JP3255854B2 - Waveguide connection device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波等の電
磁高周波を透過する気密性の窓を介在させることによ
り、例えば進行波管やクライストロンといったマイクロ
波管内部に通じる一方側の導波管を真空に保ち、外部に
通じる他方側の導波管を非真空に保って、両導波管を接
続する導波管接続装置に関し、特に電磁高周波透過に起
因した過熱による窓の破損の抑制と、それによる許容マ
イクロ波電力の向上に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide on one side which communicates with the inside of a microwave tube such as a traveling wave tube or a klystron by interposing an airtight window which transmits electromagnetic high frequencies such as microwaves. Keeping the vacuum, the other side of the waveguide leading to the outside is kept in a non-vacuum, the waveguide connection device for connecting the two waveguides, in particular, suppression of damage to the window due to overheating caused by electromagnetic high-frequency transmission, It relates to improvement of allowable microwave power.

【０００２】[0002]

【従来の技術】マイクロ波は無線通信の搬送波として使
用されたり、物体の加熱に使用されたりする。マイクロ
波電力は、進行波管やクライストロンといったマイクロ
波管や、半導体素子により発生されたり増幅されること
により得られ、これらのデバイスは用途に応じて使い分
けられている。マイクロ波管は一種の真空管であり、電
子ビームを射出する電子銃、電子ビームを捕捉するコレ
クタ、電子ビームとの相互作用によりマイクロ波を増幅
するマイクロ波増幅部、マイクロ波増幅部と外部導波管
との接続部となる入出力結合部などから構成される。こ
の入出力結合部においては、マイクロ波管内部の真空気
密性を保持する一方、マイクロ波を透過させるため、気
密高周波窓が設けられる。すなわち、気密高周波窓はマ
イクロ波を透過する材質で構成され、これを介在させて
導波管が接続される。これによりマイクロ波は低損失で
窓を透過できるが、物質の流通は窓によって遮断され
る。2. Description of the Related Art Microwaves are used as carriers for wireless communication and for heating objects. Microwave power is obtained by being generated or amplified by a microwave tube such as a traveling wave tube or a klystron, or a semiconductor element, and these devices are properly used depending on the application. A microwave tube is a kind of vacuum tube, an electron gun that emits an electron beam, a collector that captures the electron beam, a microwave amplification unit that amplifies the microwave by interaction with the electron beam, a microwave amplification unit and an external waveguide. It is composed of an input / output connection part that serves as a connection part with the pipe. In the input / output coupling section, an airtight high-frequency window is provided to maintain microwave tightness inside the microwave tube while transmitting microwaves. That is, the hermetic high-frequency window is made of a material that transmits microwaves, and the waveguide is connected through the material. This allows microwaves to pass through the window with low loss, but blocks the flow of material.

【０００３】図７は、気密高周波窓を有した従来の導波
管接続装置の導波路に沿った断面図である。この接続装
置は、真空側接続導波管、非真空側接続導波管としてそ
れぞれ銅製の方形導波管２、４を有し、円形の窓６を保
持した銅製の円形導波管８が中継導波管として方形導波
管２、４の間に配置される。円形導波管８の開口断面の
直径は方形導波管２、４の対角線長より大きく、これら
各導波管２、４、８はその中心軸を一致させて配置され
る。方形導波管２、４と円形導波管８とは、断面形状が
異なるので、これらを接続するため、方形導波管２、４
の端部に円形のフランジ１０、１２がそれぞれ取り付け
られる。つまり円形のフランジ１０、１２は円形導波管
８より大きな直径であり、中心にそれぞれ方形導波管の
形状に応じた孔を有し、その孔に方形導波管２、４がそ
れぞれはめ合わされろう付け等により接合される。円形
導波管８は銅製の気密ガスケット１４を介在させて、フ
ランジ１０、１２により挟まれる。フランジ１０、円形
導波管８、フランジ１２のサンドイッチ構造は、フラン
ジ１０、１２間に渡されるボルト１６、ナット１８によ
って圧接され、導波路の気密が保たれる。FIG. 7 is a sectional view taken along a waveguide of a conventional waveguide connection device having an airtight high-frequency window. This connection device has copper rectangular waveguides 2 and 4 as a vacuum side connection waveguide and a non-vacuum side connection waveguide, respectively, and a copper circular waveguide 8 holding a circular window 6 is relayed. The waveguide is disposed between the rectangular waveguides 2 and 4. The diameter of the cross section of the opening of the circular waveguide 8 is larger than the diagonal length of the rectangular waveguides 2, 4, and these waveguides 2, 4, 8 are arranged with their central axes coincident. Since the rectangular waveguides 2 and 4 and the circular waveguide 8 have different cross-sectional shapes, the rectangular waveguides 2 and 4 are connected to connect them.
Circular flanges 10 and 12 are respectively attached to the ends. In other words, the circular flanges 10 and 12 have a diameter larger than that of the circular waveguide 8, and have a hole in the center corresponding to the shape of the rectangular waveguide, and the rectangular waveguides 2 and 4 are respectively fitted in the holes. It is joined by brazing or the like. The circular waveguide 8 is sandwiched between the flanges 10 and 12 with an airtight gasket 14 made of copper interposed therebetween. The sandwich structure of the flange 10, the circular waveguide 8, and the flange 12 is pressed by a bolt 16 and a nut 18 passed between the flanges 10, 12, so that the airtightness of the waveguide is maintained.

【０００４】この圧接には、交換などの目的で円形導波
管８を方形導波管２、４から分離可能とするため、フラ
ンジ結合が採用されている。フランジ１０、１２は、基
本的にステンレス材料などの機械強度の高い材料を用い
て構成される。但し、フランジの導波路空間に接する表
面には、マイクロ波の反射を良くするため電気伝導率の
高い銅メッキによるメッキ層２０が設けられている。こ
れはマイクロ波が導体内部にしみこむ深さ、すなわち表
皮効果の表皮の厚さが、電気伝導率が高いほど薄くなる
からであり、これによりマイクロ波のフランジ表面での
損失が抑制される。ちなみに、ステンレスの電気伝導率
は銅のそれより一桁低いオーダーである。In order to make the circular waveguide 8 separable from the rectangular waveguides 2 and 4 for the purpose of replacement or the like, flange connection is adopted for this pressure welding. The flanges 10 and 12 are basically formed using a material having high mechanical strength such as a stainless steel material. However, a plating layer 20 made of copper plating having high electric conductivity is provided on the surface of the flange in contact with the waveguide space in order to improve microwave reflection. This is because the depth at which the microwave penetrates into the inside of the conductor, that is, the thickness of the skin of the skin effect becomes thinner as the electric conductivity increases, thereby suppressing the loss of the microwave on the flange surface. Incidentally, the electrical conductivity of stainless steel is one order of magnitude lower than that of copper.

【０００５】上記接続装置の構造はピルボックス型と呼
ばれている。このピルボックス型の構造では、窓６の厚
さ、円形導波管８の内径、長さをパラメータとして調整
することにより、容易にマイクロ波整合を実現すること
でき、接続装置でのマイクロ波反射が抑制される。また
窓６を誘電損失の小さい誘電体板で構成することによ
り、窓６での電力の損失も抑制され、電力透過率の高い
接続装置を実現することができる。窓６の誘電損失が抑
制されると、窓６での発熱も抑制される。The structure of the connection device is called a pill box type. In this pill box type structure, microwave matching can be easily realized by adjusting the thickness of the window 6 and the inner diameter and length of the circular waveguide 8 as parameters, and the microwave reflection at the connection device can be realized. Is suppressed. In addition, since the window 6 is formed of a dielectric plate having a small dielectric loss, power loss at the window 6 is suppressed, and a connection device having a high power transmittance can be realized. When the dielectric loss of the window 6 is suppressed, heat generation in the window 6 is also suppressed.

【０００６】さて、この装置の許容マイクロ波電力に影
響を与える要因の一つとして、誘電体板表面に対し起こ
るマルチパクタ放電が挙げられる。この放電が起こるベ
ースとなる現象として、マイクロ波による電子衝撃によ
り誘電体表面から２次電子がたたき出され、この電子が
高周波電界によって加速されて誘電体表面に再び入射す
るという現象がある。上記マルチパクタ放電は、大電力
のマイクロ波を入射させると、前記現象において電子数
の増倍が起こることにより発生すると考えられる。この
放電は、誘電体板表面を局所的に加熱して溶融し、穴を
あけるなどして誘電体板を破壊することがある。One of the factors affecting the allowable microwave power of this device is a multipactor discharge occurring on the surface of the dielectric plate. As a base phenomenon in which this discharge occurs, there is a phenomenon that secondary electrons are knocked out of the dielectric surface by electron impact by microwaves, and the electrons are accelerated by the high-frequency electric field and re-enter the dielectric surface. It is considered that the multipactor discharge is caused by multiplication of the number of electrons in the above phenomenon when a high-power microwave is applied. The discharge may locally heat and melt the surface of the dielectric plate, and break the dielectric plate by making holes or the like.

【０００７】ピルボックス型の接続装置の特徴として、
この局所的な加熱を緩和できることがある。つまり、上
記接続装置においては窓６の面積が方形導波管２、４の
断面積より大きいため、窓６表面での電界強度が緩和さ
れ、そのため窓を構成する誘電体板が局所発熱による応
力割れを起こしにくくなる。As a feature of the pill box type connection device,
In some cases, this local heating can be reduced. That is, in the connection device, since the area of the window 6 is larger than the cross-sectional area of the rectangular waveguides 2 and 4, the intensity of the electric field on the surface of the window 6 is reduced. Cracks are less likely to occur.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この窓面積と
方形導波管断面積との比の増加による、装置の許容マイ
クロ波電力の向上には、マイクロ波整合や装置の大型化
といった面での制約を受け限界がある。However, the increase in the ratio of the window area to the cross-sectional area of the rectangular waveguide in order to increase the allowable microwave power of the device is not sufficient in terms of microwave matching and the size of the device. There is a limit due to the restrictions.

【０００９】また、許容マイクロ波電力に影響を与える
他の要因として、フランジ１０、１２の表面でのマイク
ロ波損失による発熱がある。この表面での発熱によりフ
ランジ１０、１２の温度が上昇し、これが窓６に伝導
し、又は窓６の放熱を妨げることにより、窓６の温度上
昇を引き起こす。特に窓６を構成する誘電体は、一般に
温度上昇に伴い誘電損失も大きくなる、つまり正の帰還
によって温度上昇が加速される。すなわち従来の装置で
は、温度上昇により窓６の応力割れを生じるおそれがあ
り、これにより許容マイクロ波電力が制限されるという
問題があった。Another factor affecting the allowable microwave power is heat generation due to microwave loss on the surfaces of the flanges 10 and 12. The heat generated at this surface causes the temperature of the flanges 10 and 12 to rise, which conducts to the window 6 or impedes the heat dissipation of the window 6, thereby causing the temperature of the window 6 to rise. In particular, the dielectric constituting the window 6 generally has a large dielectric loss as the temperature rises, that is, the temperature rise is accelerated by positive feedback. That is, in the conventional device, there is a possibility that stress cracking of the window 6 may occur due to a rise in temperature, thereby causing a problem that the allowable microwave power is limited.

【００１０】また、装置を冷却するための水冷ジャケッ
トを装置外側に被せるには、複雑な加工が必要であると
いう問題点があった。In addition, there is a problem that complicated processing is required to cover a water cooling jacket for cooling the apparatus outside the apparatus.

【００１１】本発明は上記問題点を解決し、真空側と非
真空側との間の気密を保つ高周波窓の過熱による破損が
抑制され、装置に許容されるマイクロ波電力の上限が向
上した、気密高周波窓を有する導波管接続装置を提供す
ることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems, suppresses damage to the high-frequency window for maintaining airtightness between the vacuum side and the non-vacuum side due to overheating, and improves the upper limit of microwave power allowed for the apparatus. An object of the present invention is to provide a waveguide connection device having an airtight high-frequency window.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る導波管接続
装置においては、窓に対面する各フランジの部分は、高
熱伝導金属材料により形成されることを特徴とする。本
発明によれば、各フランジのうち窓に対面する部分は、
中継導波管との圧接に必要な機械的強度を得るために従
来用いていた例えばステンレスなどの材料より熱伝導率
の高い、例えば金、銀、銅、アルミニウムなどの金属材
料により形成される。これにより、導波路を伝播する、
例えばマイクロ波などの電磁高周波の窓での損失やフラ
ンジの導波路に面する表面での損失による発熱が、フラ
ンジ本体を介して真空側接続導波管や非真空側接続導波
管に速やかに伝導され、窓の温度上昇が抑制される。The waveguide connecting device according to the present invention is characterized in that a portion of each flange facing the window is formed of a high heat conductive metal material. According to the present invention, the portion of each flange facing the window,
In order to obtain the mechanical strength required for pressure contact with the relay waveguide, the material is formed of a metal material such as gold, silver, copper, or aluminum having a higher thermal conductivity than a material such as stainless steel used conventionally. This allows the waveguide to propagate
For example, heat generated by the loss at the window of the electromagnetic high frequency such as microwaves and the loss at the surface of the flange facing the waveguide is quickly applied to the vacuum side connection waveguide and the non-vacuum side connection waveguide through the flange body. It is conducted and the temperature rise of the window is suppressed.

【００１３】さらに、本発明に係る導波管接続装置にお
いては、前記フランジは、前記高熱伝導金属材料により
構成される部分に、フランジ外部から冷却流体が流通さ
れる冷却流体用水路を設けたことを特徴とする。本発明
によれば、上述した窓及びフランジ表面での電磁高周波
による発熱は真空側接続導波管、非真空側接続導波管へ
の伝導により除去されるだけではなく、冷却流体用水路
にフランジ外部から流通される冷却流体によっても除去
される。この冷却流体用水路はフランジの熱伝導率の高
い材料部分に設けられるため、この冷却流体用水路まで
の熱の伝導は速やかに行われる。フランジの温度が一層
抑制されるため、これに隣接する窓の温度も一層抑制さ
れる。Further, in the waveguide connecting device according to the present invention, the flange is provided with a cooling fluid channel through which a cooling fluid flows from outside the flange, at a portion made of the high heat conductive metal material. Features. According to the present invention, the above-mentioned heat generated by the electromagnetic high frequency at the surface of the window and the flange is not only removed by conduction to the vacuum-side connection waveguide and the non-vacuum-side connection waveguide, but also the outside of the flange is connected to the cooling fluid channel. It is also removed by the cooling fluid circulated from the tank. Since the cooling fluid channel is provided in a material portion of the flange having a high thermal conductivity, heat is quickly transmitted to the cooling fluid channel. Since the temperature of the flange is further suppressed, the temperature of the window adjacent thereto is further suppressed.

【００１４】本発明に係る導波管接続装置においては、
前記フランジの圧接部分は、硬質材料で形成されること
を特徴とする。本発明によれば、フランジのうち中継導
波管との圧接部分は、基本的には電磁高周波に晒されず
発熱しないため、熱伝導率が高いことよりも圧接に必要
な機械的強度を満足することを要件とした、例えばステ
ンレスやその他の鉄合金などの硬質材料で形成される。
これにより、圧接部分の気密が確保される。In the waveguide connecting device according to the present invention,
The pressing portion of the flange is formed of a hard material. According to the present invention, the portion of the flange that is in contact with the relay waveguide is basically not exposed to electromagnetic high frequency and does not generate heat, and therefore satisfies the mechanical strength required for pressure welding rather than high thermal conductivity. It is formed of a hard material such as stainless steel or another iron alloy, which is required to be used.
Thereby, the airtightness of the press contact portion is ensured.

【００１５】[0015]

【００１６】[0016]

【００１７】[0017]

【００１８】[0018]

【００１９】[0019]

【００２０】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

［実施形態１］次に、本発明の実施形態について図面を
参照して説明する。[Embodiment 1] Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【００２１】図１は、気密高周波窓を有した本発明の実
施形態である導波管接続装置の導波路に沿った概略の断
面図である。この図において、図７に示す従来装置と同
一の構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を
避ける。方形導波管２、４の長短は装置の本質に関係な
く、マイクロ波管の入出力結合部と装置とのレイアウト
などの必要に応じて設計される。そのため、図におい
て、装置の端部は図示を省略した。本装置が上記従来装
置と基本的に異なる点は、フランジ３０の構成にある。FIG. 1 is a schematic sectional view along a waveguide of a waveguide connection device according to an embodiment of the present invention having an airtight high-frequency window. In this figure, the same components as those of the conventional device shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be avoided. The length of the rectangular waveguides 2 and 4 is designed as required, such as the layout of the input / output coupling portion of the microwave tube and the device, regardless of the nature of the device. Therefore, in the drawings, the end of the device is not shown. This device is basically different from the above-described conventional device in the configuration of the flange 30.

【００２２】図２は、フランジ３０の構成を示す投影図
であって、同図（ａ）は、方形導波管接続側から見たフ
ランジ３０の正面図、同図（ｃ）は、円形導波管接続側
から見たフランジ３０の背面図、同図（ｂ）はフランジ
３０の中心軸を通る垂直断面図、同図（ｄ）はフランジ
３０の中心軸を通る水平断面図である。本装置のフラン
ジ３０は、円周の圧接部分を構成する、例えばステンレ
ス製の円環３２と、その内側部分を構成する、例えば銅
製の熱伝導板３４とから構成される。このようにフラン
ジ３０は異なる２つの材質で構成される点、及び熱伝導
板３４が大きな熱伝導率を有する材質で構成される点に
大きな特徴を有する。円環３２は圧接を行うためのボル
トを通すボルト穴３６を複数有する。円環３２の背面側
のボルト穴３６より内側の周上には、円形導波管８をは
め合わせるための溝３８が彫られている。FIGS. 2A and 2B are projection views showing the configuration of the flange 30. FIG. 2A is a front view of the flange 30 as viewed from the rectangular waveguide connection side, and FIG. The rear view of the flange 30 viewed from the wave tube connection side, FIG. 2B is a vertical sectional view passing through the central axis of the flange 30, and FIG. 2D is a horizontal sectional view passing through the central axis of the flange 30. The flange 30 of the present apparatus is composed of a circular ring 32 made of, for example, stainless steel, which forms a circumferential pressure contact portion, and a heat conductive plate 34, made of, for example, copper, which forms an inner portion thereof. As described above, the flange 30 is largely characterized in that it is made of two different materials, and that the heat conductive plate 34 is made of a material having high thermal conductivity. The ring 32 has a plurality of bolt holes 36 through which bolts for performing pressure welding are passed. A groove 38 for fitting the circular waveguide 8 is formed on the inner periphery of the bolt hole 36 on the back side of the ring 32.

【００２３】この円環３２のリング開口部分に熱伝導板
３４がはめ合わされ、ろう付け等により接合される。円
環３２と熱伝導板３４との材質の組み合わせの選択にお
いては、両者の熱膨張の違いにより発生する内部応力が
抑制されるような配慮がされる。例えば、ここで用いて
いるステンレスと銅の組み合わせならば、両者の熱膨張
係数の差が小さいため内部応力は問題とならない。熱伝
導板３４には、方形導波管２、４の開口形状に一致した
矩形孔４０が設けられ、正面側の矩形孔４０の周囲に
は、方形導波管２、４をはめるための段差４２が設けら
れる。A heat conductive plate 34 is fitted to the ring opening of the ring 32 and joined by brazing or the like. In selecting the combination of the materials of the ring 32 and the heat conductive plate 34, consideration is given to suppressing the internal stress generated due to the difference in thermal expansion between the two. For example, in the case of the combination of stainless steel and copper used here, the difference in thermal expansion coefficient between the two is small, so that the internal stress does not matter. The heat conduction plate 34 is provided with a rectangular hole 40 corresponding to the opening shape of the rectangular waveguides 2 and 4, and a step for fitting the rectangular waveguides 2 and 4 is formed around the rectangular hole 40 on the front side. 42 are provided.

【００２４】このフランジ３０は方形導波管２、４のそ
れぞれ端部に取り付けられる。そして方形導波管２の端
部のフランジ３０と方形導波管４の端部のフランジ３０
のそれぞれの溝３８に、円形導波管が嵌合され、両フラ
ンジ３０の間に保持される。両フランジ３０は、ボルト
穴に通されたボルト１６及びナット１８によって円形導
波管８に圧接される。これにより、本装置を構成する各
部が一体に結合される。ここで円形導波管８とフランジ
３０との間には銅のガスケット１４が配置されている。
銅はステンレスに比べて柔らかいため、ガスケットは円
環３２からの力により円環３２と円形導波管８との間に
密着し、この隙間を気密シールする。換言すれば、方形
導波管２、４に接合され、基本的には交換せずに用いら
れるフランジ３０を構成する円環３２は、ガスケットの
材料である銅より硬質の材料で形成される必要がある。
そのため、ここでは、円環３２の材質としてステンレス
を採用したが、銅より硬質の他の材料を用いてもよい。
またメタルガスケットに銅以外の材質を用い、円環３２
をその材質より硬質の材料で形成してもよい。上記のよ
うにフランジ結合を用いる理由は、円形導波管８に保持
される窓６の容易な交換を可能とするためである。This flange 30 is attached to each end of the rectangular waveguides 2 and 4. The flange 30 at the end of the rectangular waveguide 2 and the flange 30 at the end of the rectangular waveguide 4
A circular waveguide is fitted into each of the grooves 38 and held between the flanges 30. Both flanges 30 are pressed against the circular waveguide 8 by bolts 16 and nuts 18 passed through bolt holes. Thereby, each part which comprises this apparatus is integrally connected. Here, a copper gasket 14 is arranged between the circular waveguide 8 and the flange 30.
Since copper is softer than stainless steel, the gasket adheres tightly between the ring 32 and the circular waveguide 8 by the force from the ring 32 and hermetically seals this gap. In other words, the ring 32 that is joined to the rectangular waveguides 2 and 4 and that constitutes the flange 30 that is basically used without being replaced needs to be formed of a material harder than copper, which is a material of the gasket. There is.
Therefore, here, stainless steel is used as the material of the ring 32, but another material harder than copper may be used.
Also, using a material other than copper for the metal gasket,
May be formed of a material harder than that material. The reason for using the flange connection as described above is to enable easy replacement of the window 6 held by the circular waveguide 8.

【００２５】なお、円形導波管８に保持される窓６を形
成する誘電体には、例えば酸化アルミナを焼結したもの
が用いられる。酸化アルミナ板は、アルミナの微粉末に
焼成助剤を加えてプレス成型した後、高温焼成して形成
される。板内の強度を一様にするためには、プレス成形
焼成において円形が有利である。つまり、窓６の強度を
確保する意味で、誘電体板は円形のものが用いられてい
る。また、円形導波管８は、この誘電体円板をその円周
上一様な力で保持するのに最適である。The dielectric forming the window 6 held by the circular waveguide 8 is, for example, a sintered material of alumina oxide. The alumina oxide plate is formed by adding a sintering aid to fine alumina powder, press-molding, and then sintering at a high temperature. In order to make the strength in the plate uniform, a circular shape is advantageous in press forming and firing. That is, in order to secure the strength of the window 6, a circular dielectric plate is used. Further, the circular waveguide 8 is most suitable for holding the dielectric disk with a uniform force on its circumference.

【００２６】上記酸化アルミナの表面には例えば窒化チ
タン（ＴｉＮ）の薄膜がコーティングされる。この薄膜
は、窓６にマイクロ波を照射したときの２次電子放出係
数を低減してマルチパクタ放電を抑制する効果を得るた
めに設けられ、円形導波管８に窓６を形成する誘電体円
板を気密ろう付けした後にコーティングされる。The surface of the alumina oxide is coated with a thin film of, for example, titanium nitride (TiN). This thin film is provided to reduce the secondary electron emission coefficient when the window 6 is irradiated with microwaves and to obtain the effect of suppressing the multipactor discharge. Coated after airtight brazing of the board.

【００２７】本装置は、真空側接続導波管である方形導
波管２の先に、マイクロ波管が接続される。そのため、
方形導波管２内は、マイクロ波管の内部に応じて、真空
状態となったり封入ガスに応じた状態となったりする。
ちなみに、フランジ結合を解いて窓６を交換する場合に
備えて、一般には方形導波管２の先に接続される部分に
導波管を閉止するための弁が設けられる。マイクロ波管
が、例えば出力周波数約３ＧＨｚである場合には、方形
導波管２、４には、例えば断面のサイズが３４ｍｍ×７
２．１ｍｍのものが用いられる。円形導波管８は例えば
内径８４．７ｍｍ、長さ３０．５ｍｍである。誘電体板
の直径は円形導波管８と同じであり、例えば厚さ３．２
ｍｍのものが用いられる。フランジ３０の厚さは例え
ば、２０．３ｍｍ、熱伝導板の直径は、窓６の誘電体板
に対応して８４．７ｍｍである。In this apparatus, a microwave tube is connected to the end of a rectangular waveguide 2 which is a vacuum-side connection waveguide. for that reason,
The inside of the rectangular waveguide 2 is in a vacuum state or a state corresponding to the filling gas depending on the inside of the microwave tube.
Incidentally, a valve for closing the waveguide is generally provided at a portion connected to the end of the rectangular waveguide 2 in case of replacing the window 6 by releasing the flange connection. When the microwave tube has, for example, an output frequency of about 3 GHz, the rectangular waveguides 2 and 4 have, for example, a cross-sectional size of 34 mm × 7.
A 2.1 mm one is used. The circular waveguide 8 has, for example, an inner diameter of 84.7 mm and a length of 30.5 mm. The diameter of the dielectric plate is the same as that of the circular waveguide 8, for example, the thickness is 3.2.
mm. The thickness of the flange 30 is, for example, 20.3 mm, and the diameter of the heat conducting plate is 84.7 mm corresponding to the dielectric plate of the window 6.

【００２８】本装置の熱伝導板３４の表面では、マイク
ロ波の損失によって従来の装置と同様の発熱が生じる。
しかし、銅の熱伝導率は、ステンレスのおよそ２０倍で
あるため、熱伝導板３４の窓６に対面する部分でマイク
ロ波によって発生した熱は、熱伝導板３４の表面のみな
らずその内部をも経由して速やかに方形導波管２、４に
伝達される。方形導波管２、４は放熱器として機能し
て、外界に熱を放散し、よってフランジ３０の温度上昇
が抑制される。この結果、窓６からフランジ３０への伝
熱が促進されて、窓６の温度上昇が抑制されることによ
り、窓６の破壊が防止される。このようにマイクロ波を
増大させても窓６が破壊されにくくなるなるため、装置
の許容マイクロ波電力が向上し、通信の大電力化などの
ニーズに対応できるようになる。On the surface of the heat conducting plate 34 of the present apparatus, the same heat as in the conventional apparatus is generated due to the loss of microwaves.
However, since the thermal conductivity of copper is approximately 20 times that of stainless steel, the heat generated by the microwave in the portion of the heat conductive plate 34 facing the window 6 causes not only the surface of the heat conductive plate 34 but also the inside thereof. , And is quickly transmitted to the rectangular waveguides 2 and 4. The rectangular waveguides 2 and 4 function as a radiator to dissipate heat to the outside world, thereby suppressing a rise in the temperature of the flange 30. As a result, heat transfer from the window 6 to the flange 30 is promoted, and a rise in the temperature of the window 6 is suppressed, so that destruction of the window 6 is prevented. As described above, even if the microwaves are increased, the window 6 is hard to be broken, so that the allowable microwave power of the device is improved, and it is possible to meet needs such as increasing the power of communication.

【００２９】なお、ここでは熱伝導板３４に銅を用いた
が、その他、銅を主成分とした合金や他の熱伝導率の高
い金属でもよい。熱伝導率が高い金属は、ヴィーデマン
−フランツ（Wiedemann-Franz ）の法則により、一般に
電気伝導率も高い。したがって、高熱伝導率金属を用い
ることによりフランジ表面でのマイクロ波の低損失、低
発熱、及び高反射率も実現される。コスト的な問題はあ
るが、熱伝導板３４を形成する高熱伝導率金属材料に、
金、銀などを用いても、窓６の破壊防止の良好な効果を
実現できる。また、円環３２を形成する材質はステンレ
スのほか、一般の炭素鋼を用いることもできる。Although copper is used for the heat conducting plate 34 here, an alloy containing copper as a main component or another metal having high heat conductivity may be used. Metals with high thermal conductivity generally have high electrical conductivity according to Wiedemann-Franz's law. Therefore, by using a metal having a high thermal conductivity, a low loss of microwaves, a low heat generation, and a high reflectance on the surface of the flange are also realized. Although there is a problem in cost, the high thermal conductivity metal material forming the thermal conductive plate 34
Even if gold, silver, or the like is used, a favorable effect of preventing the destruction of the window 6 can be realized. Further, the material forming the ring 32 may be not only stainless steel but also general carbon steel.

【００３０】また、円環３２の気密シールに係わる部分
等の加工精度を要求される部分は、例えば、円環３２と
熱伝導板３４とのろう付け接合後に機械加工するといっ
た配慮をすることが望ましい。Also, for the parts requiring processing accuracy, such as the parts related to the airtight seal of the ring 32, it is necessary to consider, for example, machining after brazing the ring 32 and the heat conductive plate 34. desirable.

【００３１】［実施形態２］次に、本発明の第２の実施
形態について図面を参照して説明する。[Embodiment 2] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【００３２】図３は、気密高周波窓を有した本発明の第
２の実施形態である導波管接続装置の導波路に沿った概
略の断面図である。この図において、図１、図７に示す
装置と同一の構成要素には、同一の符号を付し、重複す
る説明を避ける。本装置が上記実施形態と基本的に異な
る点は、フランジ６０の内部に冷却流体用水路を有する
点にある。FIG. 3 is a schematic sectional view taken along a waveguide of a waveguide connection device according to a second embodiment of the present invention having an airtight high-frequency window. In this figure, the same components as those of the apparatus shown in FIGS. 1 and 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be avoided. This device is basically different from the above embodiment in that a cooling fluid channel is provided inside the flange 60.

【００３３】図４は、フランジ６０の構成を示す投影図
であって、同図（ａ）は、方形導波管接続側から見たフ
ランジ６０の正面図、同図（ｃ）は、円形導波管接続側
から見たフランジ６０の背面図、同図（ｂ）はフランジ
６０の中心軸を通る垂直断面図、同図（ｄ）はフランジ
６０の中心軸を通る水平断面図である。フランジ６０
は、実施形態１のフランジ３０と同様に、円周の圧接部
分を構成する例えばステンレス製の円環６２と、その内
側部分を構成する例えば銅製の熱伝導板６４とから構成
される点で従来装置と相違する。さらにフランジ６０
は、熱伝導板６４の内部に冷却流体用水路６６を有する
点で、従来の装置と大きく相違する。FIGS. 4A and 4B are projection views showing the configuration of the flange 60. FIG. 4A is a front view of the flange 60 as viewed from the rectangular waveguide connection side, and FIG. The rear view of the flange 60 seen from the wave tube connection side, FIG. 6B is a vertical sectional view passing through the central axis of the flange 60, and FIG. Flange 60
Is similar to the flange 30 of the first embodiment in that it is formed of, for example, a stainless steel ring 62 forming a circumferential pressure contact portion and a copper heat conducting plate 64 forming an inner portion thereof. It is different from the device. Further flange 60
Differs greatly from the conventional apparatus in that a cooling fluid channel 66 is provided inside a heat conducting plate 64.

【００３４】この冷却流体用水路６６は、熱伝導板６４
の外周側面から切削された溝６８が、熱伝導板６４の外
周に配置される円環６２により蓋をされることにより形
成される。溝６８は、熱伝導板６４と冷却流体との接触
面積を大きくして熱交換効率を大きくするように構成上
配慮される。例えば、溝６８は、導波路である矩形孔４
０に達せず、また強度的に問題とならない範囲で深く掘
られる。これにより、溝６８の垂直壁面の面積が大きく
なるとともに、矩形孔４０の内壁面で発生する熱も冷却
流体用水路６６に達しやすくなる。本装置では、矩形孔
４０の内壁面と溝６８の底面との距離は、数ｍｍとす
る。また、フランジ６０の各部の寸法をフランジ３０に
例示した数値と同じにした場合、溝６８の幅は例えば８
ｍｍにとられる。これにより、冷却流体用水路６６の容
積は約２２立方センチメートルが確保される。なお、そ
の他、熱交換効率を向上させるために、溝６８の壁面に
凹凸を形成し表面積を増大させてもよい。The cooling fluid passage 66 is provided with a heat conducting plate 64.
A groove 68 cut from the outer peripheral side surface of the heat conductive plate 64 is formed by being covered with a ring 62 arranged on the outer periphery of the heat conductive plate 64. The groove 68 is designed so that the contact area between the heat conducting plate 64 and the cooling fluid is increased to increase the heat exchange efficiency. For example, the groove 68 is formed in the rectangular hole 4 which is a waveguide.
It is dug deep as far as it does not reach 0 and there is no problem in strength. Thereby, the area of the vertical wall surface of the groove 68 increases, and the heat generated on the inner wall surface of the rectangular hole 40 easily reaches the cooling fluid channel 66. In this device, the distance between the inner wall surface of the rectangular hole 40 and the bottom surface of the groove 68 is set to several mm. When the dimensions of each part of the flange 60 are the same as the numerical values exemplified for the flange 30, the width of the groove 68 is, for example, 8
mm. Thereby, the volume of the cooling fluid channel 66 is secured to about 22 cubic centimeters. In addition, in order to improve the heat exchange efficiency, irregularities may be formed on the wall surface of the groove 68 to increase the surface area.

【００３５】円環６２は、その外周側面と内周側面とで
連通した流体流通孔７０を有する。円環６２外周側の流
体流通孔７０の開口部分には管用テーパめねじ７２を設
け、管継手等を接続できるような構造として、フランジ
外部の冷却水パイプと接続し、冷却流体用水路６６に冷
却水を流通させる。これにより、熱伝導板６４は、方形
導波管２、４への熱伝導によって放熱を図る上記実施形
態の装置よりもより強力に冷却される。この結果、窓６
の温度上昇が一層、抑制されることによって、第１の実
施形態よりもさらに許容マイクロ波電力の改善が図られ
る。The ring 62 has a fluid flow hole 70 communicating between the outer peripheral side surface and the inner peripheral side surface. A pipe tapered female screw 72 is provided at the opening of the fluid flow hole 70 on the outer periphery of the ring 62, and is connected to a cooling water pipe outside the flange so that a pipe joint or the like can be connected. Distribute water. Thereby, the heat conduction plate 64 is cooled more strongly than the device of the above-described embodiment which dissipates heat by heat conduction to the rectangular waveguides 2 and 4. As a result, window 6
Is further suppressed, whereby the allowable microwave power is further improved as compared with the first embodiment.

【００３６】図４には、円環６２が上下に流体流通孔７
０を有する場合を図示した。溝６８は熱伝導板６４の全
周に沿って設けられているため、上下の流体流通孔７０
をそれぞれ冷却水の流入口、流出口とすることにより、
冷却水は冷却流体用水路６６内を淀みなく流れ、本装置
から熱を奪い去る。なお、流体流通孔７０の数は、２よ
り多くてもよい。FIG. 4 shows that the ring 62 is vertically
The case having 0 is illustrated. Since the groove 68 is provided along the entire circumference of the heat conduction plate 64, the upper and lower fluid flow holes 70
By making the cooling water inlet and outlet, respectively,
The cooling water flows through the cooling fluid channel 66 without stagnation, and removes heat from the apparatus. In addition, the number of the fluid circulation holes 70 may be more than two.

【００３７】図５は、冷却流体用水路６６に対する配管
例を示す断面図である。ここでは、２つのフランジ６０
の各冷却流体用水路６６がＵ字型パイプ９０により互い
に接続される。Ｕ字型パイプ９０は、管継手９２を管用
テーパめねじ７２にねじ込むことにより、流体流通孔７
０に接続される。このように、両フランジ６０の冷却流
体用水路６６を連通させることにより、一系統の冷却水
配管で冷却を行うことができ、配管が簡単となる。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of piping for the cooling fluid water passage 66. Here, two flanges 60
Are connected to each other by a U-shaped pipe 90. The U-shaped pipe 90 is formed by screwing the pipe joint 92 into the pipe tapered female thread 72 so that the fluid communication hole 7 is formed.
Connected to 0. As described above, by connecting the cooling fluid water passages 66 of the flanges 60 to each other, cooling can be performed by one system of cooling water piping, and the piping is simplified.

【００３８】図６は、冷却流体用水路６６に対する他の
配管例を示す断面図である。ここでは、図５に示したよ
うに両フランジ６０の冷却流体用水路６６が連通され一
系統の冷却水配管で冷却が行われている。ここで用いら
れる一系統の冷却水配管は、他の部分に対する冷却水配
管と共通にされ、このように接続することによりさらに
配管が簡単となる。図には、方形導波管２、４に対する
冷却水配管をフランジ６０に接続する例が示されてい
る。つまり、方形導波管２、４に接してこれらをそれぞ
れ冷却する冷却水配管１１０、１１２が、各フランジ６
０に接続されたＵ字型パイプ１１４、１１６に接続され
る。冷却水配管１１０、１１２とＵ字型パイプ１１４、
１１６との接続はそれぞれ管継手１１８、１２０により
行われる。なお、冷却水配管、Ｕ字型パイプ１１４、１
１６には銅製のパイプが使用されている。FIG. 6 is a sectional view showing another example of piping for the cooling fluid passage 66. As shown in FIG. Here, as shown in FIG. 5, the cooling fluid channels 66 of both flanges 60 communicate with each other, and cooling is performed by one system of cooling water piping. The cooling water piping of one system used here is shared with the cooling water piping for the other parts, and the piping is further simplified by such connection. The figure shows an example in which cooling water pipes for the rectangular waveguides 2 and 4 are connected to the flange 60. That is, the cooling water pipes 110 and 112 that contact the rectangular waveguides 2 and 4 to cool them, respectively,
It is connected to U-shaped pipes 114, 116 connected to zero. Cooling water piping 110, 112 and U-shaped pipe 114,
The connection with 116 is made by pipe joints 118 and 120, respectively. In addition, cooling water piping, U-shaped pipes 114, 1
16 uses a copper pipe.

【００３９】[0039]

【発明の効果】本発明の導波管接続装置によれば、導波
管を接続するフランジのうちマイクロ波に晒される部分
を高熱伝導金属材料で形成したことにより、この部分で
のマイクロ波の低損失を維持しつつ、マイクロ波による
発熱の速やかな伝導、除去が図られる。これにより、真
空側と非真空側との間の気密を保つ高周波窓が過熱して
破損することが防止され、許容マイクロ波電力を向上さ
せることができる効果がある。また、本発明の導波管接
続装置によれば、高熱伝導金属材料内部に冷却流体用水
路を設けることにより、高周波窓が強制冷却が図られ、
上記破損防止効果が強化され、許容マイクロ波電力が一
層向上するという効果が得られる。さらに本発明の導波
管接続装置によれば、フランジの中継導波管に圧接され
る部分は硬質材料で形成されることにより、フランジに
必要とされる従来と同様の機械的強度と、上記高熱伝導
とが両立されるという効果が得られる。また、圧接部分
と、窓に対面する部分とをそれぞれ異なる材質で別個に
形成するため、フランジ内部に冷却流体用水路を作る加
工が容易となる。加えて、本発明の導波管接続装置によ
れば、窓を円形とすることにより、窓内の強度が一様と
なり、応力割れを起こしにくく、また真空側接続導波
管、非真空側接続導波管とをマイクロ波の伝送に広く用
いられている方形導波管とすることにより、広範な装置
における導波管の接続に適用可能となる。加えて、本発
明の導波管接続装置によれば、前記高熱伝導金属材料と
して銅材料を用いることにより、高熱伝導率による熱の
放散と、高電気伝導度によるマイクロ波の低損失と、装
置の低価格化とが図られる。According to the waveguide connecting device of the present invention, the portion of the flange for connecting the waveguide, which is exposed to the microwave, is formed of a high heat conductive metal material, so that the microwave can be connected at this portion. Quick conduction and removal of heat generated by microwaves can be achieved while maintaining low loss. This prevents the high-frequency window that maintains the airtightness between the vacuum side and the non-vacuum side from being overheated and damaged, and has the effect of improving the allowable microwave power. Further, according to the waveguide connection device of the present invention, by providing the cooling fluid channel inside the high heat conductive metal material, the high-frequency window is forcibly cooled,
The effect that the damage prevention effect is enhanced and the allowable microwave power is further improved is obtained. Further, according to the waveguide connection device of the present invention, the portion of the flange pressed against the relay waveguide is formed of a hard material, so that the flange has the same mechanical strength as that required in the related art, and The effect of achieving both high thermal conductivity is obtained. In addition, since the press-contact portion and the portion facing the window are separately formed of different materials, it is easy to form a cooling fluid channel inside the flange. In addition, according to the waveguide connection device of the present invention, by making the window circular, the strength in the window becomes uniform, stress cracking hardly occurs, and the vacuum side connection waveguide and the non-vacuum side connection By using the waveguide as a rectangular waveguide widely used for transmitting microwaves, the waveguide can be applied to connection of the waveguide in a wide range of devices. In addition, according to the waveguide connecting device of the present invention, by using a copper material as the high thermal conductive metal material, heat dissipation due to high thermal conductivity, low microwave loss due to high electrical conductivity, and Price is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明の第１の実施形態である、気密高周波
窓を有した導波管接続装置の導波路に沿った概略の断面
図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along a waveguide of a waveguide connection device having an airtight high-frequency window according to a first embodiment of the present invention.

【図２】 第１の実施形態に係るフランジの構成を示す
投影図。FIG. 2 is a projection view showing a configuration of a flange according to the first embodiment.

【図３】 本発明の第２の実施形態である、気密高周波
窓を有した導波管接続装置の導波路に沿った概略の断面
図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along a waveguide of a waveguide connection device having an airtight high-frequency window according to a second embodiment of the present invention.

【図４】 第２の実施形態に係るフランジの構成を示す
投影図。FIG. 4 is a projection view showing a configuration of a flange according to a second embodiment.

【図５】 冷却流体用水路に対する配管例を示す断面
図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of piping for a cooling fluid channel.

【図６】 冷却流体用水路に対する他の配管例を示す断
面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of piping for a cooling fluid channel.

【図７】 従来例である、気密高周波窓を有した導波管
接続装置の導波路に沿った断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view along a waveguide of a conventional waveguide connection device having an airtight high-frequency window.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２，４ 方形導波管、６ 窓、８ 円形導波管、１４
ガスケット、１６ ボルト、１８ ナット、３０，６０
フランジ、３２，６２ 円環、３４，６４熱伝導板、
４０ 矩形孔、６６ 冷却流体用水路、６８ 溝、７０
流体流通孔、１１０，１１２ 冷却水配管、１１４，
１１６ Ｕ字型パイプ。2,4 rectangular waveguide, 6 windows, 8 circular waveguide, 14
Gasket, 16 bolts, 18 nuts, 30, 60
Flange, 32, 62 ring, 34, 64 heat conductive plate,
40 rectangular hole, 66 cooling fluid channel, 68 groove, 70
Fluid flow holes, 110, 112 Cooling water piping, 114,
116 U-shaped pipe.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 電磁高周波の導波路の真空側と非真空側
とを接続する装置であって、真空側接続導波管と、非真
空側接続導波管と、これらの間に配置された中継導波管
と、前記中継導波管内に保持され前記真空側と前記非真
空側とを仕切り前記電磁高周波を透過する窓と、前記真
空側接続導波管及び前記非真空側接続導波管の前記中継
導波管側の端部にそれぞれ設けられ、前記中継導波管に
圧接される２つのフランジとを含む導波管接続装置にお
いて、 前記各フランジの前記窓に対面する部分は、高熱伝導金
属材料により形成され、 前記フランジは、前記高熱伝導金属材料により構成され
る部分に、フランジ外部から冷却流体が流通される冷却
流体用水路を設けたこと、 を特徴とする導波管接続装置。An apparatus for connecting a vacuum side and a non-vacuum side of an electromagnetic high-frequency waveguide, comprising: a vacuum-side connecting waveguide, a non-vacuum-side connecting waveguide, and a device disposed therebetween. A relay waveguide, a window held in the relay waveguide, separating the vacuum side and the non-vacuum side, and transmitting the electromagnetic high-frequency wave, the vacuum-side connection waveguide and the non-vacuum-side connection waveguide And a flange which is provided at an end of the relay waveguide side of the relay waveguide and which is pressed against the relay waveguide. A portion of each flange facing the window has high heat. A waveguide connection device formed of a conductive metal material, wherein the flange is provided with a cooling fluid channel through which a cooling fluid flows from outside the flange, at a portion formed of the high heat conductive metal material. 【請求項２】 前記フランジの圧接部分は、硬質材料で
形成されることを特徴とする請求項１記載の導波管接続
装置。2. The waveguide connection device according to claim 1, wherein the pressure contact portion of the flange is formed of a hard material. 【請求項３】 前記真空側接続導波管と前記非真空側接
続導波管は方形導波管であり、 前記窓は円形であり、 前記中継導波管は円形導波管であることを特徴とする請
求項１又は請求項２のいずれかに記載の導波管接続装
置。3. The vacuum-side connection waveguide and the non-vacuum-side connection waveguide are square waveguides, the window is circular, and the relay waveguide is a circular waveguide. The waveguide connection device according to claim 1 or 2, wherein 【請求項４】 前記高熱伝導金属材料は銅材料であるこ
とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載
の導波管接続装置。4. The waveguide connection device according to claim 1, wherein the high thermal conductive metal material is a copper material.