(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5713455
(24)【登録日】2015年3月20日
(45)【発行日】2015年5月7日
(54)【発明の名称】終端器及びパルス伝送装置
(51)【国際特許分類】
H05H 7/08 20060101AFI20150416BHJP
H01J 37/248 20060101ALI20150416BHJP
H01J 37/06 20060101ALI20150416BHJP
G21K 5/04 20060101ALN20150416BHJP
【FI】
H05H7/08
H01J37/248 B
H01J37/06 Z
!G21K5/04 F
【請求項の数】8
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2012-12274(P2012-12274)
(22)【出願日】2012年1月24日
(65)【公開番号】特開2013-152820(P2013-152820A)
(43)【公開日】2013年8月8日
【審査請求日】2013年10月21日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用 特許法第30条第1項適用、平成23年8月1〜3日つくば国際会議場において開催された日本加速器学会第8回年会で発表
(73)【特許権者】
【識別番号】899000057
【氏名又は名称】学校法人日本大学
(73)【特許権者】
【識別番号】391020986
【氏名又は名称】日本高周波株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094536
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 隆二
(74)【代理人】
【識別番号】100129805
【弁理士】
【氏名又は名称】上野 晋
(72)【発明者】
【氏名】田中 俊成
(72)【発明者】
【氏名】篠原 己拔
(72)【発明者】
【氏名】相澤 修一
(72)【発明者】
【氏名】有住 豊
【審査官】
鳥居 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開2003−204227(JP,A)
【文献】
特開平07−104098(JP,A)
【文献】
特開平07−161330(JP,A)
【文献】
特開昭64−057549(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05H 3/00 −15/00
H01J 23/00 −27/26
H01J 37/04
H01J 37/06 −37/08
H01J 37/248
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子銃のグリッドとカソードとの間を所定の抵抗値で接続する
ことを特徴とする終端器。
【請求項2】
電子銃のグリッドとカソードとの間を、所定の抵抗値を有する抵抗器と、この抵抗器に直列に接続するコンデンサとで接続する
ことを特徴とする終端器。
【請求項3】
前記抵抗器は、略環状の内周電極と、該内周電極の外側に配置された略環状の外周電極とを有し、
前記内周電極と前記外周電極との間に所定の抵抗値の抵抗体が配設されている
ことを特徴とする請求項2に記載の終端器。
【請求項4】
前記外周電極の外側に接地用電極が設けられ、
前記外周電極と前記接地用電極の間に、複数のコンデンサが等間隔で配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の終端器。
【請求項5】
前記所定の抵抗値が50Ωである
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の終端器。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載の終端器と、
前記電子銃にパルスを送るための伝送路とを有するパルス伝送装置であって、
前記伝送路が平面線路である
ことを特徴とするパルス伝送装置。
【請求項7】
前記平面線路には、複数種のパルスが入力されるようになっており、前記入力された複数種のパルスを、前記平面線路で重畳し、前記電子銃に同時に印加する
ことを特徴とする請求項6に記載のパルス伝送装置。
【請求項8】
前記グリッド又は前記カソードが接地電位になっている
ことを特徴とする請求項6又は7に記載のパルス伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、
終端器及びパルス伝送装置に関し、例えば、自由電子レーザ、放射光等で用いられる電子線形加速器の入射器に配設される
終端器及びパルス伝送装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、
図5に示すパルス伝送装置(グリッドパルスカプラー)が開示されている。このパルス伝送装置は、短パルス発生装置116に接続される同軸コネクタ113と、同軸コネクタ113に接続された50Ω同軸ケーブル150と、電子銃120のカソード122に接続された同軸線路160と、50Ω同軸ケーブル150と同軸線路160との間に設置されたインピーダンス変換器140とを有している。尚、短パルス発生装置116は、パルス発生源118、出力抵抗器119等を備えて構成されている。また、電子銃120は、ヒータ(図示せず)、カソード122、グリッド123、アノード124等を備えて構成されている。
【0003】
そして、上記のパルス伝送装置は、以下のように動作する。具体的には、短パルス発生装置116で発生したパルスが、50Ω同軸ケーブル150を通り伝送され、インピーダンス変換器140でインピーダンス50Ωから25Ωに変換され、低特性インピーダンス(25Ω)の同軸線路160上を伝送され電子銃120の中のカソード122に到達する。上記のパルス伝送装置は、インピーダンス変換器140を設けることにより、短パルス発生装置116で発生したパルスの反射を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平7−161330号公報の段落0031〜0033、
図10〜
図12
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した従来技術は、インピーダンス変換した後の同軸線路160の先端で、電子銃120のカソード122−グリッド123間の静電容量に同軸線路160の持つ浮遊容量等のリアクタンス分及び点Pより矢印方向を見たリアクタンス分が並列に接続されることになるので、これらリアクタンス分の影響を受けてパルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間に遅れが生じるという技術的課題を有している。また、上述した従来技術は、インピーダンス変換器140により分圧されるため、パルス伝送装置の出力が低下するという技術的課題を有している。そのため、上記のグリッドパルスカプラーでは、短パルス発生装置116の出力電圧を高める必要があった。
尚、上述した従来技術は、短パルス発生装置116或いは直流電源(
図5には示さず)から電子銃120までの各伝送線路が複雑な構造の同軸線路、特にP点から電子銃120までは二重の同軸線路になっているため、装置製作に手間がかかるという別の課題も有している。
【0006】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間の遅れを防止する構成のグリッドパルスカプラーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、
終端器において、電子銃のグリッドとカソード
との間を所定の抵抗値で
接続することを特徴とする。また、本発明は、
終端器において、電子銃のグリッドとカソード
との間を、所定の抵抗値を有する抵抗器と、この抵抗器に直列に接続するコンデンサとで
接続することを特徴とする。また、前記所定の抵抗値が50Ωであることが望ましい。
【0008】
このように、本発明は、電子銃のグリッドとカソード
との間を所定の抵抗値で
接続する構成になっているため、伝送線路が持つ浮遊容量等のリアクタンス分の影響を避けることができ、その結果、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間に遅れが生じることが防止される。すなわち、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間は、概ね
接続する所定の抵抗値と電子銃のカソード−グリッド間の静電容量とで決まるようになっており、上述した従来技術(カソード−グリッド間を所定の抵抗値で
接続しないグリッドパルスカプラー)と比べて飛躍的に速くなる。また、前記抵抗値は、グリッドパルスカプラーの出力から電子銃までの伝送線路のインピーダンスと同じ値にすることが望ましく、これにより電子銃での反射を抑制することができる。
また、本発明は、インピーダンス変換器を設ける構成ではないため、上述した従来技術のように、分圧によるグリッドパルスカプラーの出力低下が生じることがない。そのため、パルス発生装置の出力電圧を高める必要がない。
【0009】
また、前記抵抗器は、略環状の内周電極と、該内周電極の外側に配置された略環状の外周電極とを有し、前記内周電極と前記外周電極との間に所定の抵抗値の抵抗体が配設されていることが望ましい。
上記構成の抵抗器(例えば、ディスク型抵抗器)と、コンデンサ(例えば、チップ型コンデンサ)とを用いることで、抵抗器及びコンデンサが持つリードインダクタンスや浮遊容量等のリアクタンス分が極めて小さくなり、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間の遅れが防止され、パルス波形の劣化を防ぐことができる(パルス波形の劣化が殆ど生じなくなる)。
【0010】
また、前記外周電極の外側に接地用電極が設けられ、前記外周電極と前記接地用電極の間に、複数のコンデンサが等間隔で配置されていることが望ましい。
このように、コンデンサ(例えば、チップ型コンデンサ)を等間隔で配置することにより、終端用の抵抗器を流れるパルスの高周波成分の均等性が保たれるようになり、余分なリアクタンスが発生することが防止される。
【0011】
また、前記電子銃にパルスを送る伝送路が平面線路であることが望ましい。
このように、伝送路を平面線路で構成することにより、上述した従来技術のもの(伝送路が同軸線路のもの)と比べて構造を簡素化することができ、製作が容易になる。尚、平面線路は、例えば、ストリップライン、マイクロストリップライン、スロットライン、コプレナライン等で構成される。
【0012】
また、前記平面線路には、複数種のパルスが入力されるようになっており、前記入力された複数種のパルスを、前記平面線路で重畳し、前記電子銃に同時に印加することが望ましい。
本発明では、平面線路の先端の電子銃のグリッドとカソード
との間を所定の抵抗値(電子銃の伝送線路のインピーダンスと同じ抵抗値)で
接続している。また、前記伝送線路のインピーダンスよりも遙かに大きいインピーダンスを有する線路で、マクロパルスを伝送している。そのため、本発明では、平面線路の伝送特性を殆ど劣化させずに、平面線路上で、高速パルス及にマクロパルスを重畳し、伝送することができる。
【0013】
また、前記グリッド又は前記カソードが接地電位になっていることが望ましい。
上記構成を採用したのは以下の理由による。グリッドパルスカプラーに接続する電子銃は、一般的にグリッドが接地電位となっている。しかし、上記のように、カソードを接地電位で使用可能にする構成により、電子銃に印加するパルス電圧を少なくすることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間の遅れを防止する構成の
終端器及びパルス伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】本実施形態のグリッドパルスカプラーの回路構成を説明するための模式図である。
【
図2】本実施形態のグリッドパルスカプラーの平面を示す模式図である。
【
図3】本実施形態のグリッドパルスカプラーの側面を示す模式図である。
【
図4】本実施形態のグリッドパルスカプラーに設けられた終端器の構成を示す模式図である。
【
図5】従来技術のグリッドパルスカプラーの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態の
パルス伝送装置(グリッドパルスカプラー
)について、
図1〜
図4に基づいて説明する。尚、本実施形態は、グリッドパルスカプラーWに特徴があり、電子銃Eは従来のものと同じである。そのため、以下では、上記特徴を詳細に説明し、それ以外の構成は簡略化して説明する。
【0017】
本実施形態のグリッドパルスカプラーWは、電子銃Eに組み込まれて使用されるようになっており、図示しない高速パルス発生装置(及びマクロパルス発生装置)から入力される高速パルス(又は「高速パルス及びマクロパルスの両者」)を、電子銃Eのグリッド31−カソード32間に印加すると共に、電子銃Eに対してグリッドバイアス電圧及びヒータ電圧を供給するように構成されている。尚、符号31は、電子銃Eのグリッドを示し、符号32は電子銃Eのカソードを示している。また、符号33は電子銃Eのヒータ(ヒータ端子)を示している。また、図示する例では、グリッド31が接地電位となっている(
図1参照)。
【0018】
尚、本実施形態において、高速パルスとは、例えば、パルス半値幅が1ナノ秒から0.1ナノ秒の範囲で、その繰り返し周期が10ナノ秒から100ナノ秒程度の短パルスのことをいい、バーストモードでのビームを引き出すために用いられる。また、マクロパルスとは、例えば、パルス幅1マイクロ秒から30マイクロ秒の範囲のパルスのことをいい、フルモードでのビームを引き出すために用いられる。
【0019】
具体的には、
図1に示すように、グリッドパルスカプラーWは、高速パルス供給端子J1と、マクロパルス供給端子J2と、グリッドバイアス電圧供給端子J3と、ヒータ電圧供給端子J4と、電子銃Eにパルスを送るための伝送路1と、電子銃Eのグリッド31とカソード32
との間を所定の抵抗値で終端
(接続)する終端器2とを有している。尚、
図2及び
図3に示すように、上記の各構成部(高速パルス供給端子J1、マクロパルス供給端子J2、グリッドバイアス電圧供給端子J3、ヒータ電圧供給端子J4、伝送路1、終端器2)は、グリッドパルスカプラーWの本体部10に取り付けられている。以下、グリッドパルスカプラーWの各構成を順に説明する。
【0020】
高速パルス供給端子J1は、高速パルス発生装置(図示せず)に接続するための端子であり、高速パルス発生装置から出力される高速パルスが入力されるようになっている。また、高速パルス供給端子J1は、DCブロックコンデンサC2を介して、伝送路1に接続されており、前記入力された高速パルスは、伝送路1を通って、電子銃Eのカソード32に到達するようになっている。
【0021】
また、マクロパルス供給端子J2は、マクロパルス発生装置(図示せず)に接続するための端子であり、マクロパルス発生装置から出力されるマクロパルスが入力されるようになっている。また、マクロパルス供給端子J2は、高インピーダンスの線路で伝送路1に接続されており、前記入力されたマクロパルスは、伝送路1を通って、電子銃Eのカソード32に到達するようになっている。
【0022】
グリッドバイアス電圧供給端子J3(以下、単に「電圧供給端子J3」)は、グリッドバイアス電圧を供給する電源(図示せず)に接続するための端子である。また、電圧供給端子J3は、電圧供給端J3を分離するための抵抗器R2を介して伝送路1に接続されている。そして、電源から電圧供給端子J3に供給されるグリッドバイアス電圧は、伝送路1を介して、電子銃Eのカソード32に供給され、電子銃Eにグリッドバイアス電圧が印加される。
【0023】
ヒータ電圧供給端子J4(以下、単に「電圧供給端子J4」)は、ヒータ電圧を供給する電源(図示せず)に接続するための端子である。また、電圧供給端子J4は、2芯の電線(ケーブル)の一方が、電圧供給端子J4を分離するためのチョークコイルLを介して、電子銃Eのヒータ(ヒータ端子)33に接続されている。また、2芯のうちの他方が、電圧供給端子J4を分離するためのチョークコイルLを介して伝送路1に接続されている。そして、電圧供給端子J4に供給されるヒータ電圧は、電線の2芯の一方を通って、ヒータ33に接続され、2芯の他方を通って電源に戻ってくる。
【0024】
また、伝送路1は、ストリップライン、マイクロストリップライン、スロットライン、コプレナライン等の平面線路で構成されており、その一端が高速パルス供給端子J1に接続され、他端が電子銃Eのカソード32に接続されている。尚、上述したように、伝送路1には、マクロパルス供給端子J2及び電圧供給端子J3に接続されている電線が接続されていると共に、電圧供給端子J4に接続された電線が接続されている。このように伝送路1を平面線路にすることにより、同軸線路を伝送路にしている装置と比べ、構造を簡素化することができる。そのため、本実施形態によれば、グリッドパルスカプラーWのコストを削減することができる。
【0025】
また、終端器2は、所定の抵抗値を有する抵抗器R1と、DCカット用のコンデンサC1とを備えている。この抵抗器R1は、一方がカソード32に接続され、他方がコンデンサC1に直列に接続されている。また、コンデンサC1は、一方が抵抗器R1に接続され、他方が接地されている。この終端器2の構成により、伝送線路のリアクタンス分の影響を避けることができ、その結果、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間に遅れが生じることが防止される。また、抵抗値は、グリッドパルスカプラーWの出力から電子銃Eまでの伝送線路のインピーダンスと同じ値にすることが望ましく、これにより電子銃Eでの反射を防ぐことができる。尚、本実施形態では、例えば、抵抗値の値を「50Ω」にする。また、終端器2は、
図1に示す回路構成を備えるものであれば良く、その構成について特に限定するものではないが、例えば、
図4に示すように構成されている。
【0026】
具体的には、
図4に示すように、終端器2は、ディスク型抵抗器R1と、ディスク型抵抗器R1(外周電極21)の外側に配置された略環状の接地用電極23と、ディスク型抵抗器R1と接地用電極23との間に設けられた複数のコンデンサC1(例えば、チップ型のコンデンサC1)とを備えている。ここで、ディスク型抵抗器R1は、略環状の内周電極20と、内周電極20の外側に配置された略環状の外周電極21と、内周電極20と外周電極21との間に配設された所定値の抵抗体22とを備えて構成されている。また、内周電極20、外周電極21および接地用電極23は、同心円状に配置されている。また、複数のコンデンサC1は、外周電極21と接地用電極23の間に等間隔で配置されている(図示する例では、12個のコンデンサC1が等間隔で配置されている)。尚、終端器2は、例えば、絶縁基板の上に、内周電極20、外周電極21、接地用電極23、抵抗体22を生成し、外周電極21と接地用電極23の間にコンデンサC1を接着することにより製造される。
【0027】
図4に示すように終端器2を構成することにより、ディスク型抵抗器R1及びコンデンサC1が持つリードインダクタンスや浮遊容量等のリアクタンスが極めて小さくなり、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間の遅れを防止でき、パルス波形の劣化の発生が防止される。また、複数のコンデンサC1を等間隔で配置することにより、ディスク型抵抗器R1を流れるパルスの高周波成分の均等性が保たれるようになり、余分なリアクタンスが発生することが防止される。
【0028】
次に、グリッドパルスカプラーWの本体部10の構成と、本体部10と各構成部(高速パルス供給端子J1、マクロパルス供給端子J2、電圧供給端子J3、電圧供給端子J4、伝送路1、終端器2)の関係を簡単に説明する。
図2及び
図3に示すように、本体部10は、平面視略円状の端子部11と、断面視略コの字状になされた枠体部12とにより構成されている。尚、枠体部12は、矩形板状の上面部12aと、上面部12と相対向して配置された底面部12bと、上面部12aの一端部から底面部12bに向けて直角に屈曲して底面部12bの一端部まで延びる側面部12cとを備えている。また、上面部12aは、その他端部が底面部12bに向けて折り曲げられた内側フランジ部12a1となっており、底面部12bは、その他端部が上面部12aに向けて折り曲げられた内側フランジ部12b1となっている。
【0029】
そして、円板状の端子部11の一方面に、枠体部12の内側フランジ部12a1,12b1を当接させて固着して、本外部10が構成されている。また、本体部10の側面部12cには、電子銃Eが接続されており、電子銃Eの一部(カソード32、ヒータ(ヒータ端子)33)が、本体部10の内側(伝送路1側)に挿入されている。
【0030】
尚、端子部11には、高速パルス供給端子J1、マクロパルス供給端子J2、電圧供給端子J3、電圧供給端子J4が装着されている。また、枠体部12の底面部12bに、端子部11側から電子銃E側(側面部12c側)に延びる伝送路1が設置されている。また、枠体部12の上面部12aの一方面(内側面)には、チョークコイルLが取り付けられており、上面部12aの他方面(外側面)には、抵抗器R2が取り付けられている。また、枠体部12の側面部12cの内側面に、終端器2が取り付けられる構成になっている。
【0031】
次に、本実施形態のグリッドパルスカプラーWの動作について説明する。
【0032】
尚、電圧供給端子J3には、グリッドバイアス電圧を供給する電源が接続され、電圧供給端子J4には、ヒータ電圧を供給するための電源が接続されているものとする。また、電子銃Eに、グリッドバイアス電圧とヒータ電圧とを供給する動作は、従来技術と同じであるため、その説明を省略する。
【0033】
ユーザが制御装置(図示せず)を操作し、高速パルス発生装置、マクロパルス発生装置、グリッドパルスカプラーW及び電子銃Eを駆動させ、高速パルス発生装置で発生させた高速パルスを、高速パルス供給端子J1に入力すると共に、マクロパルス発生装置で発生させたマクロパルスを、マクロパルス供給端子J2に入力する。高速パルス供給端子J1に入力された高速パルスは、平面線路である伝送路1に入力され、マクロパルス供給端子J2に入力されたマクロパルスは、平面線路である伝送路1に入力される。
【0034】
その後、伝送路1に入力された高速パルス及びマクロパルスは、伝送路1上において、重畳され、その重畳されたパルスが電子銃Eのカソード32に到達し、これにより、高速パルス及びマクロパルスが、グリッド31−カソード32間に同時に印加される。
【0035】
そして、上記の場合、終端器2により、平面線路(伝送路1)の先端の電子銃Eのグリッド31−カソード32間を、電子銃Eの伝送線路のインピーダンスと同じ抵抗値で終端
(接続)している。また、前記伝送線路のインピーダンスよりも遙かに大きいインピーダンスを有する線路において、マクロパルスを伝送している。その結果、本実施形態では、平面線路(伝送路1)の伝送特性を殆ど劣化させずに、平面線路(伝送路1)上で、高速パルス及にマクロパルスを重畳し、伝送することができる。
【0036】
以上説明したように、本実施形態によれば、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間の遅れを防止する構成のグリッドパルスカプラーWを提供することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。
【0037】
例えば、上述した実施形態では、グリッド31が接地電位になっているが(
図1参照)、特にこれに限定するものではない。グリッド31を接地電位にせずに、カソード32を接地電位にした構成になっていてもよい。このようにするのは、以下の利点があるためである。すなわち、グリッドパルスカプラーWと接続する電子銃Eは、一般的にグリッド31が接地電位となっている。しかし、カソード32を接地電位で使用する構成にすることにより、電子銃Eに印加するパルス電圧を小さくすることができる。
【0038】
また、上述した実施形態では、2種類のパルス(高速パルスとマクロパルス)を重畳する構成を示したが、特にこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0039】
W…グリッドパルスカプラー
J1…高速パルス供給端子
J2…マクロパルス供給端子
J3…バイアス電圧供給端子
J4…ヒータ電圧供給端子
C2…DCブロックコンデンサ
R2…抵抗器
L…チョークコイル
1…伝送路
2…終端器
R1…ディスク型抵抗器(抵抗器(終端器))
20…内周電極(ディスク型抵抗器)
21…外周電極(ディスク型抵抗器)
22…抵抗体(ディスク型抵抗器)
C1…コンデンサ(終端器)
23…接地用電極(終端器)
10…本体部
11…端子部(本体部)
12…枠体部(本体部)
12a…上面部(枠体部)
12a1…内側フランジ部(枠体部)
12b…底面部(枠体部)
12b1…内側フランジ部(枠体部)
12c…側面部(枠体部)
E…電子銃
31…グリッド
32…カソード
33…ヒータ(ヒータ端子)