JP2661511B2 - 進行波管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波の増幅器等と
して使用される進行波管に関するものであり、特に進行
波管の冷却方式が伝導冷却方式の進行波管に関する。

【０００２】

【従来の技術】進行波管は、衆知のように電子ビームを
発生する電子銃部と、電子銃部で発生した電子ビームと
高周波電界との相互作用により高周波電力の増幅を行う
高周波回路部と、高周波回路部での相互作用を終えた電
子ビームを捕捉し熱エネルギーに変換するコネクタ部
と、電子銃で作られた電子ビームを集束し高周波回路中
をほぼ一定の電子ビーム径で通過させるための磁界を発
生する集束装置と、高周波電力の入出力を行う入出力回
路部と、進行波管本体を収納するケースなどから構成さ
れている。高周波回路部は、高周波電力の電子ビームに
沿った管軸方向の位相速度を減速し電子ビーム速度とほ
ぼ同期させて高周波電力を伝搬させる遅波回路を主要構
成要素とし、遅波回路は通常電力あるいは大電力を扱う
ものでは耐熱性のよい結合空胴列が一般的である。さら
にコレクタ部は遅波回路の中心部を通過し、高周波電界
との相互作用を終えた電子ビームを捕捉するコレクタコ
アを備え、コレクタコアで捕捉された電子ビームは熱エ
ネルギーに変換される。コレクタコアは、コレクタで消
費される電力を低減し進行波管の効率を改善する目的
で、接地電位で使用される高周波回路部より通常電子ビ
ーム加速電圧の３０〜７０％程度電位低下させて使用さ
れ、高周波回路部とはセラミック等により絶縁されてい
る。

【０００３】進行波管の出力がおおよそ２００Ｗ以下の
ものでは、その冷却方式は進行波管をヒートシンクに取
り付けて、ほとんどがコレクタ部から発生する熱エネル
ギを放散する方式が主であり、通信衛星等に搭載される
進行波管などに広く使用されている。さらにこのような
衛星搭載用の伝導冷却方式の進行波管などでは、搭載量
の制限から小型軽量化が求められている。

【０００４】伝導冷却方式の進行波管のコレクタ構造で
は、コレクタコアの外周部に接触して通常セラミックを
素材とする誘電体が置かれ、さらにこの誘電体の外側に
金属でできた放熱体が置かれ、接地電位で使用される進
行波管を収納するケースをコレクタコアから誘電体によ
り電気的に絶縁するとともに、コレクタコア部で発生し
た熱エネルギは誘電体および放熱体を伝わり進行波管外
部に放散される。

【０００５】実開平２−５４１４１号公報には、図４に
示すようにこのような伝導冷却方式のコレクタ構造の技
術が開示されている。図４において、電子ビームは、コ
レクタコア３に捕捉されここで熱エネルギに変換され
る。コレクタコア３は高周波回路部に対し円筒形セラミ
ック２１で絶縁される。また別の円筒形セラミック５に
よって放熱体４およびケース基板２２に対して絶縁され
ている。コレクタコア３で発生した熱エネルギは円筒形
セラミック５および発熱体４を通してケース基板２２に
伝えられる。さらに進行波管を取り付けるヒートシンク
１５に放散される。

【０００６】実開平４−７２５３９号公報では、放熱体
により真空封止を兼ねるとともに放熱体は、進行波管の
取り付け台であるヒートシンクに直接接触し放熱効果を
高めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の進行
波管のコレクタ構造において、図４に示した構造では、
コレクタコア３で発生した熱エネルギがヒートシンクに
放散されるまでの伝達経路は円筒形セラミック５、放熱
体４およびケース基板２２を介するため経路自体が長く
なるとともに、これらの部品間の接触部に存在する熱抵
抗により放熱効果は低減される。この結果、充分な放熱
特性を得るためにはコレクタコア３および放熱体４、な
どを大きくし充分な部品間の接触面積を取る必要があり
進行波管の小型軽量化を困難にしている。また、ケース
基板２２に伝えられた熱エネルギーの一部は、高周波回
路部１７に回り込み、高周波回路部１７を加熱すること
により進行波管動作に悪影響を与える。

【０００８】一方、実開平４−７２５３９号公報に示し
た従来のコレクタ構造では、図４に示した構造に対して
熱の伝導経路における接触熱抵抗が少なくなるため放熱
効果を高めることは可能であるがヒートシンクに伝えら
れた熱の一部は、ケース基板を介して高周波回路部に回
り込む問題がある。また、放熱体とヒートシンクの確実
な接触を得ると同時に進行波管をヒートシンクに固定す
るためには、ケース基板と放熱体の相互のヒートシンク
に接触する面の平面度を正確に合わせる必要があり相互
に高い組立精度が要求される。

【０００９】このように従来の伝導冷却方式のコレクタ
構造では、放熱特性の劣化による進行波管小型軽量化の
限界、コレクタで発生した熱の高周波回路への回り込み
による進行波管動作の不安定化等の問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述のような
従来のコレクタ構造での問題を解決するために、コレク
タコア３を絶縁する誘電体５の外側に接触して置かれた
放熱体４は、進行波管の高周波回路部１７等を支持する
する側のケース基板と接触しないようにケース基板２２
からは分離されており、かつ進行波管の取り付け台であ
るヒートシンク１５に接触する面が、この放熱体４の周
囲のケース基板２２の底面に対し０．１ｍｍ以上の隙間
を有することを特徴としている。

【００１１】このように、放熱体４のヒートシンク１５
に接触する面を、周囲のケース基板の底面より突出させ
ることによって進行波管をヒートシンク１５に取つけた
際に、放熱体４とヒートシンク１５の接触が確実に得ら
れ、コレクタで発生した熱エネルギの放熱効果を向上さ
せる効果がある。また、ヒートシンク１５とケース基板
２２の間に間隔を設けることによって、コレクタ部で発
生した熱がヒートシンク１を介して高周波回路部１７に
回り込むことを防止できる効果がある。

【００１２】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１（ａ）は本発明の第一の実施例の伝導冷却方式
の進行波管のコレクタ部付近の縦断面図である。また第
１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
第１図（ａ），（ｂ）において、電子ビームは、コレク
タコア３に捕捉されここで熱エネルギに変換される。コ
レクタコア３は高周波回路部に対し円筒形セラミック２
１で絶縁される。また別の円筒形セラミック５によって
放熱体４に対して絶縁されている。コレクタコア３で発
生した熱エネルギは円筒形セラミック５および放熱体４
を通して進行波管を取り付けるヒートシンク１５に放散
される。放熱体４の底面とケース基板２２の底面の間に
は、０．１ｍｍ以上の段差があり、ケース基板２２の底
面は、コレクタ部付近ではヒートシンク１５に対して
０．１ｍｍ以上の隙間を有していることになる。ただ
し、ヒートシンク１５と進行波管の充分な固定力を得る
ため、コレクタ部から充分離れた、冷えば電子銃側の進
行波管端部でケース基板２２とヒートシンク１は接触し
ている。

【００１３】第１図（ａ），（ｂ）に示したコレクタ構
造が第４図に示した従来のコレクタ構造と異なる点は、
放熱体４がヒートシンク１と直接接触している点であ
り、熱の伝達経路にケース基板２２を介していないため
経路上の接触熱抵抗が減少し放熱効果が高められる。ま
た、ケース基板２２に対して放熱体４は部分的にしか接
触していないため、放熱体４からケース基板２２に直接
熱が伝達されることは少なくなり、コレクタ部で発生し
た熱の高周波回路部１７への熱の回り込みが防止でき
る。

【００１４】また、実開平４−７２５３９号公報に示し
た従来のコレクタ構造と異なる点は、放熱体４が真空容
器を兼ねていないと共に、ケース基板２２の底面と放熱
体４の底面の間には、組立精度を考慮しても放熱体４が
ヒートシンク１５と確実に接触することのできる０．１
ｍｍ以上の隙間があり、ヒートシンク１５とケース基板
２２の底面は直接接触していない点である。このため、
ケース基板２２と放熱体４の相互の組立精度が悪くなっ
た場合でも、放熱体４とヒートシンク１５の接触は確保
され熱の伝達は充分得ることが可能となる。さらに、一
旦ヒートシンク１５に伝えられた熱がコレクタ部周囲か
らケース基板２２に戻ることがなくなり、高周波回路部
１７がコレクタ部で発生した熱によって加熱されること
が防止できる。

【００１５】図２（ａ）は、本発明の第２の実施例を示
すコレクタ部付近の縦断面図であり、図２（ｂ）は、図
２（ａ）のＡ−Ａ’の横断面図である。図２（ａ），
（ｂ）においては、円筒形セラミック５の一部に軸方向
に沿って一ケ所すり割り５ａがあり、放熱体４の上部を
ネジで締め付けることによって円筒形セラミック２がわ
ずかに変形し、放熱体４とコレクタコア３の接触を良く
し、接触熱抵抗を下げ放熱効果を高めている。図３
（ａ）は、本発明の第３の実施例を示すコレクタ部付近
の縦断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）Ａ−Ａ’
の横断面図である。図３（ａ），（ｂ）においては、円
筒形セラミック５の二カ所に軸方向に沿ってすり割り５
ａ，５ｂがあり、放熱体４の上部をネジで締め付けるこ
とによって円筒形セラミック５と放熱体４とコレクタコ
ア３の接触をさらに改善し接触熱抵抗を下げ放熱効果を
高めることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は伝導冷却
型進行波管のコレクタ部の構造において、放熱体４とケ
ースシンク１５の接触が確実に得られ放熱特性を改善で
きるという効果を有する。例えば計算によれば、コレク
タ損失電力を３００Ｗ、ヒートシンク温度を１００℃と
すると、図４のコレクタ構造では、コレクタコアの温度
は、約２２０℃となるのに対し、図１の構造では約１６
０℃にすることができる。また、ヒートシンク１５から
ケース基板２２を介して高周波回路部１７へ熱が回り込
むことによって生じる高周波特性の劣化や、集束装置の
磁界強度が低下することによるヘリックス電流の増加な
どの問題を防止することができる。同様にコレクタ損失
電力を３００Ｗ、ヒートシンク温度を１００℃とする
と、実開平４−７２５３９号公報のコレクタ構造では、
ヒートシンクからの熱の回り込みによって高周波回路部
の温度は約３０℃上昇するが、本発明の構造では、この
温度上昇は無視することができる。

【００１７】このように高周波回路部１７の付加的な温
度上昇による進行波管の動作不安定性を防ぐことが可能
となると同時に、コレクタ部からの放熱効果が高くなる
ため、同じコレクタ損失電力に対してコレクタ部の形状
を小型化できる効果を有する。たとえば、コレクタ損失
電力が３００Ｗの進行波管で、従来構造の図４のコレク
タ構造を採用した場合には、充分な、熱伝達を得るため
に必要な放熱体４のケース基板２２に接触する面積は約
１００ｍｍ×幅約４０ｍｍの大きさであるのに対し、本
発明の構造では放熱体がヒートシンク１５に接触する部
分の面積は約６０ｍｍ×幅約３０ｍｍの大きさでコレク
タコア３の温度を同じ温度に抑えることが可能となる。
このように、特に搭載重量の制限を受ける衛星搭載用の
進行波管や、可般型の地上局のマイクロ波増幅器として
使用される進行波管のコレクタ構造として、本発明の構
造を用いることによって大幅な進行波管の小型軽量化を
達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の進行波管の第一の実施例の
コレクタ部付近の縦断面図。（ｂ）は、図１（ａ）Ａ−
Ａ’横断面図。

【図２】（ａ）は、本発明の進行波管の第二の実施例の
コレクタ部付近の縦断面図。（ｂ）は、図２（ａ）のＡ
−Ａ’横断面図。

【図３】（ａ）は、本発明の進行波管の第三の実施例の
コレクタ部付近の縦断面図。（ｂ）は、図３（ａ）のＡ
−Ａ’横断面図。

【図４】従来の進行波管のコレクタ部付近の縦断面図の
一例。

【符号の説明】

１ 電子ビーム ２ ヘリックス ３ コレクタコア ４ 放熱体 ５ 円筒形セラミック ６ コレクタリード線 ７ コレクタリード絶縁セラミック ８ 絶縁ゴム ９ コレクタ電力リード線 １０ リード線接続部 １１ 出力取り出し部 １２ 電子ビーム集束用マグネット １３ 磁極 １４ ケース １５ ヒートーシンク １６ ヒートコンパウンド １７ 高周波回路部 ２１ 円筒形セラミック ２２ ケース基板 ２３ 進行波管固定ネジ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを発生する電子銃部と、電子
   ビームと高周波電界の相互作用により高周波電力を増幅
   する高周波回路部と、電子ビームを捕集するコレクタ部
   と、電子ビームを集束するための磁界を発生する集束装
   置とを有する進行波管本体と、前記進行波管本体を収納
   するケースとを有する進行波管において、前記コレクタ
   部は、電子ビームを捕集するコレクタコア部と、コレク
   タコア部の外径に接触して配置された誘電体と、この誘
   電体の外側に接触して配置された放熱体を含み、前記放
   熱体は前記ケースを取り付けるヒートシンクに接触し、
   かつ前記放熱体は進行波管の高周波回路部を含む部分を
   支持する側のケース基板と接触しないように分離され、
   前記放熱体のヒートシンクに接触する面と放熱体周囲の
   ケース基板の底面とは０．１ｍｍ以上の隙間を有するこ
   とを特徴とする進行波管。
2. 【請求項２】 前記誘電体は円筒形であり、円筒の１ケ
   所にすり割りのあることを特徴とする請求項１記載の進
   行波管。
3. 【請求項３】 前記誘電体は円筒形であり、円筒の円周
   上の２ケ所以上のすり割りにより複数個に分割されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の進行波管。