阅读说明：本技术 速调管 (Klystron ) 是由 阿武俊郎 大久保良久 于 2017-12-25 设计创作，主要内容包括：速调管(10)包括电子枪部(A)、多个共振空腔(14a～14j)、收集极(15)以及多根漂移管(16a～16k)。多个共振空腔(14a～14j)包括沿着来自电子枪部(A)的电子(11)的行进方向依次定位的输入空腔(19)、多个中间空腔(21b～21i)以及输出空腔(20)。多个中间空腔(21b～21i)包括多个二次谐波空腔(23d、23g)。收集极(15)对经过多个共振空腔(14a～14j)的电子(11)进行捕捉。多根偏移管(16a～16k)设置在电子枪部(A)与输入空腔(19)之间、多个共振空腔(14a～14j)之间以及输出空腔(20)与收集极(15)之间。(The klystron (10) includes an electron gun section (A), a plurality of resonant cavities (14 a-14 j), a collector (15), and a plurality of drift tubes (16 a-16 k). The plurality of resonant cavities (14 a-14 j) include an input cavity (19), a plurality of intermediate cavities (21 b-21 i), and an output cavity (20) that are positioned in order along the direction of travel of electrons (11) from the electron gun section (A). The plurality of intermediate cavities (21 b-21 i) include a plurality of second harmonic cavities (23d, 23 g). The collector (15) captures electrons (11) that have passed through the plurality of resonant cavities (14 a-14 j). A plurality of offset tubes (16 a-16 k) are provided between the electron gun section (A) and the input cavity (19), between the plurality of resonance cavities (14 a-14 j), and between the output cavity (20) and the collector (15).)

速调管

技术领域

本发明的实施方式涉及一种速调管。

背景技术

速调管是用于高频电力的增幅的电子管，该速调管包括发射电子的电子枪部、高频电力的输入部和输出部、高次谐波相互作用部以及对使用完毕的电子进行捕捉的收集极。高次谐波相互作用部由在电子的行进方向上排列的多个共振空腔构成。共振空腔包含输入高频电力的输入空腔、输出高频电力的输出空腔以及位于输入空腔与输出空腔之间的多个中间空腔。电子枪部与高次谐波相互作用部之间、构成高次谐波相互作用部的多个共振空腔之间、高次谐波相互作用部与收集极部之间分别通过漂移管连结。

在具有上述结构的速调管中，从电子枪部发射出的电子经过输入空腔，并且与位于输入空腔的前方的多个中间空腔相互作用而群聚。群聚的电子的动能施加至从输入空腔输入的高频波，使得群聚的电子在输出空腔处减速，从而作为增幅至目标输出的高频电力从输出部被提取。

此外，为了提高电子的群聚效果并使之高效化，具有一种将多个中间空腔中的一个用作二次谐波空腔的速调管。

然而，在速调管中存在下述技术问题：群聚的电子彼此容易被空间电荷排斥，从而容易在行进方向上扩散，此外，由于电子的速度存在差异，因此，无法使电子在输入空腔处均匀地减速，向高频电力转换的转换效率难以提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭55-33718号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种使向高频电力转换的转换效率提高的速调管。

解决技术问题所采用的技术方案

一实施方式的速调管包括：

电子枪部，所述电子枪部发射电子；

多个共振空腔，所述多个共振空腔包括沿着来自所述电子枪部的电子的行进方向依次定位的输入空腔、多个中间空腔、输出空腔，所述多个中间空腔包括多个二次谐波空腔；

收集极，所述收集极对经过所述多个共振空腔的电子进行捕捉；以及

多根漂移管，多根所述偏移管设置在所述电子枪部与所述输入空腔之间、所述多个共振空腔之间以及所述输出空腔与所述收集极之间。

附图说明

图1是表示第一实施方式的速调管的结构的剖视图。

图2是表示图1所示的速调管的管容器的一部分的剖视图，是示出了二次谐波空腔等的图。

图3是表示图1所示的速调管的管容器的一部分的剖视图，是用于说明共振空腔的间隔的图。

图4是表示第二实施方式的速调管的管容器以及收集极的剖视图，是用于说明漂移管的直径的图。

图5是表示第三实施方式的速调管的管容器以及收集极的剖视图，是示出了空腔单元等的图。

图6是表示第四实施方式的速调管的管容器以及收集极的剖视图，是示出了空腔单元等的图。

具体实施方式

以下，参照图1至图3对第一实施方式进行说明。

图1是表示速调管10的大致结构的剖视图。如图1所示，速调管10包括发射电子11的电子枪部A。电子枪部A包括产生电子11的阴极12a以及使电子11加速的阳极12b等。

在电子11的行进方向即电子枪部A的前方设置有高次谐波相互作用部B。高次谐波相互作用部B包括筒状的管容器13以及多个共振空腔14，其中，上述多个共振空腔14形成于上述管容器13而沿着电子11的行进方向排列。高次谐波相互作用部B例如包括十个共振空腔14a～14j。

在电子11的行进方向即高次谐波相互作用部B的更前方处设置有收集极15，该收集极15对经过了高次谐波相互作用部B(共振空腔14a～14j)的电子11进行捕捉。

电子枪部A与高次谐波相互作用部B之间、多个共振空腔14a～14j之间、高次谐波相互作用部B与收集极15之间分别通过漂移管16a～16k连结。构成共振空腔14a～14j以及漂移管16a～16k的管容器13例如以铜作为材质而形成。

此外，在构成高次谐波相互作用部B的多个共振空腔14a～14j中，在位于电子枪部A侧的共振空腔14a连接有输入高频电力的输入部17，此外，在位于收集极15侧的共振空腔14j连接有输出高频电力的输出部18。例如，输入部17是同轴线路，输出部18是导波管。

构成高频相互作用部B的多个共振空腔14a～14j中，位于电子枪部A侧的共振空腔14a是输入空腔19，位于收集极15侧的共振空腔14j是输出空腔20，位于输入空腔19与输出空腔20之间的多个共振空腔14b～14i是中间空腔21b～21i。

根据上述记载，漂移管16a设置在电子枪部A与输入空腔19之间。漂移管16k设置在输出空腔20与收集极15之间。漂移管16b～16j分别设置在多个共振空腔14a～14j中相邻的一对共振空腔之间。

中间空腔21b～21i包括多个基波空腔22b、22c、22e、22f、22h、22i以及多个二次谐波空腔23d、23g。多个二次谐波空腔23d、23g设置于中间空腔21b～21i中的任意位置。靠近电子枪部A侧的二次谐波空腔23d与输入空腔19之间隔着多个基波空腔22b、22c，靠近收集极15侧的二次谐波空腔23g与输出空腔20之间隔着多个基波空腔22h、22i，此外，在上述二次谐波空腔23d、23g之间隔着多个基波空腔22e、22f。

在本实施方式中，示出了下述情况：共振空腔14a～14j的个数是十个，中间空腔21b～21i的个数是八个，二次谐波空腔23d、23g的个数是两个。在该情况下，相对于电子11的行进方向，在中间空腔21b～21i的每隔两个的位置处分别设置有二次谐波空腔23d、23g。因此，中间空腔21b、21c、21e、21f、21h、21i是基波空腔22b、22c、22e、22f、22h、22i，中间空腔21d、21g是二次谐波空腔23d、23g。

图2是表示速调管10的管容器13的一部分的剖视图，并且是示出了二次谐波空腔23d、23g等的图。如图2所示，与二次谐波空腔23d、23g以外的中间空腔21b、21c、21e、21f、21h、21i即基波空腔22b、22c、22e、22f、22h、22i相比，二次谐波空腔23d、23g的形状形成得较小。也就是说，与基波空腔22b、22c、22e、22f、22h、22i相比，二次谐波空腔23d、23g的外径OD较小，其在电子的行进方向上的宽度较窄，其空腔容积较小，并且其与漂移管16a～16k内连通的间隙(开口部)24的开口宽度也形成得较小。

图3是表示速调管10的管容器13的一部分的剖视图，并且是用于说明共振空腔14a～14j的间隔的图。另外，在图3中，作为共振空腔14a～14j的代表示出了共振空腔14e、14f的关系，其它共振空腔14a～14e、14f～14j的关系也同样如此。如图3所示，共振空腔14e、14f(14a～14j)具有与漂移管16e～16g(16b～16j)内连通的间隙24。隔着漂移管16f(16b～16j)相邻的共振空腔14e、14f(14a～14j)的间隙24的中心之间的间隔L为共振空腔14e、14f的间隔(共振空腔14a～14j中相邻的一对共振空腔14的间隔)。当群聚的电子11的疏密波在行进方向上传播时，优选将上述间隔L设为表示该疏密波的波长的降低等离子体波长(日文：低減プラズマ波長)的0.05～0.08倍。

如图1所示，在如上所述那样构成的速调管10中，从电子枪部A发射出的电子11经过具有高频电力的输出部17的位于电子枪部A侧的共振空腔14a(输入空腔19)，并且与位于其前方的多个共振空腔14b～14j(多个中间空腔21b～21i以及输出空腔20)相互作用而群聚。群聚的电子11在位于收集极15侧的共振空腔14j(输出空腔20)处减速，从而作为增幅至目标输出的高频电力从输出部18被提取。

当通过电子11与多个共振空腔14b～14j相互作用而使电子11群聚时，由于在多个共振空腔14b～14j(多个中间空腔21b～21i)包含有多个二次谐波空腔23d、23g，因此，在上述二次谐波空腔23d、23g处产生的二次谐波与基波叠加，从而提高电子11的群聚效果。

此处，在例如利用五个共振空腔使电子群聚的情况下，由于各共振空腔处的电子的群聚程度较大，因此，群聚的电子彼此被空间电荷排斥，电子容易在其行进方向上扩散，此外，由于电子的速度存在差异，因此，无法使电子在与输出部连接的共振空腔(输出空腔)处均匀地减速，从而很难提高向高频电力转换的转换效率。

与此相对地，在本实施方式中，能够通过例如十个共振空腔14a～14j而使电子11逐渐群聚。由此，群聚的电子11朝向其行进方向的扩散得以抑制，从而速度变得均匀，进而能够提高向高频电力转换的转换效率。另外，为了使电子11逐渐群聚，共振空腔14a～14j的总数优选为十个以上。

此外，通过利用例如十个共振空腔14a～14j，中间空腔21b～21i能够包含多个二次谐波空腔23d、23g，因此，能够进一步提高电子11的群聚效果。除此之外，通过利用多个二次谐波空腔23d、23g，能够缩短速调管10的全长。

多个中间空腔21b～21i沿着电子11的行进方向配置。电子11的行进方向上位于上游侧的二次谐波空腔23与位于下游侧的二次谐波空腔23之间隔着两个以上的中间空腔21。多个中间空腔21b～21i中除了多个二次谐波空腔23以外的多个中间空腔21(基波空腔22)包含有上述两个以上的中间空腔21。

在本实施方式中，在多个中间空腔21b～21i的位置中的、位于电子11的行进方向的上游侧的二次谐波空腔23d与位于下游侧的二次谐波空腔23g之间隔着多个中间空腔21e、21f的位置处分别设置有多个二次谐波空腔23d、23g。由此，能够进一步提高电子11的群聚效果。

通过相对于电子11的行进方向在中间空腔21b～21i的每隔多个的位置处分别设置二次谐波空腔23d、23g，从而能够在多个中间空腔21b～21i中以均等的间隔配置多个二次谐波空腔23d、23g，进而能够进一步提高电子11的群聚效果。

如图1和图2所示，此外，为了使在二次谐波空腔23d、23g处产生的二次谐波不与其它的共振空腔14a～14c、14e、14f、14h～14j电耦合，优选，将与二次谐波空腔23d、23g相邻的漂移管16d、16e、16g、16h的直径(内径)D设为二次谐波的TE11模式的电磁波成为截止频率的直径(内径)的一半以下。

如图1和图3所示，此外，当群聚的电子11的疏密波在行进方向上传播时，通过将隔着漂移管16b～16j相邻的共振空腔14a～14j的间隙24的中心之间的间隔L设为表示上述疏密波的波长的降低等离子体波长的0.05～0.08倍，能够使共振空腔14a～14j的配置最优化。

另外，将共振空腔14a～14j中的哪个设为二次谐波空腔23是任意的，也可以将三个以上用作二次谐波空腔23。在多个中间空腔21包含有三个以上的二次谐波空腔23的情况下，较为理想的是，在相邻的一对二次谐波空腔23之间隔着两个以上的中间空腔21(基波空腔22)。

接着，参照图4，对第二实施方式的速调管10进行说明。另外，对于与第一实施方式相同的结构采用相同的符号，并且省略该结构及其作用效果的说明。

图4是表示第二实施方式的速调管10的管容器13以及收集极15的剖视图，并且是用于说明漂移管16h～16k的直径的图。

如图4所示，将共振空腔14a～14j的总数设为n，从靠近电子枪部A侧数起，位于第n个共振空腔14j与第n-1个共振空腔14i之间的漂移管16j的直径D_n、位于第n-1个共振空腔14i与第n-2个共振空腔14h之间的漂移管16i的直径D_n-1、位于第n-2个共振空腔14h与第n-3个共振空腔14g之间的漂移管16h的直径D_n-2以及位于第n个共振空腔14j与收集极15之间的漂移管16k的直径D_c满足下述式(1)。

D_n-2＜D_n-1＜D_n＜D_c……式(1)

例如，若将偏移管16h～16k的直径分别设为D₈、D₉、D₁₀、D_c，则根据式(1)，具有D₈＜D₉＜D₁₀＜D_c这一关系。

此外，利用满足式(1)的漂移管16h～16k，能够使群聚的电子11在漂移管16h～16k的直径方向上逐渐扩散，从而能够抑制电子11在空间电荷的排斥下在行进方向上扩散，因此，容易提高向高频电力转换的转换效率。

另外，漂移管16的直径随着靠近收集极15侧而逐渐扩大这一点并不限于位于靠近收集极15侧的漂移管16h～16k，也可使漂移管16a～16k中的任意多根漂移管的直径随着靠近收集极15侧而逐渐扩大。

接着，参照图5，对第三实施方式的速调管10进行说明。另外，对于与各实施方式相同的结构采用相同的符号，并且省略该结构及其作用效果的说明。

图5是表示第三实施方式的速调管10的管容器13以及收集极15的剖视图，并且是表示空腔单元25a～25c等的图。

如图5所示，输出空腔20即共振空腔14j具有三个以上的空腔单元25。在本实施方式中，输出空腔20具有三个空腔单元25a～25c。各空腔单元25a～25c通过沿着速调管10的管轴设置的隔膜26a、26b电耦合。

此外，通过将彼此电耦合的空腔单元25a～25c用作共振空腔14j，能够提高共振空腔14j与电子11的电耦合，因此，容易提高向高频电力转换的转换效率。

接着，参照图6，对第四实施方式的速调管10进行说明。另外，对于与各实施方式相同的结构采用相同的符号，并且省略该结构及其作用效果的说明。

图6是表示第四实施方式的速调管10的管容器13以及收集极15的剖视图，并且是表示空腔单元25a～25c等的图。

如图6所示，空腔单元25a～25c通过设置于空腔单元25a～25c的壁面的耦合孔27a、27b电耦合。上述耦合孔27a、27b的形状是任意的。

此外，能够将彼此电耦合的空腔单元25a～25c用作共振空腔14j(输出空腔20)。在该情况下，也能够提高共振空腔14j与电子11的电耦合，因此，容易提高向高频电力转换的转换效率。

根据上述说明的至少一个实施方式，通过共振空腔14a～14j群聚的电子11向行进方向的扩散这一情况得到抑制，速度变得均匀，从而能够提供一种使向高频电力转换的转换效率提高的速调管10。

以上说明了本发明的若干实施方式，但这些实施方式仅为列举，不表示对发明范围的限定。这些新的实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明范围或要点中，且包含在权利要求书记载的发明及其均等的范围内。