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JP7746928B2 - Electromagnetic wave generator - Google Patents

Electromagnetic wave generator

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JP7746928B2
JP7746928B2 JP2022100183A JP2022100183A JP7746928B2 JP 7746928 B2 JP7746928 B2 JP 7746928B2 JP 2022100183 A JP2022100183 A JP 2022100183A JP 2022100183 A JP2022100183 A JP 2022100183A JP 7746928 B2 JP7746928 B2 JP 7746928B2
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JP
Japan
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waveguide
electromagnetic wave
anode
vacuum vessel
cathode
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絵理 服部
泰佑 服部
俊 殿岡
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

本開示は、電磁波を伝搬可能な電磁波発生装置に関する。 This disclosure relates to an electromagnetic wave generating device capable of propagating electromagnetic waves.

近年、高出力の電磁波を発生させる電磁波発生装置として、仮想陰極発振器(バーカトール、Vircator)と呼ばれる電子管が注目されている。仮想陰極発振器では、真空に保たれた導波管内に空間電荷制限電流を越える電子ビームを入射する。このように入射した電子は、導波管内部に集積して仮想陰極を形成する。形成された仮想陰極は、導波管内で時間的、空間的に電子を振動させる。仮想陰極発振器を用いた電磁波発生装置では、電子の振動により、高出力な電磁波を発生させる(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, an electron tube called a virtual cathode oscillator (Vircator) has attracted attention as an electromagnetic wave generator capable of generating high-power electromagnetic waves. In a virtual cathode oscillator, an electron beam exceeding the space-charge-limited current is injected into a waveguide maintained in a vacuum. The injected electrons accumulate inside the waveguide to form a virtual cathode. The formed virtual cathode causes electrons to oscillate temporally and spatially within the waveguide. Electromagnetic wave generators using a virtual cathode oscillator generate high-power electromagnetic waves through electron oscillation (see, for example, Patent Document 1).

また、電磁波発生装置をさらに高出力にする技術として、電磁波発生装置の導波管の内部に、1つ以上の反射板を設けるように構成する技術がある(例えば、特許文献2、非特許文献1及び、非特許文献2参照)。導波管内部に反射板を設けた電磁波発生装置では、仮想陰極から放射されて反射板を透過した電子ビームがさらに新たな仮想陰極を形成する。電磁波発生装置は、仮想陰極を複数形成させることにより、より高出力の電磁波を発生させる。 Another technique for increasing the output of an electromagnetic wave generator is to configure the electromagnetic wave generator with one or more reflectors inside its waveguide (see, for example, Patent Document 2, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2). In an electromagnetic wave generator with a reflector inside the waveguide, an electron beam emitted from a virtual cathode and transmitted through the reflector forms a new virtual cathode. By forming multiple virtual cathodes, the electromagnetic wave generator generates electromagnetic waves with even higher output.

このように電磁波を発振する際、導波管の内部では、所定の真空条件と電界条件を満たす必要がある。真空条件は、空間的に一様な圧力分布を有することが理想である。局所的に真空度の低い箇所が存在すると、そこで高周波放電が発生し、電磁波を発生するプラズマ状態の生成を阻害するためである。また、電界条件は、導波管の内部で空間的に軸対称性のある電界分布を有し、局所的に数MV/m程度の電界強度であることが望ましい。 When oscillating electromagnetic waves in this way, it is necessary to satisfy certain vacuum and electric field conditions inside the waveguide. Ideally, the vacuum conditions should have a spatially uniform pressure distribution. This is because if there are localized areas with low vacuum, high-frequency discharges will occur there, inhibiting the creation of a plasma state that generates electromagnetic waves. Furthermore, it is desirable for the electric field conditions to have a spatially axially symmetric electric field distribution inside the waveguide, with a local electric field strength of around several MV/m.

特開平5-266810号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-266810 国際公開第2006/037918号International Publication No. 2006/037918 特表2005-505112号公報Special Publication No. 2005-505112

S. Champeaux et.al, “3-D PIC Numerical Investigation of a Novel Concept of Multistage Axial Vircator for Enhanced Microwave Generation”, IEEE Transactions on Plasma Science 43, 3841(2015)S. Champeaux et. al, “3-D PIC Numerical Investigation of a Novel Concept of Multistage Axial Vircator for Enhanced Microwave Generation”, IEEE Transactions on Plasma Science 43, 3841 (2015) S. Champeaux et.al, “Improved Design of Multistage Axial Vircator with Reflectors for Enhanced Performances”, IEEE Transactions on Plasma Science 44, 3841(2016)S. Champeaux et. al, “Improved Design of Multistage Axial Vircator with Reflectors for Enhanced Performances”, IEEE Transactions on Plasma Science 44, 3841 (2016) M.ElfsBerg et al, “Experimental Studies of Anode and Cathode Materials in a Repetitive Driven Axial Vircator”, IEEE Transactions on Plasma Science 36, 688(2008)M. ElfsBerg et al., “Experimental Studies of Anode and Cathode Materials in a Repetitive Driven Axial Vircator”, IEEE Transactions on Plasma Science 36, 688 (2008)

しかしながら、従来の電磁波発生装置では、導波管の内部の電界分布や圧力分布を一様に形成することが困難であり、この場合、電磁波の発生および伝搬を阻害されるという課題があった。 However, with conventional electromagnetic wave generating devices, it was difficult to create uniform electric field and pressure distributions inside the waveguide, which posed a problem of impeding the generation and propagation of electromagnetic waves.

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、導波管の内部の電界分布や圧力分布を一様に形成し、電磁波の発生および伝搬が阻害されるのを防ぐことができる電磁波発生装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an electromagnetic wave generator that can uniformly form electric field and pressure distributions inside a waveguide and prevent the generation and propagation of electromagnetic waves from being obstructed.

本開示に係る電磁波発生装置は、電子ビームを発生させる陰極と、陰極と対向するように配置された陽極と、陰極及び陽極が内部に設けられ、内部が真空に排気される真空容器と、真空容器の内部に設けられ、陽極及び真空容器と電気的に接続された円筒形状の導体からなり、円筒形状の中心軸に対して対称に空間的な開口部が形成されている導波管を備える。 The electromagnetic wave generating device according to the present disclosure includes a cathode that generates an electron beam, an anode arranged opposite the cathode, a vacuum vessel in which the cathode and anode are provided and the interior of which is evacuated to a vacuum, and a waveguide that is provided inside the vacuum vessel and consists of a cylindrical conductor electrically connected to the anode and the vacuum vessel, and has spatial openings formed symmetrically about the central axis of the cylinder.

本開示の電磁波発生装置は、円筒形状の中心軸に対象に空間的な隙間を有する導波管を用い、導波管の外側に設けられた真空容器の内部の空気が排気された際に、導波管の内部の電界分布や圧力分布を一様に形成し、電磁波の発生及び伝搬が阻害されるのを防ぐことができる。 The electromagnetic wave generator disclosed herein uses a cylindrical waveguide with a spatial gap symmetrically positioned around its central axis. When the air inside the vacuum container located outside the waveguide is evacuated, the electric field and pressure distributions inside the waveguide are uniformly formed, preventing the generation and propagation of electromagnetic waves from being obstructed.

本開示の実施の形態1に係る、電磁波発生装置を含む電磁波発生システムの構成図である。1 is a configuration diagram of an electromagnetic wave generating system including an electromagnetic wave generating device according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置内部の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the internal configuration of an electromagnetic wave generating device according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る導波管の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a waveguide according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置の陽極の構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration of an anode of the electromagnetic wave generating device according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置の動作原理を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating the operating principle of an electromagnetic wave generating device according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態2に係る電磁波発生装置内部の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the internal configuration of an electromagnetic wave generating device according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態2に係る導波管の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a waveguide according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態3に係る電磁波発生装置内部の構成を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the internal configuration of an electromagnetic wave generating device according to a third embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態3に係る導波管の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a waveguide according to a third embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態4に係る電磁波発生装置内部の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the internal configuration of an electromagnetic wave generating device according to a fourth embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態4に係る導波管の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a waveguide according to a fourth embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態5に係る電磁波発生装置内部の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the internal configuration of an electromagnetic wave generating device according to a fifth embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態5に係る電磁波発生装置の反射板ホルダー及び反射板の構成を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the configuration of a reflector holder and a reflector of an electromagnetic wave generating device according to a fifth embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態5に係る電磁波発生装置の反射板の構成を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view illustrating the configuration of a reflector of an electromagnetic wave generating device according to a fifth embodiment of the present disclosure.

実施の形態1.
図1は、本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置を含む電磁波発生システムの構成図である。図1に示すように、電磁波発生装置100は、高電圧パルス発生装置200と、真空ポンプ300とに接続されている。この電磁波発生システムで電磁波を発生する場合、最初に真空ポンプ300で電磁波発生装置100の内部を排気し、予め決められた真空度にする。電磁波発生装置100は、内部の真空度が保たれている状態で、高電圧パルス発生装置200から高電圧のパルスが入力されると、電磁波発生装置100の内部で電子が加速され、導波管内に電子が集群した仮想陰極が形成されることで電磁波400を発生する。なお、図1では、電磁波発生装置100と高電圧パルス発生装置200のみで構成する例を示したが、真空ポンプ300を用いず電磁波発生装置100と高電圧パルス発生装置200のみで構成される場合もあり得る。このような場合は、電磁波発生装置100の製造時に内部を真空排気して決められた真空度にした後、電磁波発生装置100を密封して内部の真空度を保つ。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram of an electromagnetic wave generating system including an electromagnetic wave generator according to a first embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1 , the electromagnetic wave generating system 100 is connected to a high-voltage pulse generator 200 and a vacuum pump 300. When generating electromagnetic waves using this electromagnetic wave generating system, the inside of the electromagnetic wave generating system 100 is first evacuated using the vacuum pump 300 to a predetermined vacuum level. When a high-voltage pulse is input from the high-voltage pulse generator 200 while the internal vacuum level is maintained, electrons are accelerated inside the electromagnetic wave generating system 100, and a virtual cathode formed by the electrons clustering in the waveguide is generated, thereby generating electromagnetic waves 400. Note that while FIG. 1 illustrates an example in which the system is configured only with the electromagnetic wave generating system 100 and the high-voltage pulse generator 200, it is also possible to use only the electromagnetic wave generating system 100 and the high-voltage pulse generator 200 without using the vacuum pump 300. In such a case, the inside of the electromagnetic wave generator 100 is evacuated to a predetermined vacuum level during manufacturing, and then the electromagnetic wave generator 100 is sealed to maintain the internal vacuum level.

図2は、本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置の内部の構成を示す断面図である。図2に示すように、電磁波発生装置100は、内部を決められた真空度に保つ第1の真空容器110と、第2の真空容器110Aとが並んで設けられている。第2の真空容器110Aの内部には、電子ビームを発生させる陰極150が備え付けられている。第1の真空容器110と第2の真空容器110Aの間には、陰極150と対向するように、陽極130が設けられている。ここで、図2では、電磁波発生装置100が第1の真空容器110と第2の真空容器110Aに分かれている例を示したが、第1の真空容器110と第2の真空容器110Aとを一体化し、陽極130と陰極150とが内部に設けられた一つの真空容器としてもよい。陽極130と陰極150との間の距離d[mm]を調整することで、発生する電子ビームの電流量と電磁波の周波数が決定される。 2 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the electromagnetic wave generating device according to embodiment 1 of the present disclosure. As shown in FIG. 2, the electromagnetic wave generating device 100 includes a first vacuum vessel 110, which maintains a predetermined vacuum level inside, and a second vacuum vessel 110A, which are arranged side by side. A cathode 150 that generates an electron beam is provided inside the second vacuum vessel 110A. An anode 130 is provided between the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A, facing the cathode 150. While FIG. 2 shows an example in which the electromagnetic wave generating device 100 is separated into the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A, the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A may be integrated into a single vacuum vessel containing the anode 130 and the cathode 150. The current amount of the generated electron beam and the frequency of the electromagnetic waves are determined by adjusting the distance d [mm] between the anode 130 and the cathode 150.

第1の真空容器110は、例えば、両端が開口した中空の円筒である。以下では、第1の真空容器110の中心軸をZ-z軸と呼ぶ。第1の真空容器110のz軸方向の端部には、Z-z軸と交差するように電磁波を透過する透過窓111が設けられている。また、第1の真空容器110の透過窓111の反対側の端部には、Z-z軸と交差するように陽極130が設けられている。第1の真空容器110の内部には、円筒形状の導波管120が設けられている。導波管120は両端が開口しており、陽極130が設けられた位置から透過窓111が設けられた位置に向かって伸びている。以下では、導波管120の陽極130側の端を一方の端、透過窓111側の端を他方の端と呼ぶ。真空ポンプ300は、第1の真空容器110の内部及び第2の真空容器110Aの内部を排気する。 The first vacuum vessel 110 is, for example, a hollow cylinder with both ends open. Hereinafter, the central axis of the first vacuum vessel 110 is referred to as the Z-z axis. A transmission window 111 that transmits electromagnetic waves is provided at the end of the first vacuum vessel 110 in the z-axis direction, intersecting the Z-z axis. Furthermore, an anode 130 is provided at the end of the first vacuum vessel 110 opposite the transmission window 111, intersecting the Z-z axis. A cylindrical waveguide 120 is provided inside the first vacuum vessel 110. The waveguide 120 is open at both ends and extends from the position where the anode 130 is provided toward the position where the transmission window 111 is provided. Hereinafter, the end of the waveguide 120 facing the anode 130 will be referred to as one end, and the end facing the transmission window 111 will be referred to as the other end. The vacuum pump 300 evacuates the interior of the first vacuum vessel 110 and the interior of the second vacuum vessel 110A.

図3は、本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置の導波管の概略構成図である。導波管120は、円筒形状の導体で構成され、中心軸に対して対称となるように空間的な隙間を有する。円筒形状とは、周方向に沿って側面が形成されているものに限らず、周方向に沿って複数の導体が配置されたものも含む。導波管120は、一方の端から他方の端までが導体で電気的に接続されており、第1の真空容器110、第2の真空容器110A及び陽極130とは、同電位に保たれている。 Figure 3 is a schematic diagram of the waveguide of the electromagnetic wave generating device according to embodiment 1 of the present disclosure. The waveguide 120 is composed of a cylindrical conductor and has a spatial gap symmetrical about the central axis. The cylindrical shape is not limited to a shape with side surfaces formed along the circumferential direction, but also includes a shape with multiple conductors arranged along the circumferential direction. The waveguide 120 is electrically connected from one end to the other by conductors, and the first vacuum container 110, the second vacuum container 110A, and the anode 130 are maintained at the same potential.

導波管120は、例えば中心軸が第1の真空容器110の中心軸Z-z軸に一致するように配置されている。また陰極150は、例えばZ-z軸の延長上に配置されている。導波管120の内部では、一方の端から電子ビームが入射され、他方の端から電磁波400が出力される。 The waveguide 120 is positioned, for example, so that its central axis coincides with the central axis (Z-z axis) of the first vacuum vessel 110. The cathode 150 is positioned, for example, on an extension of the Z-z axis. Inside the waveguide 120, an electron beam is incident from one end, and an electromagnetic wave 400 is output from the other end.

図3に示すように、本実施の形態における導波管120は、周方向に沿った側面を有する中空の円筒で構成され、空間的な隙間として、側面に複数の貫通孔140が形成されている。ここで、図3では、貫通孔140が丸孔である例を示したが、円筒形状の中心軸に対して対称に形成されていればよく、例えば、スリット状であってもよい。 As shown in Figure 3, the waveguide 120 in this embodiment is formed as a hollow cylinder with a side surface along the circumferential direction, and multiple through-holes 140 are formed in the side surface as spatial gaps. Here, Figure 3 shows an example in which the through-holes 140 are round holes, but they may be formed symmetrically with respect to the central axis of the cylindrical shape, and may be, for example, slit-shaped.

電磁波発生装置100では、電磁波を発生させるため、導波管120の内部が所定の真空条件下まで真空排気される必要がある。導波管120は、中心軸に対して対称な空間的な隙間を有する円筒形状であるため、真空ポンプ300で第1の真空容器110及び第2の真空容器110A内が真空排気された際、導波管120の内部の真空度を一様に保つことができる。 In order for the electromagnetic wave generator 100 to generate electromagnetic waves, the inside of the waveguide 120 must be evacuated to a predetermined vacuum condition. Because the waveguide 120 has a cylindrical shape with a spatial gap symmetrical about the central axis, when the first vacuum container 110 and the second vacuum container 110A are evacuated by the vacuum pump 300, a uniform degree of vacuum can be maintained inside the waveguide 120.

図4は、本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置の陽極の構成を示す平面図である。図4に示すように、陽極130は、電子が透過しやすい金属メッシュやμm程度の厚みを持つ金属薄膜にて構成される陽極本体131と陽極本体131を保持する陽極フレーム132とを有する。 Figure 4 is a plan view showing the configuration of the anode of the electromagnetic wave generating device according to embodiment 1 of the present disclosure. As shown in Figure 4, the anode 130 has an anode body 131 made of a metal mesh or a metal thin film with a thickness of about μm, through which electrons can easily pass, and an anode frame 132 that holds the anode body 131.

図5は、本開示の実施の形態1に係る電磁波発生装置の動作原理を示す断面図である。以下では、電磁波発生装置100において、陰極150から電子ビームを生成し、電磁波を発生させる動作について説明させる。ここで、第1の真空容器110及び第2の真空容器110Aの内部は、例えば、0.1mPa程度の真空度に保たれたものとする。この状態で、高電圧パルス発生装置200により陽極130と陰極150との間にパルス状(パルス幅は10nsから100ns程度)の高電圧(数百kV以上)が印加されると、陰極150から陽極130に向けて電子ビームが生成される。電子ビームは陽極130を透過して導波管120の内部に入射される。このとき、電子ビームの電流が以下の式(1)で表現される空間電荷制限電流Iを超えると、導波管120の内部に仮想陰極420が形成される。 FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the operating principle of the electromagnetic wave generator according to the first embodiment of the present disclosure. The following describes the operation of the electromagnetic wave generator 100, which generates an electron beam from the cathode 150 and generates electromagnetic waves. Here, the insides of the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A are assumed to be maintained at a vacuum of, for example, approximately 0.1 mPa. In this state, when a high voltage (several hundred kV or more) in a pulsed form (with a pulse width of approximately 10 ns to 100 ns) is applied between the anode 130 and the cathode 150 by the high-voltage pulse generator 200, an electron beam is generated from the cathode 150 toward the anode 130. The electron beam passes through the anode 130 and enters the waveguide 120. When the current of the electron beam exceeds the space-charge-limited current Ic expressed by the following equation (1), a virtual cathode 420 is formed inside the waveguide 120.

ただし、式(1)において、γ、r[mm]、b[mm]は、それぞれ、電子のローレンツ因子、導波管半径、電子ビーム半径である。電子のローレンツ因子γは以下の式(2)で表される。 In equation (1), γ, r [mm], and b [mm] are the electron Lorentz factor, the waveguide radius, and the electron beam radius, respectively. The electron Lorentz factor γ is expressed by the following equation (2).

式(2)において、印可電圧V[V]、電気素量e[C]、電子質量me[kg]、光速度c[m/s]である。 In equation (2), the applied voltage V [V], the elementary charge e [C], the electron mass me [kg], and the speed of light c [m/s].

仮想陰極420は空間的に電子が群集した領域である。このため、陽極130を抜けて仮想陰極420に向かう電子は、電子ビーム410に示す通り仮想陰極420の電位により減速し、反射する。この現象により、陰極150と仮想陰極420との間で電子が振動運動し、電磁波400が発生する。 The virtual cathode 420 is a spatial region where electrons are concentrated. Therefore, electrons passing through the anode 130 and heading toward the virtual cathode 420 are decelerated and reflected by the potential of the virtual cathode 420, as shown in electron beam 410. This phenomenon causes the electrons to vibrate between the cathode 150 and the virtual cathode 420, generating electromagnetic waves 400.

陽極130と陰極150との間の距離d[mm]と、電磁波400の周波数f[Hz]との間には、式(3)の関係がある。 The relationship between the distance d [mm] between the anode 130 and the cathode 150 and the frequency f [Hz] of the electromagnetic wave 400 is expressed by equation (3).

また、仮想陰極発振器100のインピーダンスは、陽極130と陰極150との間の距離d[mm]と、陰極150の表面の面積A[mm]を用いて式(4)のように表される。 The impedance of the virtual cathode oscillator 100 is expressed as in equation (4) using the distance d [mm] between the anode 130 and the cathode 150 and the surface area A [mm 2 ] of the cathode 150 .

電磁波発生装置100で発生しようとする電磁波400の周波数や、高電圧パルス発生装置200のインピーダンスにあわせて距離dや面積Aは調整される。 The distance d and the area A are adjusted in accordance with the frequency of the electromagnetic wave 400 to be generated by the electromagnetic wave generator 100 and the impedance of the high-voltage pulse generator 200 .

電磁波発生装置100で発生させる電磁波400の周波数は、式(3)となるため、電磁波400の周波数を変更する場合は、陽極130と陰極150との間の距離dもしくは、導波管120を通過する電子の電圧Vを調整する必要がある。例えば距離d=10[mm]を固定する場合、周波数3[GHz]の電磁波を発生させる場合は、電圧V=80[kV]に調整し、周波数4[GHz]の電磁波400を発生させる場合は、電圧V=200[kV]に調整する必要がある。また、電圧V=200[kV]で固定する場合は、周波数3[GHz]を発生させる場合は、距離d=13[mm]に調整し、周波数4[GHz]の電磁波を発生させる場合は、距離d=10[mm]に調整する必要がある。電磁波400が導波管120を通過するためには、導波管120の遮断周波数を満たす必要がある。本開示で想定する電磁波の一つとして、TMモードを挙げる。導波管120の内部において、単一モードで電磁波を発振させるために、遮断現象を利用し、基底モードであるTM01を発振させる。このため、発振する電磁波の周波数fを式(5)の条件で選択する必要がある。 The frequency of the electromagnetic wave 400 generated by the electromagnetic wave generator 100 is expressed by Equation (3). Therefore, to change the frequency of the electromagnetic wave 400, it is necessary to adjust the distance d between the anode 130 and the cathode 150 or the voltage V of the electrons passing through the waveguide 120. For example, when the distance d is fixed at 10 mm, if an electromagnetic wave with a frequency of 3 GHz is to be generated, the voltage V must be adjusted to 80 kV, and if an electromagnetic wave with a frequency of 4 GHz is to be generated, the voltage V must be adjusted to 200 kV. Furthermore, when the voltage V is fixed at 200 kV, if an electromagnetic wave with a frequency of 3 GHz is to be generated, the distance d must be adjusted to 13 mm, and if an electromagnetic wave with a frequency of 4 GHz is to be generated, the distance d must be adjusted to 10 mm. In order for the electromagnetic wave 400 to pass through the waveguide 120, it is necessary to satisfy the cutoff frequency of the waveguide 120. One example of the electromagnetic wave assumed in this disclosure is the TM mode. In order to oscillate electromagnetic waves in a single mode inside the waveguide 120, the fundamental mode TM 01 is oscillated by utilizing the cutoff phenomenon. For this reason, the frequency f of the oscillating electromagnetic waves needs to be selected in accordance with the condition of equation (5).

ただし、f01、f02はそれぞれTM01モード、TM02モードの遮断周波数である。遮断周波数は一般的にベッセル関数の根として与えられ、式(6)と式(7)のように表される。 where f 01 and f 02 are the cutoff frequencies of the TM 01 mode and the TM 02 mode, respectively. The cutoff frequencies are generally given as roots of a Bessel function and are expressed as in equations (6) and (7).

電磁波発生装置100において、導波管120の長さLを調整することで、TM01モード以外の電磁波を減衰させる。充分な減衰を確保するためには波長の10倍程度の長さが必要である。波長λと周波数fの関係はc=fλであるため、上述の通り2[GHz]の電磁波の場合、波長λは15[cm]である。この場合、導波管120の長さLは1.5[m]程度必要となる。 In the electromagnetic wave generating device 100, electromagnetic waves other than those in the TM01 mode are attenuated by adjusting the length L of the waveguide 120. To ensure sufficient attenuation, a length of about 10 times the wavelength is required. Since the relationship between wavelength λ and frequency f is c = fλ, as described above, for an electromagnetic wave of 2 GHz, the wavelength λ is 15 cm. In this case, the length L of the waveguide 120 needs to be about 1.5 m.

以上のように、実施の形態1に係る電磁波発生装置100は、電子ビームを発生させる陰極150と、陰極150と対向するように配置された陽極130と、陰極150及び陽極130が内部に設けられ、内部が真空に排気される真空容器110、110Aと、真空容器110の内部に設けられ、陽極130及び真空容器110と電気的に接続された円筒形状の導体からなり、円筒形状の中心軸に対して対称に空間的な隙間が形成されている導波管120を備える。 As described above, the electromagnetic wave generating device 100 according to embodiment 1 comprises a cathode 150 that generates an electron beam, an anode 130 that is arranged opposite the cathode 150, vacuum vessels 110, 110A that have the cathode 150 and anode 130 disposed therein and that are evacuated to a vacuum, and a waveguide 120 that is disposed inside the vacuum vessel 110 and is made of a cylindrical conductor electrically connected to the anode 130 and the vacuum vessel 110, with a spatial gap formed symmetrically about the central axis of the cylinder.

このように、円筒形状の中心軸に対して対称に空間的な隙間が形成されている導波管120を設ける、導波管120の内部において仮想陰極420周囲の真空度が一様な条件で、軸対称な電界が形成される。このため、電磁波の発生及び伝搬が阻害されるのを防ぐことができる。 In this way, a waveguide 120 is provided in which a spatial gap is formed symmetrically about the central axis of the cylindrical shape. An axially symmetric electric field is formed inside the waveguide 120 under the condition that the degree of vacuum around the virtual cathode 420 is uniform. This prevents the generation and propagation of electromagnetic waves from being obstructed.

実施の形態2.
図6は、本開示の実施の形態2に係る電磁波発生装置の構成を示す断面図である。実施の形態1では、電磁波発生装置100の導波管120は周方向に沿った側面を有する中空の円筒で構成され、側面には軸対称に空間的な隙間として複数の貫通孔140が形成されていた。これに対し、実施の形態2に係る電磁波発生装置100Aの導波管120Aは、複数の金属ロッド121が互いに等間隔に環状に配置されて形成されている。以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同様の点は適宜省略して説明する。
Embodiment 2.
6 is a cross-sectional view showing the configuration of an electromagnetic wave generator according to a second embodiment of the present disclosure. In the first embodiment, the waveguide 120 of the electromagnetic wave generator 100 is formed as a hollow cylinder having a side surface along the circumferential direction, and a plurality of through holes 140 are formed in the side surface symmetrically with respect to the axis as spatial gaps. In contrast, the waveguide 120A of the electromagnetic wave generator 100A according to the second embodiment is formed by a plurality of metal rods 121 arranged in a ring shape at equal intervals. The following description will focus on the differences from the first embodiment, and similarities will be omitted as appropriate.

図6に示すように、電磁波発生装置100Aには、第1の真空容器110と、第2の真空容器110Aとが並んで設けられている。第1の真空容器110と第2の真空容器110Aの間には、陰極150と対向するように、陽極130が設けられている。また、第2の真空容器110Aの内部には、電子ビームを発生させる陰極150が備え付けられている。第1の真空容器110のいずれか一方の端部には、第1の真空容器110の中心軸Z-z軸と交差するように電磁波を透過する透過窓111が設けられている。また、第1の真空容器110の透過窓111の反対側の端部には、Z-z軸と交差するように陽極130が設けられている。導波管120Aは、第1の真空容器110の内部に設けられ、導波管120Aを形成する複数の金属ロッド121は、それぞれ第1の真空容器110の内部で陽極130側の一方の端から透過窓111側の他方の端まで伸びて設けられている。導波管120Aは、陽極130側の一方の端から透過窓111側の他方の端までが導体で電気的に接続されており、第1の真空容器110、第2の真空容器110A及び陽極130とは、同電位に保たれている。 As shown in FIG. 6, the electromagnetic wave generating device 100A has a first vacuum vessel 110 and a second vacuum vessel 110A arranged side by side. An anode 130 is provided between the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A, facing the cathode 150. A cathode 150 that generates an electron beam is also provided inside the second vacuum vessel 110A. A transmission window 111 that transmits electromagnetic waves is provided at one end of the first vacuum vessel 110, intersecting the central axis Z-z axis of the first vacuum vessel 110. An anode 130 is provided at the end of the first vacuum vessel 110 opposite the transmission window 111, intersecting the Z-z axis. The waveguide 120A is provided inside the first vacuum vessel 110, and the multiple metal rods 121 that form the waveguide 120A each extend from one end on the anode 130 side to the other end on the transmission window 111 side inside the first vacuum vessel 110. The waveguide 120A is electrically connected by a conductor from one end on the anode 130 side to the other end on the transmission window 111 side, and the first vacuum vessel 110, second vacuum vessel 110A, and anode 130 are maintained at the same potential.

図7は、本開示の実施の形態2に係る導波管の構成を示す断面図である。図7に示すように、複数の金属ロッド121は第1の真空容器110の中心軸Z-z方向に対して周方向に等間隔に配置される。金属ロッド121で形成される導波管120Aの内部は、真空ポンプ300を用いて第1の真空容器110の内部を真空排気した場合、真空度が一様な条件で、軸対称な電界が形成される。ここで、図7では、一例として、金属ロッド121が16本を設けられた例を示しているが、空間的に対称な構造であれば、数量は16本でなくてもよい。 Figure 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a waveguide according to embodiment 2 of the present disclosure. As shown in Figure 7, multiple metal rods 121 are arranged at equal intervals circumferentially about the central axis Z-z direction of the first vacuum vessel 110. When the inside of the first vacuum vessel 110 is evacuated using a vacuum pump 300, an axially symmetric electric field is formed inside the waveguide 120A formed by the metal rods 121 under conditions of a uniform degree of vacuum. Here, Figure 7 shows an example in which 16 metal rods 121 are provided, but the number does not have to be 16 as long as the structure is spatially symmetric.

以上のように、本実施の形態に係る電磁波発生装置100Aの導波管120Aは、複数の金属ロッド121が互いに等間隔に環状に配置されて形成されている。本実施の形態においても、実施の形態1同様に、導波管120Aの内部の電界分布や圧力分布を一様にし、電磁波の発生及び伝搬が阻害されるのを防ぐことができる。 As described above, the waveguide 120A of the electromagnetic wave generating device 100A according to this embodiment is formed by a plurality of metal rods 121 arranged in a ring shape at equal intervals. In this embodiment, as in embodiment 1, the electric field distribution and pressure distribution inside the waveguide 120A can be made uniform, preventing the generation and propagation of electromagnetic waves from being obstructed.

実施の形態3.
図8は、本開示の実施の形態3に係る電磁波発生装置の構成を示す断面図である。図9は、本開示の実施の形態3に係る導波管の構成を示す断面図である。本実施の形態の電磁波発生装置100Bの導波管120Bは、円筒形状に丸められた金網122である。金網122は、例えば金属の線材をメッシュサイズが10[mm]以下となるように編んだものである。以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同様の点は適宜省略して説明する。
Embodiment 3.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of an electromagnetic wave generator according to a third embodiment of the present disclosure. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a waveguide according to the third embodiment of the present disclosure. Waveguide 120B of electromagnetic wave generator 100B of this embodiment is a wire mesh 122 rolled into a cylindrical shape. Wire mesh 122 is, for example, woven from metal wires to have a mesh size of 10 mm or less. The following description will focus on differences from the first embodiment, and similarities will be omitted as appropriate.

図8に示すように、電磁波発生装置100Bには、第1の真空容器110と、第2の真空容器110Aとが並んで設けられている。第1の真空容器110と第2の真空容器110Aの間には、陰極150と対向するように、陽極130が設けられている。また、第2の真空容器110Aの内部には、電子ビームを発生させる陰極150が備え付けられている。第1の真空容器110のいずれか一方の端部には、第1の真空容器110の中心軸Z-z軸と交差するように電磁波を透過する透過窓111が設けられている。また、第1の真空容器110の透過窓111の反対側の端部には、Z-z軸と交差するように陽極130が設けられている。導波管120Bは、第1の真空容器110の内部に設けられ、陽極130側の一方の端から透過窓111側の他方の端まで伸びて設けられている。導波管120Bは、陽極130側の一方の端から透過窓111側の他方の端までが導体で電気的に接続されており、第1の真空容器110、第2の真空容器110A及び陽極130とは、同電位に保たれている。 As shown in FIG. 8, the electromagnetic wave generating device 100B has a first vacuum vessel 110 and a second vacuum vessel 110A arranged side by side. An anode 130 is provided between the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A, facing the cathode 150. A cathode 150 that generates an electron beam is also provided inside the second vacuum vessel 110A. A transmission window 111 that transmits electromagnetic waves is provided at one end of the first vacuum vessel 110, intersecting the central axis Z-z axis of the first vacuum vessel 110. An anode 130 is provided at the end of the first vacuum vessel 110 opposite the transmission window 111, intersecting the Z-z axis. The waveguide 120B is provided inside the first vacuum vessel 110, extending from one end on the anode 130 side to the other end on the transmission window 111 side. The waveguide 120B is electrically connected by a conductor from one end on the anode 130 side to the other end on the transmission window 111 side, and the first vacuum container 110, the second vacuum container 110A, and the anode 130 are maintained at the same potential.

導波管120Bは、例えば中心軸が第1の真空容器110の中心軸Z-z軸に一致するように配置される。また陰極150は、例えばZ-z軸の延長上に配置されている。導波管120Bの内部では、一方の端から電子ビームが入射され、他方の端から電磁波400が出力される。 Waveguide 120B is positioned, for example, so that its central axis coincides with the central axis Z-z axis of first vacuum vessel 110. Cathode 150 is positioned, for example, on an extension of the Z-z axis. Inside waveguide 120B, an electron beam is incident from one end, and electromagnetic wave 400 is output from the other end.

以上のように、本実施の形態に係る電磁波発生装置100Bの導波管120Bは、金網122を円筒形状に丸めて形成されている。本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、導波管120Bの電界分布や圧力分布を一様にし、電磁波の発生及び伝搬が阻害されるのを防ぐことができる。 As described above, the waveguide 120B of the electromagnetic wave generator 100B according to this embodiment is formed by rolling the wire mesh 122 into a cylindrical shape. As with embodiment 1, this embodiment also makes it possible to make the electric field distribution and pressure distribution in the waveguide 120B uniform, thereby preventing the generation and propagation of electromagnetic waves from being obstructed.

実施の形態4.
図10は、本開示の実施の形態4に係る電磁波発生装置の構成を示す断面図である。本実施の形態の電磁波発生装置100Cの導波管120Cは、金属ワイヤ123を用いて形成されている。以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同様の点は適宜省略して説明する。
Embodiment 4.
10 is a cross-sectional view showing the configuration of an electromagnetic wave generator according to embodiment 4 of the present disclosure. A waveguide 120C of an electromagnetic wave generator 100C of this embodiment is formed using a metal wire 123. The following description will focus on differences from embodiment 1, and similarities will be omitted as appropriate.

図11は、本開示の実施の形態4に係る導波管の構成を示す断面図である。図11に示すように、電磁波発生装置100Cには、第1の真空容器110と、第2の真空容器110Aとが並んで設けられている。第1の真空容器110と第2の真空容器110Aの間には、陰極150と対向するように、陽極130が設けられている。また、第2の真空容器110Aの内部には、電子ビームを発生させる陰極150が備え付けられている。第1の真空容器110のいずれか一方の端部には、第1の真空容器110の中心軸Z-z軸と交差するように電磁波を透過する透過窓111が設けられている。また、第1の真空容器110の透過窓111の反対側の端部には、Z-z軸と交差するように陽極130が設けられている。 Figure 11 is a cross-sectional view showing the configuration of a waveguide according to embodiment 4 of the present disclosure. As shown in Figure 11, an electromagnetic wave generating device 100C includes a first vacuum vessel 110 and a second vacuum vessel 110A arranged side by side. An anode 130 is provided between the first vacuum vessel 110 and the second vacuum vessel 110A, facing the cathode 150. A cathode 150 that generates an electron beam is also provided inside the second vacuum vessel 110A. A transmission window 111 that transmits electromagnetic waves is provided at one end of the first vacuum vessel 110, intersecting the central axis (Z-z axis) of the first vacuum vessel 110. An anode 130 is provided at the end of the first vacuum vessel 110 opposite the transmission window 111, intersecting the Z-z axis.

導波管120Cは、第1の真空容器110の内部に設けられている。導波管120Cは、金属ワイヤ123を陽極130が設けられた位置から透過窓111に設けられた位置まで伸ばし、金属ワイヤ123同士が互いに重ならないように周方向に沿ってずらしながら、複数回往復させることで円筒形状に形成されている。導波管120Cは、陽極130側の一方の端から透過窓111側の他方の端までが導体で電気的に接続されており、第1の真空容器110、第2の真空容器110A及び陽極130とは、同電位に保たれている。 The waveguide 120C is located inside the first vacuum vessel 110. The waveguide 120C is formed into a cylindrical shape by extending a metal wire 123 from the position where the anode 130 is located to the position where the transmission window 111 is located, and moving the metal wires 123 back and forth multiple times while shifting them circumferentially so that they do not overlap. The waveguide 120C is electrically connected by a conductor from one end on the anode 130 side to the other end on the transmission window 111 side, and the first vacuum vessel 110, the second vacuum vessel 110A, and the anode 130 are maintained at the same potential.

導波管120Cは、例えば中心軸が第1の真空容器110の中心軸Z-z軸に一致するように配置される。また陰極150は、例えばZ-z軸の延長上に配置されている。導波管120Cの内部では、一方の端から電子ビームが入射され、他方の端から電磁波400が出力される。 The waveguide 120C is positioned, for example, so that its central axis coincides with the central Z-z axis of the first vacuum vessel 110. The cathode 150 is positioned, for example, on an extension of the Z-z axis. Inside the waveguide 120C, an electron beam is incident from one end, and electromagnetic waves 400 are output from the other end.

以上のように、本実施の形態に係る電磁波発生装置100Cの導波管120Cは、金属ワイヤ123を陽極130と透過窓111にかけて往復させて形成されている。本実施の形態においても、実施の形態1同様に、導波管120Cの内部の電界分布や圧力分布を一様にし、電磁波の発生及び伝搬が阻害されるのを防ぐことができる。 As described above, the waveguide 120C of the electromagnetic wave generator 100C according to this embodiment is formed by running the metal wire 123 back and forth between the anode 130 and the transmission window 111. In this embodiment, as in embodiment 1, the electric field distribution and pressure distribution inside the waveguide 120C can be made uniform, preventing the generation and propagation of electromagnetic waves from being impeded.

実施の形態5.
図12は、本開示の実施の形態5に係る電磁波発生装置の反射板の構成を示す断面図である。電磁波発生装置100Dは、第1の真空容器110の内部で電磁波を反射させるために、第1の反射板180と第2の反射板180Aを備える。第1の反射板180と第2の反射板180Aは電子が透過しやすい金属メッシュやμm程度の厚みを持つ金属薄膜で構成される。以下では、一例として、電磁波発生装置100Dは、複数の金属ロッド121が互いに等間隔となるように環状に配置された導波管120Aを備えるものとして説明する。また、以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同様の点は適宜省略して説明する。
Embodiment 5.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of a reflector of an electromagnetic wave generator according to a fifth embodiment of the present disclosure. Electromagnetic wave generator 100D includes first reflector 180 and second reflector 180A for reflecting electromagnetic waves inside first vacuum vessel 110. First reflector 180 and second reflector 180A are made of a metal mesh or a metal thin film with a thickness of about μm, which allows electrons to easily pass through. Hereinafter, as an example, electromagnetic wave generator 100D will be described as including waveguide 120A in which multiple metal rods 121 are arranged in a ring shape at equal intervals. The following description will focus on differences from the first embodiment, and similarities will be omitted as appropriate.

図12に示すように、第1の真空容器110の内部には、陽極130と対向するように、第1の反射板180と第2の反射板180Aとが間隔をあけて設けられている。第1の反射板180は、第1の反射板ホルダー181によって支持され、第2の反射板180Aは、第2の反射板ホルダー181Aによって支持されている。第1の反射板ホルダー181及び第2の反射板ホルダー181Aは、それぞれ複数の金属ロッド121がそれぞれ貫通するように設けられている。第1の反射板ホルダー181と第2の反射板ホルダー181Aとは、第1の真空容器110の内部において、空間的に対称となるように配置される。 As shown in FIG. 12, a first reflector 180 and a second reflector 180A are provided inside the first vacuum vessel 110, spaced apart, so as to face the anode 130. The first reflector 180 is supported by a first reflector holder 181, and the second reflector 180A is supported by a second reflector holder 181A. The first reflector holder 181 and the second reflector holder 181A are each provided so that a plurality of metal rods 121 pass through them. The first reflector holder 181 and the second reflector holder 181A are arranged so as to be spatially symmetrical inside the first vacuum vessel 110.

図13は、本開示の実施の形態5に係る電磁波発生装置の反射板ホルダー及び反射板の構成を示す平面図である。図14は、本開示の実施の形態5に係る電磁波発生装置の反射板ホルダー及び反射板の構成を示す平面図である。図13、図14に示すように、第1の反射板ホルダー181及び第2の反射板ホルダー181Aは、それぞれ円環状の面を有し、円環状の面の内周から第1の金属接続部182及び第2の金属接続部182Aがそれぞれ中心に向かって伸びている。第1の反射板ホルダー181及び第2の反射板ホルダー181Aの中心部には、第1の金属接続部182及び第2の金属接続部182Aによって、第1の反射板180及び第2の反射板180Aが固定されている。ここで、第1の金属接続部182と第2の金属接続部182Aは、仮想陰極420を形成できるように、電子が透過することを妨げない程度の厚さとする。 13 is a plan view showing the configuration of a reflector holder and a reflector of an electromagnetic wave generating device according to embodiment 5 of the present disclosure. FIG. 14 is a plan view showing the configuration of a reflector holder and a reflector of an electromagnetic wave generating device according to embodiment 5 of the present disclosure. As shown in FIGS. 13 and 14, the first reflector holder 181 and the second reflector holder 181A each have an annular surface, and a first metal connection portion 182 and a second metal connection portion 182A extend from the inner periphery of the annular surface toward the center, respectively. The first reflector 180 and the second reflector 180A are fixed to the center of the first reflector holder 181 and the second reflector holder 181A by the first metal connection portion 182 and the second metal connection portion 182A. Here, the first metal connection portion 182 and the second metal connection portion 182A are made thick enough to form a virtual cathode 420 without hindering the transmission of electrons.

複数の金属ロッド121で形成された導波管120Aを用いる場合、第1の反射板ホルダー181及び第2の反射板ホルダー181Aの円環状の面には、複数の金属ロッド121を貫通するための複数の貫通孔が形成されている。これにより、複数の金属ロッド121で形成される導波管120Aの機能を妨げずに配置される。このとき、第1の反射板180と第1の反射板ホルダー181、第2の反射板180Aと第2の反射板ホルダー181Aは同電位となる。 When using a waveguide 120A formed from multiple metal rods 121, multiple through-holes are formed in the annular surfaces of the first reflector holder 181 and the second reflector holder 181A to allow the multiple metal rods 121 to pass through. This allows the waveguide 120A formed from multiple metal rods 121 to be positioned without interfering with its function. In this case, the first reflector 180 and the first reflector holder 181, and the second reflector 180A and the second reflector holder 181A, are at the same potential.

陰極150から発生された電子は、陽極130と、陽極と間隔をあけて設けられた第1の反射板180及び第2の反射板180Aとの間で、加速又は透過されて電磁波を発生させる仮想陰極を複数形成する。 Electrons generated from the cathode 150 are accelerated or transmitted between the anode 130 and the first and second reflectors 180 and 180A, which are spaced apart from the anode, to form multiple virtual cathodes that generate electromagnetic waves.

以上のように、本実施の形態に係る電磁波発生装置100Dは、導波管120Aの内部で陽極130と対向するように、第1の反射板180と第2の反射板180Aとが間隔をあけて設けられている。本実施の形態においても、実施の形態1同様に、導波管120Aの内部の電界分布や圧力分布を一様にし、電磁波の発生及び伝搬が阻害されるのを防ぐことができる。さらに、本実施の形態では、第1の反射板180と第2の反射板180Aを設けることで、電子を有効に利用して、電磁波の出力効率を上げることができる。 As described above, in the electromagnetic wave generator 100D according to this embodiment, the first reflector 180 and the second reflector 180A are provided at a distance from each other so as to face the anode 130 inside the waveguide 120A. As in embodiment 1, this embodiment also makes it possible to uniformize the electric field distribution and pressure distribution inside the waveguide 120A and prevent the generation and propagation of electromagnetic waves from being impeded. Furthermore, in this embodiment, by providing the first reflector 180 and the second reflector 180A, electrons can be effectively utilized to increase the output efficiency of the electromagnetic waves.

なお、本実施の形態では、一例として、電磁波発生装置100Dが第1の反射板180と第2の反射板180Aを備える例を示したが、反射板の枚数はこれに限らず、1枚の反射板であってもよいし、さらに複数の反射板を備えてもよい。ただし、導波管120の内部に設置される反射板の枚数や直径については、電磁波を発生させる条件ごとに出力を最大化する最適値がある。したがって、反射板の枚数や直径は、電磁波発生装置100Dに必要とされる出力の値や製造性を考慮して決定されることが好ましい。 In this embodiment, as an example, the electromagnetic wave generator 100D is shown to include a first reflector 180 and a second reflector 180A, but the number of reflectors is not limited to this, and the device may include a single reflector, or multiple reflectors. However, there are optimal values for the number and diameter of the reflectors installed inside the waveguide 120 that maximize the output for each electromagnetic wave generation condition. Therefore, it is preferable to determine the number and diameter of the reflectors taking into consideration the output value and manufacturability required for the electromagnetic wave generator 100D.

また、本実施の形態では、一例として、金属ロッド121が16本を設けられた例を示しているが、空間的に対称な構造であれば、数量は16本でなくてもよい。 In addition, in this embodiment, an example is shown in which 16 metal rods 121 are provided, but the number does not have to be 16 as long as the structure is spatially symmetrical.

また、第1の金属接続部182と第2の金属接続部182Aが4本設けられた例を示しているが、これに限らず、第1の反射板ホルダー181及び第2の反射板ホルダー181Aが第1の反射板180及び第2の反射板180Aをそれぞれ支持できる本数であればよい。 Furthermore, while an example is shown in which four first metal connection portions 182 and four second metal connection portions 182A are provided, this is not limitative and any number of connection portions may be provided as long as the first reflector holder 181 and the second reflector holder 181A can support the first reflector 180 and the second reflector 180A, respectively.

また、本実施の形態では、一例として、電磁波発生装置100Dが、複数の金属ロッド121が互いに等間隔となるように環状に配置された導波管120Aを備える例を示したが、導波管120、120B、120Cに複数の反射板を備える構成としてもよい。 In addition, in this embodiment, as an example, the electromagnetic wave generating device 100D is shown to include a waveguide 120A in which multiple metal rods 121 are arranged in a ring shape at equal intervals, but the waveguides 120, 120B, and 120C may also be configured to include multiple reflectors.

なお、本実施の形態では、一例として、電磁波発生装置100Eが第1の反射板180と第2の反射板180Aを備える例を示したが、反射板の枚数はこれに限らず、1枚の反射板であってもよいし、さらに複数の反射板を備えてもよい。ただし、導波管120の内部に設置される反射板の枚数や直径については、電磁波を発生させる条件ごとに出力を最大化する最適値がある。したがって、反射板の枚数や直径は、電磁波発生装置100Eに必要とされる出力の値や製造性を考慮して決定されることが好ましい。 In this embodiment, as an example, the electromagnetic wave generator 100E is shown to include a first reflector 180 and a second reflector 180A, but the number of reflectors is not limited to this, and the device may include a single reflector, or multiple reflectors. However, there are optimal values for the number and diameter of the reflectors installed inside the waveguide 120 that maximize the output for each electromagnetic wave generation condition. Therefore, it is preferable to determine the number and diameter of the reflectors taking into consideration the output value and manufacturability required for the electromagnetic wave generator 100E.

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。また、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の一部を省略、変更することも可能である。 Note that the configurations shown in the above embodiments are merely examples of the content of this disclosure, and may be combined with other known technologies. Furthermore, parts of the configuration may be omitted or modified without departing from the spirit of this disclosure.

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。 The various aspects of this disclosure are summarized below as appendices.

(付記1)
電子ビームを発生させる陰極と、
前記陰極と対向するように配置された陽極と、
前記陰極及び前記陽極が内部に設けられ、内部が真空に排気される真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられ、前記陽極及び前記真空容器と電気的に接続された円筒形状の導体からなり、前記円筒形状の中心軸に対して対称に空間的な隙間が形成されている導波管と、
を備える電磁波発生装置。
(付記2)
前記真空容器のいずれか一方の端部には、電磁波を透過する透過窓が設けられ、前記導波管は、前記陽極が設けられた位置から前記透過窓が設けられた位置に向かって伸びている付記1に記載の電磁波発生装置。
(付記3)
前記導波管は、周方向に沿った側面を有する中空の円筒であり、前記空間的な隙間として、前記側面に複数の貫通孔が形成されている付記1又は2に記載の電磁波発生装置。
(付記4)
前記導波管は、複数の金属ロッドが互いに間隔を空けて環状に配置されている付記1又は2に記載の電磁波発生装置。
(付記5)
前記導波管は、前記円筒形状に丸められた金網である、付記1又は2に記載の電磁波発生装置。
(付記6)
前記金網は、メッシュサイズが10mm以下である付記5に記載の電磁波発生装置。
(付記7)
前記導波管は、前記陽極が設けられた位置から前記透過窓に設けられた位置まで金属ワイヤが複数回往復されている付記1又は2に記載の電磁波発生装置。
(付記8)
前記導波管の内部には、前記陽極に対向するように反射板が設けられている付記1から7のいずれか一項に記載の電磁波発生装置。
(Appendix 1)
a cathode for generating an electron beam;
an anode disposed opposite the cathode;
a vacuum vessel in which the cathode and the anode are provided and the inside of which is evacuated to a vacuum;
a waveguide provided inside the vacuum vessel, the waveguide comprising a cylindrical conductor electrically connected to the anode and the vacuum vessel, the waveguide having a spatial gap formed symmetrically with respect to a central axis of the cylindrical shape;
An electromagnetic wave generating device comprising:
(Appendix 2)
2. The electromagnetic wave generating device according to claim 1, wherein a transmission window that transmits electromagnetic waves is provided at one end of the vacuum vessel, and the waveguide extends from a position where the anode is provided toward a position where the transmission window is provided.
(Appendix 3)
The electromagnetic wave generating device according to claim 1 or 2, wherein the waveguide is a hollow cylinder having a side surface along a circumferential direction, and a plurality of through holes are formed in the side surface as the spatial gap.
(Appendix 4)
3. The electromagnetic wave generating device according to claim 1, wherein the waveguide is a plurality of metal rods arranged in a ring shape at intervals.
(Appendix 5)
3. The electromagnetic wave generating device according to claim 1, wherein the waveguide is a wire mesh rolled into the cylindrical shape.
(Appendix 6)
6. The electromagnetic wave generating device according to claim 5, wherein the wire mesh has a mesh size of 10 mm or less.
(Appendix 7)
3. The electromagnetic wave generating device according to claim 1, wherein the waveguide is a metal wire that travels back and forth multiple times from a position where the anode is provided to a position where the transmission window is provided.
(Appendix 8)
8. The electromagnetic wave generating device according to claim 1, wherein a reflector is provided inside the waveguide so as to face the anode.

100 電磁波発生装置、110 第1の真空容器、110A 第2の真空容器、111 透過窓、120 導波管、121 金属ロッド、122 金網、123 金属ワイヤ、130 陽極、131 陽極本体、132 陽極フレーム、140 貫通孔、150 陰極、180 第1の反射板、180A 第2の反射板、181 第1の反射板ホルダー、181A 第2の反射板ホルダー、182 第1の金属接続部、182A 第2の金属接続部、200 高電圧パルス発生装置、300 真空ポンプ、400 電磁波、410 電子ビーム、420 仮想陰極 100 Electromagnetic wave generator, 110 First vacuum vessel, 110A Second vacuum vessel, 111 Transmission window, 120 Waveguide, 121 Metal rod, 122 Wire mesh, 123 Metal wire, 130 Anode, 131 Anode body, 132 Anode frame, 140 Through hole, 150 Cathode, 180 First reflector, 180A Second reflector, 181 First reflector holder, 181A Second reflector holder, 182 First metal connection, 182A Second metal connection, 200 High-voltage pulse generator, 300 Vacuum pump, 400 Electromagnetic wave, 410 Electron beam, 420 Virtual cathode

Claims (8)

電子ビームを発生させる陰極と、
前記陰極と対向するように配置された陽極と、
前記陰極及び前記陽極が内部に設けられ、内部が真空に排気される真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられ、前記陽極及び前記真空容器と電気的に接続された円筒形状の導体からなり、前記円筒形状の中心軸に対して対称に空間的な開口部が形成されている導波管と、
を備える電磁波発生装置。
a cathode for generating an electron beam;
an anode disposed opposite the cathode;
a vacuum vessel in which the cathode and the anode are provided and the inside of which is evacuated to a vacuum;
a waveguide provided inside the vacuum vessel, the waveguide being made of a cylindrical conductor electrically connected to the anode and the vacuum vessel, the waveguide having spatial openings formed symmetrically with respect to a central axis of the cylindrical shape;
An electromagnetic wave generating device comprising:
前記真空容器のいずれか一方の端部には、電磁波を透過する透過窓が設けられ、前記導波管は、前記陽極が設けられた位置から前記透過窓が設けられた位置に向かって伸びている請求項に記載の電磁波発生装置。 2. The electromagnetic wave generating device according to claim 1, wherein a transmission window that transmits electromagnetic waves is provided at one end of the vacuum vessel, and the waveguide extends from a position where the anode is provided toward a position where the transmission window is provided. 前記導波管は、周方向に沿った側面を有する中空の円筒であり、前記空間的な開口部として、前記側面に複数の貫通孔が形成されている請求項又はに記載の電磁波発生装置。 3. The electromagnetic wave generating device according to claim 1 , wherein the waveguide is a hollow cylinder having a side surface along a circumferential direction, and a plurality of through holes are formed in the side surface as the spatial opening . 電子ビームを発生させる陰極と、
前記陰極と対向するように配置された陽極と、
前記陰極及び前記陽極が内部に設けられ、内部が真空に排気される真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられ、前記陽極及び前記真空容器と電気的に接続された円筒形状の導体からなり、前記円筒形状の中心軸に対して対称に複数の金属ロッドが互いに間隔を空けて環状に配置され、前記複数の金属ロッド同士で隙間が形成されている導波管と、
を備える電磁波発生装置。
a cathode for generating an electron beam;
an anode disposed opposite the cathode;
a vacuum vessel in which the cathode and the anode are provided and the inside of which is evacuated to a vacuum;
a waveguide provided inside the vacuum vessel and consisting of a cylindrical conductor electrically connected to the anode and the vacuum vessel, in which a plurality of metal rods are arranged in an annular shape symmetrically with respect to a central axis of the cylindrical shape at intervals , and gaps are formed between the plurality of metal rods;
An electromagnetic wave generating device comprising :
前記導波管は、前記円筒形状に丸められた金網であり、前記開口部が前記金網のメッシュである請求項又はに記載の電磁波発生装置。 3. The electromagnetic wave generating device according to claim 1 , wherein the waveguide is a wire mesh rolled into the cylindrical shape , and the opening is a mesh of the wire mesh . 前記金網は、メッシュサイズが10mm以下である請求項に記載の電磁波発生装置。 6. The electromagnetic wave generator according to claim 5 , wherein the wire mesh has a mesh size of 10 mm or less. 電子ビームを発生させる陰極と、
前記陰極と対向するように配置された陽極と、
前記陰極及び前記陽極が内部に設けられ、内部が真空に排気される真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられ、前記陽極及び前記真空容器と電気的に接続された円筒形状の導体からなる導波管とを備え、
前記真空容器のいずれか一方の端部には、電磁波を透過する透過窓が設けられ、
前記導波管は、前記陽極が設けられた位置から前記透過窓が設けられた位置まで金属ワイヤが前記円筒形状の中心軸に対して対称に複数回往復されており、前記金属ワイヤ同士で隙間が形成されている電磁波発生装置。
a cathode for generating an electron beam;
an anode disposed opposite the cathode;
a vacuum vessel in which the cathode and the anode are provided and the inside of which is evacuated to a vacuum;
a waveguide made of a cylindrical conductor provided inside the vacuum vessel and electrically connected to the anode and the vacuum vessel;
a transmission window that transmits electromagnetic waves is provided at one end of the vacuum vessel;
The waveguide is an electromagnetic wave generating device in which a metal wire travels back and forth multiple times symmetrically about the central axis of the cylindrical shape from the position where the anode is provided to the position where the transmission window is provided , and gaps are formed between the metal wires .
前記導波管の内部には、前記陽極に対向するように反射板が設けられている請求項又はに記載の電磁波発生装置。 3. The electromagnetic wave generating device according to claim 1 , wherein a reflector is provided inside the waveguide so as to face the anode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025215818A1 (en) * 2024-04-12 2025-10-16 三菱電機株式会社 Electromagnetic wave generation device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003022785A (en) 2001-07-09 2003-01-24 Matsushita Electric Works Ltd Microwave electrodeless discharge lamp device
JP2010514206A (en) 2006-12-22 2010-04-30 クナノ アーベー LED having upright nanowire structure and manufacturing method thereof
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398121A (en) * 1981-02-05 1983-08-09 Varian Associates, Inc. Mode suppression means for gyrotron cavities
US4897609A (en) * 1987-12-28 1990-01-30 Raytheon Company Axially coupled gyrotron and gyro TWTA
US5180944A (en) * 1991-01-25 1993-01-19 Varian Associates, Inc. Gyrotron with a mode convertor which reduces em wave leakage
JPH06349456A (en) * 1993-06-14 1994-12-22 Toshiba Lighting & Technol Corp High frequency discharge lamp device and waveguide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003022785A (en) 2001-07-09 2003-01-24 Matsushita Electric Works Ltd Microwave electrodeless discharge lamp device
JP2010514206A (en) 2006-12-22 2010-04-30 クナノ アーベー LED having upright nanowire structure and manufacturing method thereof
JP2019029154A (en) 2017-07-28 2019-02-21 三菱電機株式会社 Electromagnetic wave generator
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