大电力高周波源.PDF

～770 MHz （UHF）で出力が数 kW から数10 kW 大電力高周波源 程度の四極管が使われている。加速器用途でも用 いられるIOT (Inductive Output Tube)は、Fig 2 1. 高周波源の概要 のc)に示すように集群された電子の動きを電磁波 加速器の世界で「高周波 （Radio Frequency、 として取り出すことにより、100 kW 以上の高周 RF と略す）」とは「マイクロ波（Microwave）」 波電力を得ることができる。 とほぼ同義語であり、周波数が数 100 MHz から 1.1.2. 速度変調管（クライストロン） 数 10 GHz、波長が数m から数cm 程度の電磁波 のことを意味する。電子加速器では、マイクロ波 マイクロ波の波長が電子管と同程度になって により生じた電場で電子を加速する。電場の強さ くると、電子ビームが空間的にも密度変調され、 はマイクロ波の電力の1/2 乗に比例するため、電 格子制御管としての動作ができなくなる。そこ 子を効率的に加速するためには、大電力のマイク で、電子ビームに速度変調をかけて集群させる速 ロ波が必要になる。そこで電子加速器では通常、 度制御管が用いられる。代表的な速度制御管であ 加速器に沿って大電力の高周波源を多数配置し、 る直進型クライストロン、進行波管、およびマグ 導波管を通じて加速空洞にマイクロ波を供給す ネトロンの構造をFig. 3 に示す。 る。本節では、この高周波源と導波管システムに 直進型クライストロンは、1937 年にスタンフォ ついて説明する。 ード大にて、バリアン兄弟 （R. H. Varian, S. F. Varian）らによって発明された。陰極から取り出 1.1. 高周波源の種類 された電子ビームは、入力空洞にて加速および減 高周波源として使われるマイクロ波の増幅器、 速を交互に受け、ドリフト部を進むにつれてマイ 発振器を分類したものをFig. 1 にて示す。このう クロ波の波長の間隔に集群される。そして出力空 ち主要な増幅器について、順に紹介する。 洞にて電磁波として取り出す。入力部、出力部と もに共振空洞となっているので効率が良く、また 1.1.1. 格子制御管（三極管、多極管） MW を超える巨大出力も得られる。クライストロ マイクロ波の発振器、増幅器となる電子管は、 ンには、陰極に高電圧のパルスを印加しパルス状 1900 年代初頭より無線通信やレーダ、ラジオ放送 のマイクロ波を出力するパルス・クライストロン やテレビ放送用途として発達してきた。その中で と、直流高電圧を印加して CW （Continuous 最も基本となる二極管、三極管、およびIOT の構 wave ：連続波）でマイクロ波を発生させるCW ク 造をFig. 2 に示す。二極管では、陰極から放出さ ライストロンがある。この直進型クライストロン れた熱電子が陽極に向かう方向にしか電流が流 については、次章で詳しく説明する。 れないため、整流器として働く。二極管の陰極付 反射型クライストロンは発振専用管で、共振空 近に制御格子を設けたものが三極管である。制御 洞はひとつしかなく、電子ビームを反射電極で反 格子にマイナスの電圧（バイアス電圧）を加える 射させて再び共振空洞に戻すことにより発振