溝は、前記共鳴空洞と前記アノードに
近い同軸ラインの端部の間の領域に部分的に又は全面的
に設置されている請求項８に記載の磁電管。
【請求項１０】反射溝は前記同軸ラインの外部導体面に
設置されている請求項８又は９に記載の磁電管。
【請求項１１】反射溝は前記同軸ラインの内部導体に設
置されている請求項８，９又は１０に記載の磁電管。
【請求項１２】前記内部導体の前記反射溝はそこを通っ
て延びている請求項１１に記載の磁電管。
【請求項１３】長く延びており、交差する内部導体の２
つの反射溝を含んでいる請求項１２に記載の磁電管。
【請求項１４】前記同軸ラインは導波管にエネルギーを
送るように配置されている前述した請求項のいずれか１
の請求項に記載の磁電管。
【請求項１５】前記同軸ラインはＴプローブで終わる請
求項１４に記載の磁電管。
【請求項１６】前記同軸ラインは、少なくとも前記導波
管から円筒導波管モードの前記アノードへ反射するエネ
ルギーの前記同軸ラインに沿う伝達を減少させる不連続
点を備えている請求項１４又は１５に記載の磁電管。
【請求項１７】前記カソードの導線が設置される前記ア
ノードの端部から軸方向に結合された前記別の発振器モ
ードのエネルギーを受取ると共に円筒導波管モードとし
てそれを送るように配置された第２同軸ラインを備えて
いる前述した請求項のいずれか１の請求項に記載の磁電
管。
【請求項１８】エネルギーが前記第２の同軸ラインから
結合される少なくとも１つの軸方向に長い溝バイアを備
えている請求項１７に記載の磁電管。
【請求項１９】前記少なくとも１つの溝は前記第２の同
軸ラインの前記外部導体に設置されている請求項１８に
記載の磁電管。
【請求項２０】前記少なくとも１つの溝を経て前記第２
の同軸ラインから結合されたエネルギーを受取るように
配置された放射エネルギー吸収材料を含んでいる請求項
１９に記載の磁電管。
【請求項２１】前記吸収材料は炭素を含浸した有孔アル
ミナである請求項２０に記載の磁電管。
【請求項２２】前記第２の同軸ラインに少なくとも１つ
の軸方向に長い反射溝を備え、前記別の発振器モードか
ら前記共鳴空洞の方へエネルギーを反射する請求項１７
から２１のいずれか１の請求項に記載の磁電管。
【請求項２３】前記アノードは３λ／４以上の軸長を有
する前述した請求項のいずれか１の請求項に記載の磁電
管。
【請求項２４】前記磁電管はＸ帯域のライナック（lina
c）磁電管である前述した請求項のいずれか１の請求項
に記載の磁電管。
【請求項２５】実質的に添付した図面のいずれか１の図
面に関連して示されると共に説明された磁電管。