特許 6487057 真空電子装置ドリフト管

(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】6487057

(24)【登録日】2019年3月1日

(45)【発行日】2019年3月20日

(54)【発明の名称】真空電子装置ドリフト管

(51)【国際特許分類】

   H01J 23/20 20060101AFI20190311BHJP

   H01J 23/087 20060101ALI20190311BHJP

   H01P 7/06 20060101ALI20190311BHJP

【ＦＩ】

   H01J23/20 A

   H01J23/20 Z

   H01J23/087

   H01P7/06

【請求項の数】19

【全頁数】57

(21)【出願番号】特願2017-544024(P2017-544024)

(86)(22)【出願日】2017年7月14日

(65)【公表番号】特表2018-532220(P2018-532220A)

(43)【公表日】2018年11月1日

(86)【国際出願番号】US2017042233

(87)【国際公開番号】WO2018052518

(87)【国際公開日】20180322

【審査請求日】2017年12月21日

(31)【優先権主張番号】15/267,111

(32)【優先日】2016年9月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517023736

【氏名又は名称】ヴァレックス イメージング コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100159846

【弁理士】

【氏名又は名称】藤木 尚

(72)【発明者】

【氏名】パーキンス マイケル ピー

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 Cunjun Ruan et al，The development of X-band and W-band sheet beam klystron in IECAS，IEEE International Vacuum Electronics Conference，２０１４年 ４月，pp.21-22

【文献】 Aaron Jensen et al，200 kW CW sheet beam klystron research and development，IEEE International Vacuum Electronics Conference，２０１４年 ４月，pp.23-24

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空管構造を備える真空電子装置であって、
前記中空管構造は、
それぞれの共振空洞部が、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さとを含み、前記長軸が実質的に前記短軸に対して直交する少なくとも３つの共振空洞部と、
それぞれのドリフト管区分が、前記長軸に沿ったドリフト管区分幅と、前記短軸に沿ったドリフト管区分高さと、前記伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含み、前記空洞部高さが前記ドリフト管区分高さより高い少なくとも２つのドリフト管区分と、を備え、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分が、前記少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置され、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分が、前記少なくとも３つの共振空洞部の前記第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置され、
前記第１のドリフト管区分のドリフト管区分幅が、前記第２のドリフト管区分のドリフト管区分幅とは実質的に異なる、
前記真空電子装置。

【請求項2】

それぞれのドリフト管区分において、
前記ドリフト管区分幅が、前記ドリフト管区分高さの少なくとも２倍であり、または、 前記空洞部幅が、前記空洞部高さの少なくとも２倍であり、または、
前記空洞部幅が、前記ドリフト管区分幅より大きい、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項3】

前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅が、前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅より少なくとも０．３％大きい、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項4】

前記第１のドリフト管区分が、第１のドリフト共振無線周波数（ＲＦ）場を生成するように構成され、前記第２のドリフト管区分が第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、前記第１のドリフト共振ＲＦ場のピークが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードのため、前記第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから前記第１のドリフト共振ＲＦ場の前記ピークの少なくとも０．６％変化し、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分が最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではなく、または、
前記第１のドリフト管区分が、第１のドリフト帯域幅を備えた第１のドリフト共振無線周波数（ＲＦ）場を生成するように構成され、前記第２のドリフト管区分が、第２のドリフト帯域幅を備えた第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、前記第１のドリフト共振ＲＦ場のピークが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードのため、前記第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから、前記第１のドリフト帯域幅及び前記第２のドリフト帯域幅の和の少なくとも１．５倍変化し、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分が、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではなく、前記第１のドリフト帯域幅が、

で与えられ、前記第２のドリフト帯域幅が、

で与えられ、

は、横モードのための前記第１のドリフト管区分の共振周波数であり、

は、前記横モードのための前記第２のドリフト管区分の共振周波数であり、

は、前記第１のドリフト管区分の負荷されたＱ値であり、

は、前記第２のドリフト管区分の負荷されたＱ値である、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項5】

前記第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数が、

で近似され、μ₁は複合透磁率であり、ε₁は前記第１のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₁は前記ドリフト管区分幅であり、ｈ₁は前記ドリフト管区分高さであり、ｌ₁は前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記第１の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、前記第２の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、ならびに前記第１の共振空洞部、前記第１のドリフト管区分、及び前記第２の共振空洞部の特徴部のための補正係数、の近似値であり、ｍ、ｎ、及びｐは前記横モードを示す非負整数であり、ｍ及びｎは共にゼロではなく、前記第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数は、

によって示され、μ₂は複合透磁率であり、ε₂は前記第２のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₂は前記ドリフト管区分幅であり、ｈ₂は前記ドリフト管区分高さであり、ｌ₂は前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記第２の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、前記第３の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、ならびに前記第２の共振空洞部、前記第２のドリフト管区分、及び前記第３の共振空洞部の特徴部のための補正係数、の近似値であり、ドリフト共振周波数差、

は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低いそれぞれの横モードの少なくとも０．６％であり、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分は最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではなく、または、
前記第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数は、

で近似され、μは複合透磁率であり、εはドリフト管区分における材料の体積の複合誘電率であり、ｗ₁は前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅であり、ｈは前記ドリフト管区分高さであり、ｌは前記ドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記ドリフト管区分のそれぞれの端部における共振空洞部の前記空洞部高さの半分、並びに前記ドリフト管区分及び前記ドリフト管区分のそれぞれの端部における前記共振空洞部の特徴部のための補正係数、の近似値であり、ｍ、ｎ、及びｐは前記横モードを示す非負整数であり、ｍ及びｎは共にゼロではなく、前記第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数は、

によって示され、ｗ₂は前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅であり、ドリフト共振周波数差

は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低いそれぞれの横モードの少なくとも０．６％であり、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分は最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではない、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項6】

それぞれの横モードのための前記少なくとも２つのドリフト管区分からの反射係数のピークの大きさが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い少なくとも１つのドリフト管区分の前記横モードのためのドリフト共振周波数において０．１３デシベル（ｄＢ）より小さく、または、
前記ドリフト管区分のそれぞれの端部における２つの共振空洞部からの反射係数の大きさのピーク積は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードの少なくとも１つのドリフト管区分のための横モードの０．９７より小さい、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項7】

前記少なくとも２つのドリフト管区分が、実質的に直方体形状もしくは実質的に楕円筒形状を有し、または、
前記少なくとも３つの共振空洞部の少なくとも１つが、バーベル空洞部、ダンベル空洞部、Ｈブロック空洞部、規則的な直方体の空洞部、溝付リッジ導波管、及び交差開口空洞部からなる群より選択されるシートビーム形式の空洞部を有し、または、
前記真空電子装置がシートビームクライストロンを含む、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項8】

前記伝播軸に沿った前記中空管構造の第１の端部に結合された電子銃組立体、または、 前記伝播軸に沿った前記中空管構造の第２の端部に結合されたコレクタ組立体、または、
電子ビームを収束するように構成された前記中空管構造の少なくとも一部を覆う磁場収束組立体、または、
永久磁石、周期永久磁石、もしくは電磁石を含む前記磁場収束組立体、
をさらに備えた、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項9】

前記中空管構造が、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第３のドリフト管区分が、前記伝播軸に沿って前記少なくとも３つの共振空洞部の前記第３の共振空洞部と第４の共振空洞部との間に配置され、
前記第３のドリフト管区分のドリフト管区分幅が、前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅及び前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅とは実質的に異なる、
ことをさらに含む、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項10】

前記第３のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅が、前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅とは少なくとも０．３％異なり、もしくは前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅とは少なくとも０．３％異なり、または、
前記第３のドリフト管区分が、前記第３のドリフト管区分の横モードのための第３のドリフト共振周波数を生成するように構成され、前記第３のドリフト共振周波数が、第１のドリフト共振周波数から前記第３のドリフト共振周波数の少なくとも０．７％変化し、第２のドリフト共振周波数から前記第３のドリフト共振周波数の少なくとも０．６％変化する、請求項９に記載の真空電子装置。

【請求項11】

前記少なくとも３つの共振空洞部の少なくとも１つが凹特徴部を含み、または、
前記少なくとも３つの共振空洞部の前記少なくとも１つが凹特徴部を含むと共に、前記少なくとも３つの共振空洞部の前記少なくとも１つが非凹特徴部を含み、または、
前記少なくとも３つの共振空洞部の少なくとも１つが非凹特徴部を含み、凹特徴部のないそれぞれの共振空洞部が非凹共振空洞部と称され、非凹特徴部を備えた共振空洞部で形成された少なくとも１つのドリフト管区分の負荷されたＱ値が、凹特徴部を備えた共振空洞部によって形成された類似するドリフト管区分の負荷されたＱ値より少なくとも２０％小さい、請求項１に記載の真空電子装置。

【請求項12】

中空管構造を備える真空電子装置であって、
前記中空管構造は、
少なくとも２つの共振空洞部であって、それぞれの共振空洞部が、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さとを含み、前記長軸が前記短軸に対して実質的に直交する、前記少なくとも２つの共振空洞部と、
ドリフト管における少なくとも１つのドリフト管区分であって、前記長軸に沿った少なくとも２つのドリフト管区分幅と、前記短軸に沿ったドリフト管区分高さと、前記伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含み、前記空洞部高さが前記ドリフト管区分高さより高い、前記少なくとも１つのドリフト管区分と、を備え、
前記少なくとも１つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分が、前記少なくとも２つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置され、
前記少なくとも１つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分幅が、前記少なくとも１つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分幅とは実質的に異なる、
前記真空電子装置。

【請求項13】

前記第１のドリフト管区分幅及び前記第２のドリフト管区分幅が、それぞれ前記ドリフト管区分高さの少なくとも２倍であり、または、
前記少なくとも１つのドリフト管区分が、実質的に台形、二重階段形状、指数関数形状、多項式形状、線形形状、もしくは前記長軸及び前記伝播軸により形成された面に沿った区分的組み合わせを有し、または、
第１のドリフト管区分幅が、前記第２のドリフト管区分幅より少なくとも０．３％大きい、請求項１２に記載の真空電子装置。

【請求項14】

中空管構造を備える真空電子装置であって、
前記中空管構造は、
少なくとも３つの共振空洞部であって、それぞれの共振空洞部が、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さとを含み、前記長軸が前記短軸に対して実質的に直交する、前記少なくとも３つの共振空洞部と、
少なくとも２つのドリフト管区分であって、それぞれのドリフト管区分が、前記長軸に沿ったドリフト管区分幅と、前記短軸に沿ったドリフト管区分高さと、前記伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含み、前記空洞部高さが前記ドリフト管区分高さより高い、前記少なくとも２つのドリフト管区分と、を備え、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分が、前記少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置され、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分が、前記少なくとも３つの共振空洞部の前記第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置され、
前記第１のドリフト管区分のドリフト管区分長さが、前記第２のドリフト管区分のドリフト管区分長さとは実質的に異なり、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分が、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管ではなく、
それぞれのドリフト管区分において、前記ドリフト管区分幅が、前記ドリフト管区分高さの少なくとも２倍であり、または、
前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さが、前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分幅より０．７％から１５％長く、または、
前記第１の共振空洞部、前記第２の共振空洞部、及び前記第３の共振空洞部が出力共振空洞部ではなく、または、
前記第１のドリフト管区分が第１のドリフト共振無線周波数（ＲＦ）場を生成するように構成され、前記第２のドリフト管区分が第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、前記第１のドリフト共振ＲＦ場のピークが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードのため、前記第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから前記第１のドリフト共振ＲＦ場の前記ピークの少なくとも０．６％変化し、または、
前記第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数が、

で近似され、μ₁は複合透磁率であり、ε₁は前記第１のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₁は前記ドリフト管区分幅であり、ｈ₁は前記ドリフト管区分高さであり、ｌ₁は前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記第１の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、前記第２の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、ならびに前記第１の共振空洞部、前記第１のドリフト管区分、及び前記第２の共振空洞部の特徴部のための補正係数、の近似値であり、ｍ、ｎ、及びｐは前記横モードを示す非負整数であり、ｍ及びｎは共にゼロではなく、前記第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数は、

によって示され、μ₂は複合透磁率であり、ε₂は前記第２のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₂は前記ドリフト管区分幅であり、ｈ₂は前記ドリフト管区分高さであり、ｌ₂は前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記第２の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、前記第３の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、ならびに前記第２の共振空洞部、前記第２のドリフト管区分、及び前記第３の共振空洞部の特徴部のための補正係数、の近似値であり、ドリフト共振周波数差、

は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードの少なくとも０．６％であり、または、
前記第１のドリフト管区分は、

で与えられる第１のドリフト帯域幅を備えた第１のドリフト共振無線周波数（ＲＦ）場を生成するように構成され、前記第２のドリフト管区分は、

で与えられる第２のドリフト帯域幅を備えた第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、

は、横モードのための前記第１のドリフト管区分の共振周波数であり、

は、前記横モードのための前記第２のドリフト管区分の共振周波数であり、

は、前記第１のドリフト管区分の負荷されたＱ値であり、

は、前記第２のドリフト管区分の負荷されたＱ値であり、前記第１のドリフト共振ＲＦ場のピークが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードのため、前記第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから、前記第１のドリフト帯域幅及び前記第２のドリフト帯域幅の和の少なくとも１．５倍変化し、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分が、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではない、前記真空電子装置。

【請求項15】

中空管構造を備える真空電子装置であって、
前記中空管構造は、
少なくとも３つの共振空洞部であって、それぞれの共振空洞部が、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さとを含み、前記長軸が前記短軸に対して実質的に直交する、前記少なくとも３つの共振空洞部と、
ドリフト管材料を含むドリフト管における少なくとも２つのドリフト管区分であって、それぞれのドリフト管区分が、前記長軸に沿ったドリフト管区分幅と、前記短軸に沿ったドリフト管区分高さと、前記伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含み、前記空洞部高さが前記ドリフト管区分高さより高い、前記少なくとも２つのドリフト管区分と、を備え、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分が、前記伝播軸に沿った前記少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置され、
前記少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分が、前記伝播軸に沿った前記少なくとも３つの共振空洞部の前記第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置され、前記第２のドリフト管区分が、前記第２のドリフト管区分の少なくとも１つの内壁に沿った壁材料を含み、
前記壁材料の電磁特性が、前記中空管構造の残りの真空及び壁材料の透磁率及び誘電率とは実質的に異なる、
前記真空電子装置。

【請求項16】

少なくとも１つの内壁が、前記短軸に沿った副内壁もしくは前記長軸に沿った主内壁を含み、または、
前記第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数が、

で近似され、μ₁は複合透磁率であり、ε₁は前記第１のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₁は前記ドリフト管区分幅であり、ｈ₁は前記ドリフト管区分高さであり、ｌ₁は前記第１のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記第１の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、前記第２の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、ならびに前記第１の共振空洞部、前記第１のドリフト管区分、及び前記第２の共振空洞部の特徴部のための補正係数の近似値であり、ｍ、ｎ、及びｐは前記横モードを示す非負整数であり、ｍ及びｎは共にゼロではなく、前記第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数は、

によって示され、μ₂は透磁率であり、ε₂は前記第２のドリフト管区分における材料の体積であり、ｗ₂は前記ドリフト管区分幅であり、ｈ₂は前記ドリフト管区分高さであり、ｌ₂は前記第２のドリフト管区分の前記ドリフト管区分長さ、前記第２の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、前記第３の共振空洞部の前記空洞部高さの半分、ならびに前記第２の共振空洞部、前記第２のドリフト管区分、及び前記第３の共振空洞部の特徴部のための補正係数、の近似値であり、ドリフト共振周波数差

は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードの少なくとも０．６％であり、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分は、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間の管区分ではなく、または、
前記第１のドリフト管区分は、

で与えられる第１のドリフト帯域幅を備えた第１のドリフト共振無線周波数（ＲＦ）場を生成するように構成され、前記第２のドリフト管区分は、

で与えられる第２のドリフト帯域幅を備えた第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、

は、横モードのための前記第１のドリフト管区分の共振周波数であり、

は、前記横モードのための前記第２のドリフト管区分の共振周波数であり、

は、前記第１のドリフト管区分の負荷されたＱ値であり、

は、前記第２のドリフト管区分の負荷されたＱ値であり、前記第１のドリフト共振ＲＦ場のピークが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードのため、前記第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから、前記第１のドリフト帯域幅及び前記第２のドリフト帯域幅の和の少なくとも１．５倍変化し、前記第１のドリフト管区分及び前記第２のドリフト管区分が、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではない、請求項１５に記載の真空電子装置。

【請求項17】

横電気モードの不安定性を低減させるための中空管手段を備えた真空電子装置であって、
電子ビームを用いて信号を増幅させるための少なくとも２つの共振空洞手段であって、それぞれの共振空洞手段が、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さと含み、前記長軸が前記短軸に対して実質的に直交する、前記少なくとも２つの共振空洞手段と、
前記少なくとも２つの共振空洞手段を分離するための少なくとも１つのドリフト管区分手段であって、それぞれのドリフト管区分手段が、前記長軸に沿ったドリフト管区分幅と、前記短軸に沿ったドリフト管区分高さと、前記伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含み、前記空洞部高さが前記ドリフト管区分高さより高い、前記少なくとも１つのドリフト管区分手段と、
前記少なくとも２つの共振空洞手段の第１の共振空洞手段と第２の共振空洞手段との間に配置された、前記少なくとも１つのドリフト管区分手段の第１のドリフト管区分手段と、
前記中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段及び少なくとも２つのドリフト管区分手段を含む場合に、前記少なくとも３つの共振空洞部の前記第２の共振空洞手段と第３の共振空洞手段との間に配置された前記少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分手段と、
前記少なくとも１つのドリフト管区分手段における前記捕捉モードの振動を低下させるための前記少なくとも１つのドリフト管区分手段における捕捉モードの周波数を変化させるための手段、または、
前記少なくとも１つのドリフト管区分手段から前記捕捉モードの無線周波数（ＲＦ）場を広げるための前記少なくとも２つの共振空洞手段の前記捕捉モードの反射係数を変更するための手段、を備え、
前記少なくとも１つのドリフト管区分手段における前記捕捉モードの周波数を変化させるための前記手段、または前記少なくとも２つの共振空洞手段の前記捕捉モードの反射係数を変更するための前記手段が、
前記中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段及び少なくとも２つのドリフト管区分手段を含む場合に、前記第２のドリフト管区分手段のドリフト管区分幅とは実質的に異なる前記第１のドリフト管区分手段のドリフト管区分幅、または、
前記少なくとも１つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分幅とは実質的に異なる前記少なくとも１つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分幅、または、
前記中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段及び少なくとも２つのドリフト管区分手段を含む場合に、前記第２のドリフト管区分手段のドリフト管区分長さとは実質的に異なる前記第１のドリフト管区分手段のドリフト管区分長さ、をさらに備え、
前記第１のドリフト管区分手段及び前記第２のドリフト管区分手段が、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管ではなく、または、
前記第２のドリフト管区分手段が、前記中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段及び少なくとも２つのドリフト管区分手段を含む場合に、前記第２のドリフト管区分手段の少なくとも１つの内壁に沿った壁材料を含み、
前記壁材料の電磁特性が、前記中空管手段の残りの真空及び壁材料の前記透磁率及び誘電率とは実質的に異なる、前記真空電子装置。

【請求項18】

前記少なくとも１つのドリフト管区分手段における捕捉モードの周波数を変化させるための前記手段が、
第１のドリフト共振捕捉ＲＦ場を生成するための前記第１のドリフト管区分手段と、
第２のドリフト共振捕捉ＲＦ場を生成するための前記第２のドリフト管区分手段と、をさらに備え、
前記第１のドリフト共振捕捉ＲＦ場のピークが、共振周波数が動作周波数の２倍より低く共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い捕捉モードのために、前記第２のドリフト共振捕捉ＲＦ場のピークから実質的に変化し、
前記第１のドリフト管区分手段及び前記第２のドリフト管区分手段が、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではない、請求項１７に記載の真空電子装置。

【請求項19】

前記少なくとも２つの共振空洞手段の前記捕捉モードの反射係数を変更するための前記手段が、前記少なくとも１つのドリフト管区分手段の前記捕捉モードの負荷されたＱ値を低下させるための手段、をさらに備える、請求項１７に記載の真空電子装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本明細書において他に示されない限り、本区分に記載された方法は本開示における特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、本区分において含有されることにより先行技術とされることは認められない。

【0002】

クライストロンは、無線高周波（ＲＦ）増幅器の形式（たとえば、マイクロ波増幅器）であり、粒子加速器のための駆動発電器と同様に、電子加速器、並びにレーダー、テレビ、及び衛生通信のための極超短波（ＵＨＦ）送信器のための電源に使用され得る。クライストロンは、医薬、安全及び検査、アクティブディナイアル、材料処理、及び高エネルギー物理学用途において使用され得る。クライストロンは、高真空において駆動する中空管構造（たとえば、中空金属導波管）を含む電子装置である（たとえば、真空装置、真空電子装置、または真空電気装置）。クライストロンにおいて、電子銃によって生成される電子ビームは、電子ビームが管（たとえば、ドリフト管）の長さに沿って共振空洞部（たとえば、金属ボックスまたは円筒式形状）を通過するときに電波と相互作用する。電子ビームは、入力信号が付与される第１の空洞部を通過する。電子ビームのエネルギーは、共振空洞部において信号を増幅させ、増幅された信号は、クライストロンの他端において後の空洞部から取られる。従来の円形ビームクライストロン（または環状ビームクライストロン（ＡＢＫ））において、円筒状に形状化された電子ビームは、磁石によって制限され、横断し、多数の共振空洞部と相互作用し、たびたび３０〜６０デシベル（ｄＢ；すなわち、千から百万倍の利得）によって入力信号を増幅する。空洞部によって生成される高ＲＦ場は、円筒状ビームドリフト管によって他の空洞部から隔離され、カットオフ周波数と称される特定の周波数未満のＲＦ場を伝播させるには小さすぎる場合がある。ドリフト管、電子銃及び収束する磁場（たとえば、Ｂ場）のサイズは、クライストロンの電流における、これゆえ電力における上限を決定し得る。

【0003】

シートビームクライストロン（ＳＢＫ）は、従来の円形ビームクライストロンに代わってより小さくでき、またはより低コストとで、円形ビームクライストロンよりもさらなる平均動力を生成することができ、円形ビームクライストロンより高い周波数へとより容易に拡張することができる、マイクロ波電力増幅器である。ＳＢＫにおける空洞部及びドリフト管の比較的幅広くて平らな構造のため、ＳＢＫは不安定となり得る。中空構造に制限される電磁（ＥＭ）放射は、横電気（ＴＥ）モード、横磁性（ＴＭ）モード、及び合成モードのような横モードを有し得る。横モードは、電磁放射のビームの伝播方向に対して垂直な面（すなわち、横）において計測される放射の特定の電磁場パターンである。ＴＥモード（またはＨモード）は、伝播の方向において電場のない電磁場パターンである（すなわち、磁（Ｈ）場は伝播の方向に沿って生じる）。ＴＭモード（またはＥモード）は、伝播の方向において磁場のない電磁場パターンである（すなわち、電（Ｅ）場は、伝播の方向に沿って生じる）。合成モードは、伝播の方向において非零電場及び非零磁場を備えた電磁場パターンである。共振空洞部は、ドリフト管との組み合わせにおいて共振空洞部がクライストロンの利得及び帯域幅に影響する一方で、入力のＲＦ場を増幅し、多くの場合、管と称される。ＳＢＫにおいて、共振空洞部及びドリフト管は、励起されて増大する捕捉モードまたは寄生モードと称されるいくつかの横モードを可能とし得る。

【0004】

クライストロンにおける不安定性は、横モード（または伝播モード）と電子銃（または電子ビーム生成器）によって放出される準定常状態の電子ビームにおける誘発された電流との間で正のフィードバックが生じるときに生じ得る。ＳＢＫのドリフト管は、伝搬モードを支持でき、これは「捕獲」（すなわち、ドリフト管壁内へと電子ビームを駆動し得る強い横電場（たとえば、ＴＥモード）を備えた定常波を形成する）と称され得るものであり、これは不安定となり得る電子ビーム（たとえば、ＴＥモード不安定性）を生じさせ得る。クライストロンにおける不安定性は、信号ＲＦ場の低下、または図１に示されるようにＳＢＫの管（たとえば、ドリフト管）の壁との電子ビームの衝突を生じさせ得るものであり、これは、ＲＦ信号の増幅を低減させ、出力信号を低下させ、またはクライストロンを損傷し得る。図１は、ドリフト管１６２における共振空洞部１６４Ａ〜１６４Ｇを通過する間に変化する電子ビーム１７０の波形を備えた７つの空洞部ＳＢＫ１６０を示し、電子ビーム１７２の不安定性を生じさせる。電子ビームは第６及び第７の共振空洞部１６４Ｆ〜１６４Ｇの間でドリフト管の壁に衝突して示されるが、電子ビームの不安定性は、第２の共振空洞部１６４Ｂのように早く生じるように示され、これは信号のＲＦ場の低下を生じさせ得る。不安定性は、ＲＦモードが増大するときに生じ得る（たとえば、モードから消散されるよりも大きな動力がモードに付与されるとき）。

【0005】

ＳＢＫは、不安定性なく作動するとき、かなり高い平均（またはピーク）動力を比較的軽い重量構造と共に有することができ、様々な科学的、商業的、及び軍事的用途において有用となり得る。ＳＢＫにおける電子ビームは、平らであり、「シート」の形状に（それゆえ「シートビーム」という名称）側方に延ばされ得るものであり、したがって、電子ビームは、これゆえ、より低い電流密度のため、より高い電流を有する。本明細書に記載の技術（システム、装置、及び方法）は、横モードの特性を変化させ、ＳＢＫのような電子装置の電子ビームの安定性を向上させるためのメカニズムを提供する。

【発明の概要】

【0006】

シートビームクライストロン（ＳＢＫ）のような比較的平らな構造を備えた真空電子装置は、横電気（ＴＥ）モード不安定性の影響を受け得る。本明細書に記載の技術（システム、装置、及び方法）は、異なるドリフト管区分幅を変化させるようなドリフト管調整を提供し、共振空洞部の凹特徴部を変化させるような共振空洞部調整を提供し、これはＴＥモード不安定性の影響を低減させ、最小化させ、低下させ、またはある場合において除外さえし得る。いくつかの実施例において、ドリフト管区分の幅の変化はＳＢＫの動作周波数における無視できる影響と共にＴＥモード不安定性の影響を低減させることができる。実施例において、ドリフト管区分の幅の変化は、ドリフト管区分の共振周波数を互いに変化させることができ、したがってドリフト管区分の共振周波数は、重ならず、したがってＴＥモード不安定性の尤度を低減させる。凹特徴部は入力信号の増幅のため電子ビームの横モードに対する結合を強化し得るが、凹特徴部のない共振空洞部は反射係数を低下させることができ、これによりドリフト管区分の負荷されたＱ値を低下させ、不安定性を生じさせる横モードの振動を低減させることができる。

【0007】

別の実施例において、ＳＢＫのような真空電子装置は、中空管構造を含む。中空管構造は、少なくとも３つの共振空洞部と少なくとも２つのドリフト管区分とを含む。それぞれの共振空洞部は、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さと、を含み、長軸は短軸に対して実質的に直交する。実施例において、実質的直交は、８８°から９２°（すなわち、９０°から２°の範囲内）までの間の角度に関する。それぞれのドリフト管区分は、長軸に沿ったドリフト管区分幅と短軸に沿ったドリフト管区分高さと、伝播軸に沿ったドリフト管区分長さと、を含む。実施例において、空洞部幅は、ドリフト管区分幅より大きく、またはドリフト管区分高さより大きく、共振空洞部とドリフト管区分との間に切れ目を生じさせる。少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置される。少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも３つの共振空洞部の第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置される。第１のドリフト管区分のドリフト管区分幅は、第２のドリフト管区分のドリフト管区分幅とは実質的に異なる。

【0008】

１つの構成において、第１のドリフト管区分のドリフト管区分幅は、第２のドリフト管区分のドリフト管区分幅より少なくとも０．３％大きく、または小さい。

【0009】

別の実施例において、中空管構造は、少なくとも２つの共振空洞部と少なくとも１つのドリフト管区分とを含む。それぞれの共振空洞部は、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さと、を含み、長軸は短軸に対して実質的に直交する。少なくとも１つのドリフト管区分は、長軸に沿った少なくとも２つのドリフト管区分幅と、短軸に沿ったドリフト管区分高さと、伝播軸に沿ったドリフト管区分長さと、を含む。実施例において、空洞部幅は、ドリフト管区分幅より大きく、または空洞部高さは、ドリフト管区分高さより大きく、共振空洞部とドリフト管区分との間に切れ目を生じさせる。少なくとも１つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも２つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置される。少なくとも１つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分幅は、少なくとも１つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分幅とは実質的に異なる。

【0010】

１つの構成において、第１のドリフト管区分の第１のドリフト管区分幅は、第１のドリフト管区分の第２のドリフト管区分幅より少なくとも０．３％大きい。

【0011】

別の実施例において、中空管構造は、少なくとも３つの共振空洞部と少なくとも２つのドリフト管区分とを含む。それぞれの共振空洞部は、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さと、を含み、長軸は短軸に対して実質的に直交する。それぞれのドリフト管区分は、長軸に沿ったドリフト管区分幅と、短軸に沿ったドリフト管区分高さと、伝播軸に沿ったドリフト管区分長さと、を含む。実施例において、空洞部幅は、ドリフト管区分幅より大きく、または空洞部高さはドリフト管区分高さより大きく、共振空洞部とドリフト管区分との間に切れ目を生じさせる。少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置される。少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも３つの共振空洞部の第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置される。第１のドリフト管区分のドリフト管区分長さは、第２のドリフト管区分のドリフト管区分長さとは実質的に異なり、第１のドリフト管区分及び第２のドリフト管区分は、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管ではない。

【0012】

１つの構成において、第１のドリフト管区分のドリフト管区分長さは、第２のドリフト管区分のドリフト管区分幅より０．７％から１５％長い。

【0013】

別の実施例において、中空管構造は、ドリフト管材料を含む少なくとも３つの共振空洞部と少なくとも２つのドリフト管区分とを含む。それぞれの共振空洞部は、長軸に沿った空洞部幅と、短軸に沿った空洞部高さと、伝播軸に沿った空洞部長さと、を含み、長軸は、短軸に対して実質的に直交する。それぞれのドリフト管区分は、長軸に沿ったドリフト管区分幅と短軸に沿ったドリフト管区分高さと伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含む。実施例において、空洞部幅は、ドリフト管区分幅より大きく、または空洞部高さはドリフト管区分高さより高く、共振空洞部とドリフト管区分との間に切れ目を生じさせる。少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置される。少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分は、伝播軸に沿った少なくとも３つの共振空洞部の第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置される。第２のドリフト管区分は、第２のドリフト管区分の少なくとも１つの内壁に沿った壁材料を含む。壁材料の電磁特性は、真空及び中空管構造の残りの壁材料の透磁率及び誘電率とは実質的に異なる。

【0014】

上で提供された概要は、例示であり、制限するいかなる方法とされることも意図するものではない。上述の実施例に加え、本発明に係るさらなる態様、特徴、および利点は、図、以下の詳細な説明、及び添付の特許請求の範囲の参照により明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】７つの空洞部シートビームクライストロン（ＳＢＫ）の壁に衝突する電子ビームを備えた不安定性の長手側面シミュレーションを示す。

【図2】例示的クライストロンのブロック図を示す。

【図3】例示的シートビームクライストロン（ＳＢＫ）の概略図を示す。

【図4A】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4B】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4C】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4D】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4E】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4F】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4G】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図4H】５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管区空隙の図を示す。

【図5A】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5B】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5C】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5D】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5E】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5F】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5G】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5H】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5I】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図5J】異なるドリフト管区分幅を備えた５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。

【図6A】ドリフト管区分壁のために使用され得る例示的多項式関数を示す。

【図6B】ドリフト管区分壁のために使用され得る例示的多項式関数を示す。

【図6C】ドリフト管区分壁のために使用され得る例示的多項式関数を示す。

【図6D】ドリフト管区分壁のために使用され得る例示的多項式関数を示す。

【図6E】ドリフト管区分壁のために使用され得る例示的指数関数を示す。

【図6F】ドリフト管区分壁のために使用され得る指数関数を備えた線形関数の例示的区分的組み合わせを示す。

【図7】ＳＢＫの共振空洞部及びドリフト管空隙を示す。

【図8A】ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体及び磁気回路の図を示す。

【図8B】ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体及び磁気回路の図を示す。

【図9】共振空洞部構造及びＳＢＫのドリフト管周りに巻かれたソレノイドコイルを示す。

【図10A】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10B】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10C】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10D】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10E】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10F】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10G】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10H】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10I】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図10J】ＳＢＫの共振空洞部構造及びドリフト管を示す。

【図11A】異なる共振空洞部及びドリフト管区分構成を備えた様々な放射されるモードの周波数に対する反射係数の大きさのグラフを示す。

【図11B】異なる共振空洞部及びドリフト管区分構成を備えた様々な放射されるモードの周波数に対する反射係数の大きさのグラフを示す。

【図11C】異なる共振空洞部及びドリフト管区分構成を備えた様々な放射されるモードの周波数に対する反射係数の大きさのグラフを示す。

【図11D】異なる共振空洞部及びドリフト管区分構成を備えた様々な放射されるモードの周波数に対する反射係数の大きさのグラフを示す。

【図11E】異なる共振空洞部及びドリフト管区分構成を備えた様々な放射されるモードの周波数に対する反射係数の大きさのグラフを示す。

【図12】共振空洞部において動作するＴＭ₁₁₀モード及びドリフト管区分において動作するＴＥ₃₀₂モードの結果を要約する。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明に係るいずれかの実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、以下の詳細な説明または示される以下の図において説明される構成要素の構成及び機構の詳細に制限されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態で可能であり、様々な方法において実施されまたは実行される。フローチャートにおいて提供される符号及び工程は、示されるステップ及び操作において明確にするために提供され、必ずしも特定の順序または順番を示さない。他のものを定義しない限り、「ｏｒ（または）」という語は選択肢（たとえば、離接的演算子、または排他的論理和）の選択、または選択肢（たとえば、結合演算子、及び／または、論理和、またはブール演算子ＯＲ）の組み合わせ、に関し得る。

【0017】

本発明は、概して真空電子装置における横モード不安定性の影響を低減させるための、または緩和させるための、調整に関し、より詳細には、シートビームクライストロン（ＳＢＫ）における横電気（ＴＥ）モード不安定性の影響を低減、最小化、緩和、またはある場合において排除さえするための、ドリフト管及び共振空洞部の調整に関する。

【0018】

例示的実施形態は、共振回路組立体のドリフト管区分において共振周波数を変化させ、または共振空洞部からの反射係数を変更することによってドリフト管区分においてＱ値を低減させ得る様々なドリフト管及び共振空洞部の調整を示す。特に、様々なドリフト管区分のドリフト管の幅は、共振空洞部の間のドリフト管の増幅特性を変化させるために変更され得るものであり、これはクライストロン（たとえば、シートビームクライストロン）の意図される信号増幅において無視できる影響で不安定性を生じさせるＴＥモードを低減させることができる。

【0019】

クライストロンのような真空電子装置は、数十メガワット（ＭＷ）までの出力動力でマイクロ波の高い動力増幅を提供するために使用され得る。概して、クライストロンは、入力周波数の１０％より小さい帯域幅を備え、いくつかの実施例において、入力周波数の１％より小さい帯域幅を備えた挟帯域幅の装置である。従来、帯域幅は、最大周波数値（すなわち、ピーク周波数）の両側における上の周波数と下の周波数との間の差として定義され、上の周波数及び下の周波数は、それぞれ３ｄＢの点によって定義される。３ｄＢの点は、スペクトル密度がその最大値の半分である点である。スペクトル密度は、信号を構成する周波数成分への動力の分配である。

【0020】

マイクロ波は、３００メガヘルツ（ＭＨｚ；１ｍ）から３００ギガヘルツ（ＧＨｚ；１ｍｍ）までの間の周波数を備えた、１メートル（１ｍ）から１ミリメートル（１ｍｍ）までの範囲の波長を備えた電磁放射の形式であり、極超短波（ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＵＨＦ；３００ＭＨｚ及び３ＧＨｚ）、センチメートル波（ｓｕｐｅｒ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＳＨＦ；３から３０ＧＨｚ）、及びミリ波（ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＥＨＦ；ミリメートル波；３０かｒ３００ＧＨｚ）を含み得る。おおよそ１ＧＨｚから１００ＧＨｚまでの周波数の範囲の電磁エネルギーにより、マイクロ波スペクトルは、Ｌ（１〜２ＧＨｚ）、Ｓ（２〜４ＧＨｚ）、Ｃ（４〜８ＧＨｚ）、Ｘ（８〜１２ＧＨｚ）、Ｋｕ（１２〜１８ＧＨｚ）、Ｋ（１８〜２６．５ＧＨｚ）、Ｋａ（２６．５〜４０ＧＨｚ）、Ｑ（３３〜５０ＧＨｚ）、Ｕ（４０〜６０ＧＨｚ）、Ｖ（５０〜７５ＧＨｚ）、Ｗ（７５〜１１０ＧＨｚ）、Ｆ（９０〜１４０ＧＨｚ）、及びＤ（１１０〜１７０ＧＨｚ）のような帯域にさらに分類され得る。帯域Ｌは、ＵＨＦに関連付けられ、帯域ＳからＫ_aはＳＨＦに関連付けられ、帯域ＱからＤはＥＨＦに関連付けられる。真空電子装置は概してマイクロ波増幅を提供するクライストロンのようなマイクロ波に関連付けられるが、本明細書に記載の調整及び方法は、より低い赤外線スペクトルにおいて動作するような、より高周波数の装置にも適用し得るものであり、赤外線電磁放射は、３００ＧＨｚ（１ｍｍ）から４５０テラヘルツ（７００ｎｍ）までの間の周波数の１ミリメートル（１ｍｍ）から７００ナノメートル（ｎｍ）までの範囲の波長を含む。本発明において用いられるように、「マイクロ波」という語の参照は、より低い赤外線スペクトルの周波数も含んでよい。１つの実施例において、「マイクロ波」という語は、３００ＭＨｚから３ＴＨｚまでの間の周波数を含む。

【0021】

本発明に係る例示的実施形態の様々な態様を説明するために図がここで参照される。図はこうした例示的実施形態の図表及び概略図であり、本発明を制限するものではなく、あるいはそれらは必ずしも原寸で描かれないことが理解される。

【0022】

例示的クライストロン
図２は例示的クライストロン１８０のブロック図である。Ｎ＋２−空洞部クライストロン１８０は、（電子を放出する）電子銃１８２、共振回路組立体１９１におけるＮ＋２空洞部１９２、１９４及び１９６及びコレクタ１９０を含む。電子銃１８２は、電位、Ｖ₀によってアノード１８３に向かって速度、ｕ₀へと、エネルギー

で加速される電子のビーム（または電子ビーム）１８４を生成するカソード１８１を含み、ここで、ｍ₀は電子ビームの質量であり、ｅは電荷である。電子ビーム１８４は、ドリフト管（またはドリフト管区分）と結合された共振空洞部（または「集群（ｂｕｎｃｈ）」空洞部）１９２、１９４及び１９６と称される、複数の空洞部を備えた管（または中空管構造）に入る。電子ビームは、電子ビーム結合部１９７と称される管に結合される。入力空洞部または「集群化（ｂｕｎｃｈｅｒ）」空洞部１９２と称される、第１の共振空洞部における電子ビームは、Ｖ_iｓｉｎωｔとして示される無線周波数（ＲＦ）電圧１８６により駆動され、結合係数Ｍ（１より小さい正の値）により低減され、ここでＶ_iは入力電圧であり、ωは角周波数、ω＝２πｆ、ここでｆは（ヘルツ（Ｈｚ）で計測される）通常の周波数である。クライストロンは、直流（ＤＣ）電子ビーム１８４における運動エネルギーを無線周波数動力へと変換することによってＲＦ入力信号を増幅する。

【0023】

共振空洞部１９２、１９４、及び１９６の構造は、通常入力周波数近くの特定の共振周波数において定常波を形成するように設計され、これは電子ビーム１８４において駆動する振動電圧を生成する。電場は電子を「集群」させ、ここで電場が電子の運動に対向するときに共振空洞部を通過する電子は減速され、電子の運動と電場が同じ方向のときに共振空洞部を通過する電子は、加速され、あらかじめ連続的な電子ビームに入力周波数で、または入力周波数近くで集群を形成させる。集群を補強するために、クライストロンは、付加的な共振空洞部または「集群化」空洞部１９４を含んでも良い。いくつかの実施例において、「集群化」空洞部（または「集群」空洞部）は、第１の共振空洞部に関する。他の実施例において、「集群化」空洞部は、第１の共振空洞部及び付加的な共振空洞部に関する。図２に示された実施例において、クライストロンは、入力空洞部１９２及び出力空洞部１９６と共にＮ共振空洞部１９４を有する。共振空洞部（たとえば、Ｎ共振空洞部１９４）は、中間共振空洞部とも称される。概して、通常のチューニング形式構成を備えた従来のクライストロンのため、それぞれの共振空洞部は、概して１０デシベル（ｄＢ）利得を増加させる。共振空洞部のさらなる付加は、ＲＦ利得または帯域幅を増加させることができる。電子ビーム１８４は、次いでより高速の電子がより低速のものに追いつき、「集群」を形成し、次いで出力空洞部または「捕獲」空洞部１９６を通る「ドリフト」管を通過する。出力「捕獲」空洞部１９６、それぞれの電子の集群は、電場が電子の運動に対抗するときにおいて循環内にあるときに空洞部に入り、これにより電子を減速させる。したがって、電子の運動エネルギーは、電場のエネルギーに変換され、振動の振幅を増加させる。出力空洞部１９６において励起される振動は、増幅された出力信号を生成するために導波管１８７（または他の実施例において同軸ケーブル）を通して結合される。導波管１８７に対する電場の結合は、導波管結合１９８と称される。低減されたエネルギーを備える使用された電子ビームは、コレクタ電極またはコレクタ１９０によって収集される。

【0024】

例示的シートビームクライストロン
図３は例示的シートビームクライストロン（ＳＢＫ）１００の概略図である。ＳＢＫは、電子銃組立体１１０、共振回路組立体（またはマイクロ波空洞部組立体）１２０、マイクロ波出力導波管組立体１３０、及びコレクタ組立体１４０を含む。電子銃組立体１１０は、共振回路組立体１２０の第１の端部にあり、コレクタ組立体１４０は、共振回路組立体１２０の第２の端部にある。電子銃組立体１１０は、電子放出器（図示せず）を含む電子銃（図示せず）を含む。共振回路組立体１２０は、ソレノイドコイルコネクタ１２６と冷却インタフェース１２４（たとえば、入力及び出力）とを備えた磁気リターンボックス１２２（冷却ボックスとしても機能し得る）を含む。磁気リターンボックス１２２は、共振空洞部（符号なし）及びドリフト管区分（符号なし）を収容できる。磁気リターンボックス１２２は、電子銃側ポールピース（図示せず）と共に入力側（または電子銃側）において収容され、且つコレクタ側ポールピース１２８と共に出力側（またはコレクタ側）において収容され得る。電子銃側ポールピースは、図３に示されず、したがって、磁気リターンボックス１２２の内側の共振空洞部及びドリフト管は、示され得る。マイクロ波出力導波管組立体１３０は、出力導波管Ｈ面ベンド１３２、出力導波管ダブルステップＥ面変圧器１３４、出力導波管窓１３５、出力導波管Ｅ面ベンド１３６、及び出力マイクロ波結合器または出力導波管Ｅ型ティー連結１３８のような様々な導波管構成要素を含み得る。マイクロ波出力導波管組立体１３０は、出力信号を特定の位置に対して方向付けて結合する。コレクタ組立体１４０は、コレクタ電極（図示せず）を含み得る。

【0025】

図４Ａ〜図４Ｈは、５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体２００における共振空洞部及びドリフト管空隙の図を示す。図４Ａは、マイクロ波空洞部組立体２００における共振空洞部及びドリフト管空隙の（電子ビームの移動方向に見た）斜視図を示し、図４Ｂは上面図を示し、図４Ｃは側面図を示し、図４Ｈは正面図を示す。図４Ｄは、斜視断面図を示し、図４Ｅは、ｙーｚ面においてマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿って示された断面を備えたマイクロ波空洞部組立体２００における共振空洞部及びドリフト管空隙の側部断面図を示す。図４Ｆは、斜視断面図を示し、図４Ｇはｘ−ｚ面においてマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿って示された断面を備えたマイクロ波空洞部組立体２００における共振空洞部及びドリフト管空隙の上部断面図を示す。

【0026】

マイクロ波空洞部組立体２００の構造は、電子ビーム及びＲＦ信号のための導波管として機能する。マイクロ波空洞部組立体２００の構造によって形成される空洞部及び空隙は、電子ビーム及びＲＦ入力信号を増幅されたＲＦ出力信号へと変換するために用いられる定常波及び共振周波数を生成するための特徴部を提供する。マイクロ波空洞部組立体２００は、管のドリフト管領域２２０においてドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆによって結合された共振空洞部２１０を含む。クライストロンにおける共振空洞部２１０及びドリフト管２２０は、適した高い電気導電性及び高い熱伝導性材料で製造されてよく、これはたとえば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはセラミック母材複合材（ＣＭＣ；たとえば、セラミックファイバー強化セラミック（ＣＦＲＣ）またはカーボンファイバー強化シリコンカーバイド（Ｃ／ＳｉＣ））を含み得る。従来の円形ビームクライストロン（図示せず）において、共振空洞部及びドリフト管は、半径、直径、または半主軸を備えた円筒状、円環体、または楕円形状を有する。ＳＢＫにおいて、共振空洞部及びドリフト管は、実質的に直方体または矩形直方体形状または実質的に楕円筒形状を有することができる。電子ビームは、電子ビームがＺ方向に（またはＺ軸に沿い）移動しまたは伝播し、電子ビームの幅方向がｘ方向にあり（またはｘ軸に沿い）、電子ビームの薄さ方向がｙ方向にある（またはｙ軸に沿う）ように配向される。ドリフト管２２０のそれぞれの共振空洞部２１０Ａ〜２１０Ｅ及びそれぞれのドリフト管区分２３０Ａ〜２３０Ｆの空隙は、幅、高さ、及び長さを有する。本明細書において使用されるように、幅は、ｘ軸２０２（または長軸）に沿った距離に関し、高さはｙ軸２０４（または短軸）に沿った距離に関し、長さはｚ軸２０６（または伝播軸）、電子ビームの伝播の軸、に沿った距離に関する。

【0027】

たとえば、それぞれの共振空洞部２１０Ａ〜Ｅは、（空洞部２１０Ａ〜Ｄのための）空洞部幅２１２及び（出力空洞部２１０Ｅのための）２１８、（空洞部２１０Ａ〜Ｄのための）空洞部高さ２１４Ａ、及び（出力空洞部２１０Ｅのための）２１４Ｅ、及び空洞部長さ２１６を有する。空洞部２１０Ａ〜Ｄのための空洞部高さ２１４Ａは、類似するように示されるが、それぞれの共振空洞部は、（共振空洞部のための所望の共振無線周波数場に基づいて）異なる空洞部高さを有することができる。出力空洞部幅２１８は、（空洞部２１０Ａ〜Ｄのための）空洞部幅２１２とは異なり、出力空洞部高さ２１４Ｅは、（空洞部２１０Ａ〜Ｄのための）空洞部高さ２１４Ａとは異なる。空洞部２１０Ａ〜Ｄのための空洞部幅２１２は、類似しつつも出力空洞部幅２１８とは異なるように示されるが、それぞれの共振空洞部は、（共振空洞部のための所望の共振無線周波数場の設計に基づいて）類似する、または異なる空洞部幅を有し得る。

【0028】

共振空洞部は、バーベル特徴部（またはダンベル特徴部２４６）または凹特徴部２４０のような共振空洞部の特性（たとえば、横モード、電子ビーム、またはＲＦ信号の特性）を変化させるための様々な特徴部を有し得る。バーベル特徴部（またはバーベル構造）を備えた共振空洞部は、バーベル空洞部（バーベル型空洞部、ダンベル空洞部、またはダンベル型空洞部）と称され得る。バーベル空洞部は、バーベル空洞部にわずかな変化を有し得るダンベル空洞部またはＨブロック空洞部と称され得る。バーベル特徴部は、電子ビームの幅に亘り顕著に変化しないＲＦ場を生成することによって平らな電磁場の形状を向上し得る。バーベル特徴部は、（バーベルの内側の）内部空洞部幅２１１、（空洞部２１０Ａ〜Ｄのための）バーベル幅２１３、または（出力空洞部２１０Ｅのための）出力空洞部バーベル幅２１３Ｅ及び（空洞部２１０Ａ〜Ｃのための）バーベル高さ２１５、（空洞部２１０Ｄのための）第４の空洞部バーベル高さ２１５Ｄ、または（出力空洞部２１０Ｅのための）出力空洞部バーベル高さ２１５Ｅを備えた共振空洞部をさらに画定し得る。空洞部２１０Ａ〜Ｃのためのバーベル高さ２１５は、類似するように示されるが、それぞれの共振空洞部は異なるバーベル高さを有し得る。出力空洞部バーベル幅２１３Ｅは、（空洞部２１０Ａ〜Ｄのための）バーベル幅２１３とは異なり、第４の空洞部バーベル高さ２１５Ｄ及び出力空洞部バーベル高さ２１５Ｅは、（空洞部２１０Ａ〜Ｃのための）バーベル高さ２１５とは異なる。空洞部２１０Ａ〜Ｃのためのバーベル２１５は類似し且つ第４の空洞部バーベル高さ２１５Ｄ及び出力空洞部バーベル高さ２１５Ｅ異なって示されるが、それぞれの共振空洞部は（所望の管特性に基づいて）異なる、または類似するバーベル幅を有し得る。図４Ａ〜９Ｊは、バーベル特徴部を備えた共振空洞部を示す。他の実施例において、共振空洞部は、規則的な直方体形状（すなわち、矩形ピルボックスまたは規則的な直方体空洞部）、溝付リッジ導波管、または交差開口空洞部のような他の形式のシートビーム型空洞部を有し得る。

【0029】

凹特徴部２４０（または凹構造）は共振空洞部における電磁場に対する電子ビームの結合を向上させ得る。凹特徴部は、空隙内への突出部に関する（たとえば、共振空洞部）。凹特徴部は、三角形、三角柱、または傾斜した円屋根形状（図１０Ｄの２４２）、または矩形もしくは矩形直方体形状（図４Ｅ及び図５Ｅの２４０）のような、異なる形状または構成を有し得る。凹特徴部の他の形状または構成が使用されてもよい。共振空洞部のそれぞれの側における凹特徴部の間の空隙の最も小さい、または最小の距離は、凹隙間長さ２１７と称される。概して、凹隙間長さ２１７は、空洞部長さ２１６より短い。

【0030】

ドリフト管領域２２０におけるドリフト管２３０Ａ〜Ｆは、ドリフト管幅２２２、ドリフト管高さ２２４及びドリフト管領域長さ２２６を有する。共振空洞部２１０Ａ〜Ｅの間、アノードと第１の共振空洞部（または入力共振空洞部または「集群化」空洞部）２１０Ａとの間、最後の共振空洞部（または出力共振空洞部または「捕獲」空洞部または最後の共振空洞部）２１０Ｅとコレクタとの間のドリフト管領域は、それぞれドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆと称され得る。それぞれのドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆは、ドリフト管区分幅（または管区分幅）２３２Ａ〜Ｆ、ドリフト管区分高さ（または管区分高さ）２２４、及びドリフト管区分空隙長さ（または管区分長さまたは管区分空隙長さ）２３６Ａ〜Ｆを有する。従来、ドリフト管区分幅２３２Ａ〜Ｆは、一様であり、それぞれのドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆにおいて類似し、全体としてドリフト管幅２２２と称され、ドリフト管区分高さ２２４は、一様であり、それぞれのドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆにおいて類似し、全体としてドリフト管高さ２２４と称される。ドリフト管区分幅２３２Ａ〜Ｆ及びドリフト管区分高さ２２４は、内部壁またはドリフト管の構造によって定義される。ｚ軸において、ドリフト管区分は、共振空洞部の空隙内へと延びる。ドリフト管区分空隙長さ２３６Ａ〜Ｆは、共振空洞部内の点（たとえば、中間点）によって定義され得る。他の実施例（図示せず）において、ドリフト管区分空隙長さは、境界またはドリフト管区分と隣接する共振空洞部との間に切れ目によって定義され得る。共振空洞部の間のドリフト管区分２３０Ｂ〜Ｄは、類似する、または異なるドリフト管区分空隙高さ２３６Ｂ〜Ｄを有し得る。第４の共振空洞部と出力共振空洞部との間のドリフト管区分２３０Ｅは、出力信号のための電子ビームを減速するために調整（例えば短く）され得る。

【0031】

空洞部幅は、共振空洞部とドリフト管区分との間で空隙内に切れ目を形成するためにドリフト管区分幅とは異なる。実施例において、空洞部幅２１２または２１８は、ドリフト管区分幅２３２Ａ〜Ｆより大きい。別の構成において、空洞部高さは、共振空洞部とドリフト管区分との間で空隙内に切れ目を形成するためにドリフト管区分高さとは異なる。実施例において、空洞部高さ２１４Ａ及び２１４Ｅは、ドリフト管区分高さ２２４より高い。いくつかの実施例において、空洞部高さは、ドリフト管区分高さの距離の２倍である。

【0032】

空洞部は、ｚ方向において導波管の端部に構造（たとえば、共振空洞部、またはドリフト管区分）を配置することによって形成され得るものであり、これは、特定の固有振動数において特定の固有モード（すなわち、共振周波数）を支持する構造に至る。振動システムの固有モード（または通常モード）は、システムの全ての部品が同じ周波数及び固定された位相関係で正弦波的に移動する運動のパターンである。固有周波数（または振動の共振周波数）は固有モードが生じる周波数である。クライストロンのような多くの真空電子装置は、電子ビームと相互作用する電磁モード（または横モード、伝搬モード、または固有モード）を有することによって動作する。矩形導波管及び空洞部（すなわち、中空矩形構造）において、矩形モード数は、ＴＥ_mnまたはＴＭ_mn、及びＴＥ_mnpまたはＴＭ_mnpのようなモード形式に取り付けられた２または３つの添え数字によって指定され、ここでｍは導波管の幅に亘る半波パターンの数であり、ｎは導波管の高さに亘る半波パターンの数であり、ｐは空洞部の長さに亘る半波パターンの数である。

【0033】

横モードは、横モード相互作用を強化するための方法で形状化された構造を通して電子ビームを通すことによってたびたび生じる電子ビームと相互作用する。相互作用は、電子ビームに沿った個別の位置または構造の全体体積を通して実行し得る。変化または強化は、特定の方法において電子ビームと相互作用するための壁または構造の形状化によって生成される。

【0034】

概して、共振空洞部及びドリフト管、特に共振空洞部は、所望の利得及び帯域幅を試行して得るために共振空洞部の共振周波数を調整することによってクライストロンの利得または帯域幅を増加させるように設計される。たびたび、収束は、ＴＭ₁₁₀モード（または共振空洞部の動作モードまたは主モード）上である。他のモードは、真空電子装置（たとえば、クライストロン）内にも存在し得る。ＳＢＫはたびたび矩形式形状に基づくため、矩形導波管構造内の伝播モードは、横電気（ＴＥ）及び横磁性（ＴＭ）モードに関して表され得る。矩形空洞部において、ＴＥ_mnp及びＴＥ_mnpモードのための共振周波数は、数式１によって近似される。

数式１

【0035】

ここでｍ、ｎ、及びｐは、非負整数であり、ｍ、ｎ、及びｐの少なくとも２つは、正の整数（すなわち、ｍ＝０、１、２、．．．、ｎ＝０、１、２、．．．、ｐ＝１、２、．．、ここで、ｍ及びｎはＴＥモードにおいて同時に共に０とはなり得ず、または、ＴＭモードにおいてｍ＝１、２、．．．、ｎ＝１、２、．．．、及びｐ＝０、１、２．．．）であり、指標ｍ、ｎ、及びｐは、導波管がサポートするモード場構造に関し、μは媒体または材料（たとえば、空洞部の体積）の複合透磁率を示し、εは、媒体または材料の複合誘電率を示し、「ａ」は空隙または空洞部の幅（または幅広い方向）を示し、「ｂ」は空隙または空洞部の高さ（または狭い方向）を示し、「ｄ」はｚ方向に形成された空隙または空洞部の長さを示す。透磁率、μはそれ自体の内部で磁場の構成を支持するための材料の能力の計測値である。誘電率、εは、媒体において電場を形成するときに引き起こされる抵抗の計測値である。数式１は、矩形導波管構造において共振空洞部及びドリフト管が開口部（且つ場合により特徴部）を有するため、共振空洞部及びドリフト管において共振周波数を補正係数で近似するために使用され得る。補正係数は、構造のシミュレーションによって決定されて良い。

【0036】

電磁波（または横モード）は、周波数（またはモード周波数）が、カットオフ周波数と称される波伝播のための下方閾値周波数または最小周波数を超えるときに伝播する。電磁モードは、電磁モードが導波管（たとえば、２つの共振空洞部を接続するドリフト管区分）内の伝播を許されるとき、「捕捉モード」と称される「捕捉」となり得る。ドリフト管区分（または他の導波管特徴部）が、電磁モードが伝播するのを防ぐとき、電磁モードはカットオフである。電磁モードの周波数がカットオフ周波数未満である場合、電磁モードは導波管構造内を伝播できず、カットオフと称される。ＴＥ_mn及びＴＭ_mnモードのカットオフ周波数は、数式２によって示され得る。

数式２
ここで、ｍ及びｎは非負整数であり、ｍ及びｎの少なくとも１つは正の整数であり（すなわち、ＴＥモードにおいてｍ及びｎの１つのみがゼロとなり得るものであり、ｍ及びｎは共に０となり得ず、またはＴＭモードにおいてｍ＝１、２、．．．、ｎ＝１、２、．．．、）、ｍ及びｎは導波管がサポートするモード場構造に関連し、μは媒体または材料の透磁率を示し、εは媒体または材料の誘電率を示し、「ａ」は空隙または空洞部の幅（または幅広い方向）を示し、「ｂ」は空隙または空洞部の高さ（または狭い方向）を示す。数式２は、共振空洞部及びドリフト管におけるカットオフ周波数を、数式１との関係において先に説明したように、補正係数で近似するために使用され得る。

【0037】

共振空洞部は、「意図された」空洞部と称され得るものであり、ここでＲＦ構造は電子ビームと相互作用させるために意図的に設計されて配置される。ドリフト管またはドリフト管区分は、「意図されない」空洞部と称され得るものであり、ここでドリフト管空洞部または空隙は共振空洞部（または「意図された」空洞部）の間で捕捉モード（または寄生モード）を生成する。明確にするため、電磁モードからの共振周波数及び振動は共振空洞部及びドリフト管区分の両方において生じ得るものであり、共振空洞部は、共振周波数または振動を強化するために「意図された」ものであり、ドリフト管区分は、導波管構造の「意図されない」結果である。このように、ドリフト管またはドリフト管区分（または導波管構造の他の部品）の構造の変更は、捕捉モードの共振周波数を変化し、振動を低下させ得る。管（または真空電子装置）の変化が意図された空洞部の機能及び性能にも影響し得るため、共振空洞部の機能及び性能における無視できる、または最小限の影響のいくつかの変化は実行により好適となり得る。ドリフト管またはドリフト管区分の設計は、共振空洞部の方法（すなわち、意図された空洞部周波数を重ねることによってクライストロンの利得の強化または最小化を試みる、共振空洞部法）とは反対の方法（すなわち、ドリフト管法）を取る。ドリフト管法のため、ドリフト管区分の空隙または空洞部によって生成された意図されない空洞部周波数は、周波数の間の離間により調整され、または捕捉モードまたは寄生モードのための利得を低く維持するために、周波数の重なりを最小化させる。電子ビームとの無視できない相互作用を有するモードのための負荷された帯域の和より高い周波数が分離される異なるドリフト管空洞部において、対応する共振モードのピークを有すると好適となり得る。

【0038】

多くのシートビーム装置において、再び数式１及び２を参照すると、ドリフト管区分（または共振空洞部を連結する導波管）において「ｂ」は「ａ」よりかなり小さい。このように、ｎ＝０を有するＴＥ場は、０より大きいｎを有するＴＭモード及びＴＥモードよりかなり低いカットオフ周波数を有し得る。

【0039】

これに対して、中空環状構造は中空矩形構造に対する下方カットオフ周波数を有することができ、したがって従来の円形ビームクライストロンは不安定性が問題となる前にかなり高い動作周波数を要求し得る。多くの従来の円形ビームクライストロンにおいて、円筒状ドリフト管の狭い寸法（たとえば、半径または直径）は、これらの他のＴＥ及びＴＭモードが伝播できないように多くの電磁モードをカットオフする。ＳＢＫのドリフト管区分の形状のため、いくつかの電磁モードは捕捉となり得るものであり、横電気モードが励起されてモード妨害が装置の電子ビームの意図された動作に変更するのに十分となる点まで大きくなる電子ビームのＴＥモード不安定性のような悪影響を生じさせ得る。ＴＥモード不安定性は、円形ビーム相対クライストロン（たとえば、相対論的クライストロン増幅器）、または拡張相互作用クライストロンのような他の非シートビーム電子装置においても生じ得る。たとえば、円形ビーム相対クライストロンにおいて、ＴＥモード伝播または不安定性に対する類似の試みが生じ、ドリフト管は共振空洞部の間のカットオフではない。ＴＥモード伝播または不安定性（または類似の課題）は、シートビーム加速器においても存在し得る。

【0040】

ＳＢＫの開発は、矩形構造及び平らな電子ビームと関連付けられた電気的及び機械的課題によって阻害されてきた。導入されるとき、幅広いドリフト管区分が、捕捉モードが励起されるのを可能とするため、電気的な課題が生じ、これはＴＥモード不安定性を生じさせ得る。空洞部（たとえば、共振空洞部及びドリフト管区分）は、オーバーモード（たとえば、複数のモードが伝播するのを可能とする）であり得る。

【0041】

平らな電子ビームを生成する真空電子装置（たとえば、ＳＢＫ）は、課題を有し得るものであるが、平らな電子ビームを生成するこれらの真空電子装置は、いくつかの顕著な利点も有する。たとえば、ＳＢＫは、ビームの幅を変化させることによって電流密度を増加させることなくビーム電流の増加を可能とし、カソード電流密度を低減させることを可能とする。電流密度を低下させると、収束磁場（またはＢ場）要求を低減することができ、カソード負荷を低減することができる。磁場の減少は、少なくとも部分的に下方空間電荷力によるものであり、実行をより容易とし得る永久磁石収束スキームを可能とする。平らな電子ビームのより大きい表面エリアは、温度の低下及び動力損失（たとえば、ｉ²Ｒ損失）のときの冷却要求の減少を支援することもできる。周波数でロールオフする動力は、円形ビームの場合、１／周波数（（１／ｆ）²）の２乗のオーダーの代わりに、１／周波数（１／ｆ）のオーダー（すなわち、おおよそ）であり、これはＳＢＫが、約９４ＧＨｚのＷ帯ＳＢＫの開発または約１ＴＨｚのＳＢＫの操作のような、より適した高周波設計（たとえば、７５ＧＨｚを超える周波数）となることを可能とする。

【0042】

数式１及び２と共に、多くの他の関係、性能、または量も、電子ビームと相互作用するための固有モード空洞部支持の能力と同様に、空洞部を特徴付けるのを支援し得る。１つの関係は、数式３で与えられるような空洞部の全Ｑ値である。

数式３
ここで、全Ｑ値、Ｑ_Tは、２つの要素を有することができ、ビーム負荷されたＱ値、Ｑ_b、これは電子ビームとの相互作用を構成し、負荷されたＱ値、Ｑ_l、これは空洞部のためのＱ値であり、いかなる電子ビームも存在しないときに出る。負荷されたＱ値、Ｑ_lは、負荷されないＱ値、Ｑ_o及び外部のＱ値、Ｑ_eからの寄与を有する。

【0043】

所定のモードに対し、Ｑ値は数式４に示されるように、一定期間に亘り消散される電力量と比較されるエネルギーを保存するための空洞部の性能の測定である。

数式４
ここでωは角周波数（２π×ｆ；またはラジアル周波数またはラジアン周波数）空洞部内のＷ_Oは全時間平均エネルギー、様々なＰ_sは動力消散（たとえば、Ｐ_bはビーム負荷による動力消散、Ｐ_oは損失材料による動力消散、及びＰｅは空洞部からの（形状及び設計のため）エネルギー放射または伝播による動力消散）を示す。Ｑ_bについて消散された動力は電子ビームとの結合からのものであり、Ｑ_oについて消散された動力は抵抗性のまたは損失性の材料によるものであり、Ｑ_eについて消散された動力は、空洞部から放射または伝播する動力によるものである。空洞部の説明を支援するのに有用な別の関係は、Ｒ／Ｑである（すなわち、Ｒ／Ｑは記号を示し、Ｒ割るＱではない）。Ｒ／Ｑは、オーム（Ω）の単位により、所定の保存されたエネルギーの量の空洞部の加速電圧を示す。Ｒ／Ｑの物理的記載は、数式５に示されるように、空洞部の相互作用隙間に亘る電圧Ｖの２乗と空洞部において保存されたエネルギーＷとの比、として記載され得るものである。

数式５
ここで、Ｖ_cは（空洞部における）相互作用隙間に亘る電圧であり、ω₀は共振周波数であり、
（

、
ここでＬは空洞部または回路のインダクタンスであり、Ｃは空洞部または回路のキャパシタンスであり、）Ｗは空洞部における平均エネルギーである。クライストロンは通常いくつかの制限された帯域幅を有する共振、狭帯域装置である。クライストロンの帯域幅は、入力が目的の帯域に亘り出力回路を駆動するために十分な基本周波数ＲＦ電流（Ｉ_i）を生成するときの、主に出力回路のＲ／Ｑによって設定される。Ｒ／Ｑは、

としてさらに示され得る。

【0044】

構造における空洞部のインピーダンスＺ_n（ω）は、数式６によって示されるように、周波数の関数として等式で示され得るものである。

数式６
ここで、

は第ｎ空洞部のＲ／Ｑであり、Ｑ_Tnは第ｎ空洞部の全Ｑ値であり、ω₀は第ｎ空洞部の共振周波数であり、ωは装置の入力または動作周波数である。これらの空洞部パラメータにより、クライストロンは、電子ビームに関連したいくつかのさらなるパラメータまたは関係を概して用いる。電子ビームは電子銃電圧、Ｖ₀によって最初に加速され、Ｖ₀は所定のＤＣ電流、Ｉ₀及び速度、ｕ₀を有する。数式７で与えられるビーム伝播係数（または電子波数）β_e、数式８で与えられるプラズマ波数、β_p、及び数式９で与えられる低減されたプラズマ波数、β_qは、クライストロン装置設計及びクライストロン動作の理解において有用ないくつかのパラメータである。波数（ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ）（または波数（ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ））は、波の空間周波数である（たとえば、単一距離毎のサイクルまたは単一距離毎のラジアン）。

数式７

数式８

数式９
ここでω_pはプラズマ周波数であり、Ｒはプラズマ減少係数である。プラズマ減少係数は、集群の間の空間電荷の効果の減少におけるドリフト管壁の効果を考慮する。ほとんどの相互作用はドリフト管高さ（すなわち、ドリフト管寸法の間）において生じるため、幅広いシートビームにおいて、プラズマ減少係数Ｒは固定されたビーム幅のため、ドリフト管の幅におけるより小さな依存性を有しても良い。したがって、ドリフト管の幅は、固定されたビーム幅のため低減されたプラズマ波数、β_qの変更における小さなまたは無視できる効果のみにより変更され得る。

【0045】

隙間結合係数、Ｍ１は、数式１０で与えられる。

数式１０
ここでｘは空洞部における隙間の距離（たとえば、共振空洞部またはドリフト管区分）であり、βは波数（ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ）（または波数（ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒまたは軸方向の波数））であり、Ｅ_cは回路場（たとえば、回路によって生成された電場）であり、ζは回路場が存在するビームに沿った統合の経路である。隙間結合係数、Ｍ１（ｘ、β_e）は、平均化された第ｍ空洞部の隙間結合係数Ｍ（β_e）を与えるために電子ビームに亘り平均化されることが多い。第ｍ空洞部は、第ｎ空洞部に先行する空洞部に関する。

【0046】

クライストロン理論から、ＲＦ変調が電子ビームにおいて長手方向に（すなわち、ｚ軸に沿って）配置され、相互作用が個別の領域に亘り実行され、ドリフト管がカットオフであるとき、２つの空洞部（たとえば、２つの共振空洞部）の間の相互コンダクタンス、ｇ_mnは、数式１１によって示され得るものであり、２つの空洞部の間の対応する電圧利得、Ｇ_mnは、数式１２によって示され得るものである。

数式１１

数式１２
ここで、Ｖ_mは先行する空洞部ｍの隙間に亘る電圧であり、Ｉ_nは電圧Ｖ_mに起因する空洞部ｎにおける駆動電流であり、Ｖ_nは空洞部ｎの隙間に亘る電圧であり、ｌ_mnは第ｍ及び第ｎ空洞部の間の長さ（すなわち、ドリフト管区分長さ）であり、Ｖ_oは電子銃電圧であり、Ｉ_oは電子銃電流であり、ω_qは低減されたプラズマ周波数であり、Ｍ_mは第ｍ空洞部の隙間結合係数であり、Ｍ_nは第ｎ空洞部の隙間結合係数である。長さ、ｌ_mnは、電子ビーム及び結合に関連したパラメータによって設定されることが多い。

【0047】

これらの数式（たとえば、数式１〜１２）は、可能なフィードフォワード電流経路を合計することによってＮ空洞部クライストロンの全利得を測定するために使用され得る。結果として生じる相対動力利得Ｇ（ｐ）は、数式１３として表現され得るものである。

数式１３
ここでＺ₁は第１の共振空洞部のインピーダンスであり、Ｇ_N1はＮ空洞部に亘る電圧利得であり、Ｑ_e1は第１の共振空洞部の外部Ｑ値であり、Ｑ_eNは第Ｎ共振空洞部（または最後の共振空洞部）の外部Ｑ値であり、（Ｒ／Ｑ）₁は第１の空洞部のためのＲ／Ｑであり、（Ｒ／Ｑ）_Nは第Ｎ空洞部（すなわち、最後の空洞部）のためのＲ／Ｑであり、Ａは様々な回路及びビームパラメータを具現化する定数であり、ｐは相対動力利得の極（ｐｏｌｅ）であり、ｐ_nはＮ空洞部の共振空洞部の極であり、ｚ_nは利得関数がゼロへと向かう複素周波数であり、Ｑ_e1は第１の共振空洞部の外部Ｑ値であり、Ｑ_eNは第Ｎ共振空洞部（または最後の共振空洞部）の外部Ｑ値である。概して、単一の回転された共振空洞部を備える複合空洞部クライストロンの利得関数は、極（Ｐ）より２つ少ないゼロ（ｚ）を有する。数式１３において、Ｎ極は共振空洞部により、Ｎ−２ゼロは相互コンダクタンスに関連したフィードフォワード経路による。中間共振空洞部はクライストロンの利得及び帯域幅を増強するために用いられる。多くの場合、空洞部の共振周波数は所望の利得及び帯域幅を得るように調整される。概して、それぞれの共振空洞部はおおよそ１０ｄＢ利得を増加させることができる。さらなる共振空洞部の付加は、特にそれらの共振周波数が重なるときにＲＦ利得を増加させることができる。

【0048】

寄生モードまたは捕捉モードは、電子ビームにおけるモードと誘発された電流との間で正のフィードバックが生じるときに増大することができ、これは電子ビームにおいて不安定性を生じさせる。これらの電子ビーム不安定性は、銃電圧に依存し得るものであり（これは数式７〜９により示されたＩ_o、ｕ_o、及び波数にも影響する）、負の全Ｑ値、Ｑ_Tに基づいて予想され得る。電子ビームによって駆動される寄生モードは、横モードが十分に負荷されないときに増大し得、真空電子装置（すなわち、管；たとえば、クライストロン）動作を混乱させ得る。少なくとも２つの要因が振動を駆動し、第１に、ビームがモードに動力を伝達し、第２に、抵抗性または損失性材料を通して動力が消失され、空洞部において放射されるエネルギーによる動力消失は、電子ビームから得られる動力より小さく、振動を増大させる。ゼロ未満の（Ｑ_T＜０）全Ｑ値を得るため、Ｑ_bは負である必要があり、全Ｑ値の負の逆数が大きければ大きいほど自己励起がより容易に生じ得るものであり、これは、電子ビームの不安定性を生じさせる。関係、数式、および上述の記載から望ましくないモードが増大することから減少するように支援するために、少なくとも３つの方法が使用され得るものであり、これは第１に、電子ビームと寄生モードまたは捕捉モード（たとえば、Ｑ_bの増加）との間の結合の減少、第２に、抵抗式損失（たとえば、Ｑ_oの低下）の増加、第３に、モードが空洞部から動力を放射又は伝播（たとえば、Ｑ_eの低下）するのを可能とすること、またはこれらの方法の組み合わせを含む。

【0049】

例示的拡張相互作用クライストロン
望ましくない振動は、ＳＢＫと共に多くの形式のクライストロン用途において生じる。特に１つのエリアは、拡張された相互作用空洞部または拡張された相互作用クライストロン（ＥＩＫ）の場である。ＥＩＫは、電子位置線形衝突器のような、高周波数（たとえば、≧８ＧＨｚ）、高動力（たとえば、≧７５ＭＷ）、または高電圧（たとえば、≧５００キロボルト（ｋＶ））の用途のため、高ピーク動力を提供できる。拡張相互作用出力空洞部は、複数の出力空洞部相互作用隙間に亘りＲＦ電圧を分配するため、およびＲＦ停止の回避のため、に使用され得る。空洞部のための最大電場、Ｅは、ＲＦ停止によって制限される。ＲＦ停止において、局所的に高い電場は、固体表面（たとえば、空洞部壁）からイオンの破砕及び場消滅を生じさせる。数式１１のような記載された多くの数式及び関係は、複数の個別の隙間において実行するビームとモードとの間の相互作用に依存する。ＥＩＫは、複数の隙間が用いられるとき、または拡張領域に亘り相互作用が実行されるときにクライストロンにおいて生じる。上述の多くのパラメータは、分析ＥＩＫ回路にも関連する。ＥＩＫにおいて一般的クライストロン理論は、相互作用が一般的領域に亘り一般化されたＲＦ場に起こるところにあてはまる。こうしたＲＦ場は、互いに近傍に配置された空洞部に対応する複数の個別の場領域であって良く、または結合された隙間構造の場は連続場であっても良い。ＥＩＫは大きな動力出力、幅広い周波数帯域幅、または高利得を実現するため、より高い周波数（たとえば、ミリメートル（ｍｍ）波回路）で用いられることが多い。これらの空洞部において、平均隙間結合係数、Ｍの大きさは、拡張空洞部の位相速度をビーム速度に同期することによって最適化され得るものであり、空洞部の安定性は、正のビームが負荷されたコンダクタンス、Ｇ_bに依存し得る。ビームにおける長手方向（ｚ方向）の波のため、Ｇ_bは、数式１４によって示され得るものである。

数式１４
ここでβ_eは電子波数であり、β_qは低減されたプラズマ波数であり、Ｖ_oは電子銃電圧であり、Ｉ_oは電子銃電流であり、Ｍは平均隙間結合係数である。

【0050】

ビーム負荷されたＱ値、Ｑ_bは、数式１５の関係を用いて計算され得る。

数式１５

【0051】

ビーム負荷されたＱ値、Ｑ_bも、結合された動力、Ｐ_bを監視することによって所定のモードからビーム（すなわち、ビーム動力）へと、数式１６を用いることによって直接的に計算され得る。

数式１６
ここでＪ_mは電子ビームのための電流密度であり、Ｅ_mは電子ビームのための電場であり、積分はビームの体積Ｖを取り、時間間隔、Ｔに亘り平均化される。

【0052】

例示的相対論的クライストロン増幅器
寄生モードが形成され得る別のクライストロン構造は、相対論的クライストロン増幅器（ＲＫＡ）である。ＲＫＡは、相対電子銃によって生成される電子の流れが相対速度で移動する相対電子ビームを用いる。ＲＫＡは、高動力及び高利得を提供するため、概して高電流（たとえば、従来のＡＢＫのアンペア（Ａ）範囲の代わりにキロアンペア（ｋＡ）範囲）を用いる。いくつかのＲＫＡにおいて、より高いモード（またはより高いオーダーのモード）は、主に円形ドリフト管がカットオフではない中間空洞部の間で生じる。たとえば、寄生モードの励起は、正のフィードバックの形式である。寄生モードの励起を防ぐために、（たとえば、閾値電流がビーム電流より顕著に大きいときに）閾値電流が増加され得る。閾値電流は多数の中間共振空洞部と比例し得るものであり、したがってさらなる中間空洞部が寄生モードを励起する尤度を増加させる。寄生モードを低下させるために使用され得る１つの機構は、ドリフト管の壁内へ抵抗性または損失性の材料を配置または付加することであり、これは負荷されないＱ値、Ｑ_oを変化（たとえば、減少）させる。負荷されないＱ値、Ｑ_oの減少は、いくつかのＲＫＡの性能を向上し得る寄生モードの抑制を支援し得る。

【0053】

例示的磁場収束
ＳＢＫにおいて、ＴＥ_m0モードは、ドリフト管において伝播することができ、ここでｍはドリフト管の幅（Ｘ軸）に亘る半波パターンの数である。ＴＥモードは、製造及び電荷密度変動において生じ得る、不整配列及び機械加工誤差（たとえば、共振空洞部の適合、または出力隙間インピーダンスとビームインピーダンスとの間の適合）のため励起され得る。これらのＴＥモードがドリフト管において動作する場合、モードがｙ方向における電場の成分を有するため、ＴＥモードは通常、近くのドリフト管壁に向かってビームを跳ね返す課題を生じさせる。ＴＥ_m0モードの自己励起は、不安定性のため異なるＳＢＫ設計において試みられてきた。ＴＥモードは、ドリフト管区分と共振空洞部との間の切れ目（たとえば、空隙特徴部の変化）のため捕捉され得る。周期永久磁石（ＰＰＭ）は周期的に収束するが、尖った磁石（ＰＣＭ）場及び揺れ動く場が電子ビームを収束及び搬送する試みにおいて用いられ、根本的に、これらの設計はＴＥモード不安定性を生成する場の大きさのため、不安定であり続けてきた。

【0054】

ソレノイド収束は、ＴＥモード不安定性に対してより影響を受けにくいものとなり得る強いビームを形成するために使用され得る。上述の方法に加え、ソレノイド収束は、ビームの中心をｙ方向により小さく振動させることができ、数式１６に先に示されたように、所定の横モードからビーム内へと動力結合を減少させることができる。しかしながら、電子銃が磁場（たとえば、Ｂ場）及びドリフト管から不整配列された場合、または不整配列されたとき、これは通常ある程度生じるが、実際において、電子ビームにおけるいくつかの振動はさらに生じ得るものであり、この振動はさらにＴＥモードに結合し得る。

【0055】

ドリフト管高さの変更またはチョーク空洞部の付加
共振空洞部及びドリフト管の様々な変化は捕捉モードに影響し得る。実施例において、ドリフト管高さの増加はいくつかのＲＦ場が空洞部から放射するのを可能とし、外部Ｑ値、Ｑ_eを減少させる。しかしながら、様々なドリフト管区分を通してドリフト管高さを一様に変化させることは、共振空洞部の全Ｑ値、Ｑ_Tの減少及びＲ／Ｑの減少によって、意図された空洞部（または共振空洞部）の動作において効果を有することもができる。別の実施例において、ドリフト管区分における（ｙ方向の）狭い壁における溝穴、またはドリフト管壁（たとえば、ドリフト管区分の溝付の狭い壁内へと挿入される抵抗性または損失性材料）のドリフト管におけるＲＦ吸収器が捕捉モードを抑制するために使用されてもよい。ドリフト管壁における溝穴及びＲＦ吸収器は、電子ビームとさらに相互作用する可能性があり、クライストロンの製造コストを増加させ得る。別の実施例において、（たとえば、ドリフト管の壁における）損失性の材料または４分の１（１／４）ラムダチョーク空洞部の使用が捕捉モードを抑制するために用いられても良い。１／４ラムダチョーク空洞部（またはチョーク連結部）は、ドリフト管区分の幅広い壁（たとえば、上方、下方または両方の壁）において共振空洞部の端部から（動作周波数の）４分の１波長の奇数倍に配置された狭い空洞部である。チョーク空洞部法は、調整も必要とされ得る空洞部の特別な設定を用い、チョーク空洞部の位置は、モード特有であり、製造の複雑さ及びコストを増加させ得る。構造に対する損失性の材料の挿入及び他のより複雑な変化は、また、特にクライストロンの周波数が増加され、クライストロンの特徴部がより小さくなるときに製造をさらに複雑且つ高コストとし得る。

【0056】

捕捉電磁モードの変化
増幅された信号における小さなまたは無視できる効果を備えた電子ビームと相互作用する捕捉電磁モードの効果を変更するため、少なくとも２つの異なる機構が使用され得る。意図された信号の増幅においてより大きな効果を有する他の機構が使用され得る。他の変化が増幅された信号においてより顕著な効果を有し得る一方で、いくつかの変化は増幅された信号（または動作周波数）において小さなまたは無視できる効果を有し得る。

【0057】

電子ビームと相互作用する捕捉電磁モードの効果を変更するための第１の方法は、機構に沿って複数の空洞部が形成されるときに有用となり得る。クライストロン理論及びより一般的に拡張された相互作用クライストロン理論にかなり類似して、電子ビーム経路に沿った空洞部の周波数は、異なる空洞部における電子ビームとＲＦ場との間の相互作用において大きな効果を有し得る。形成される空洞部を操作することによって（たとえば、空洞部の寸法）、共振周波数は変化し得る。共振周波数の変化は、複数の空洞部が用いられるときに、利得と帯域幅との間の関係において顕著な効果を有することができる。異なる空洞部周波数は、電子ビームと電磁モードとの間の結合において効果を有することができる。特に、ドリフト管空洞部において、増加された帯域幅を犠牲にして、捕捉ＴＥモードの利得を減少させると好適である。

【0058】

第２の方法は、少なくとも２つの対象（たとえば、切れ目）が構造に沿って配置されるときに形成される電磁場の操作を含み、これは空洞部（たとえば、ドリフト管区分）を形成する。構造の端部の間に形成されるこれらの構造または空洞部を操作することによって、形成された空洞部において保存されるエネルギーは、変えられ得る。工程の部分として、反射係数は、特定の横モードのための空洞部の共振周波数を決定すると共に、空洞部を形成するそれぞれの対象（たとえば、ドリフト管壁）からの所定の横モードのための周波数の関数として決定され得る。次いで、周波数の関数として反射係数を変更することによって、または空洞部の共振周波数を変化することによって、ＲＦ場が空洞部から放射するのを可能とするように、対象が変更され得るか、または対象の間における空洞部（たとえば、共振空洞部）が変更され得る。

【0059】

これらの技術は、概して真空電子装置または真空管に適用され得るが、示された実施例は、シートビームクライストロンのようなシートビーム装置のドリフト管において形成される捕捉モードに適用される。説明された技術、機構、および方法は、拡張相互作用クライストロン（ＥＩＫ）及び相対論的クライストロン増幅器（ＲＫＡ）のような他の真空電子装置に適用することもできる。

【0060】

ドリフト管における捕捉モードの周波数の変化
クライストロンは、その機能が空洞部の周波数に依存する狭帯域装置である。数式６、１１及び１２との関係において先に説明したように、装置利得（または導波管利得）、Ｇは、数式１７によって示されるような信号経路に亘る空洞部インピーダンス、Ｚ_n（ω）及びドリフト管区分相互コンダクタンス、ｇ_mnの製品の和である。

数式１７
ここで、ωは角周波数であり、Ｖ_inは装置の入力電圧であり、Ｖ_outは装置の出力電圧であり、ｎは空洞部の数であり、相互コンダクタンス、ｇ_mnは数式１１によって表され、インピーダンス、Ｚ_n（ω）は数式６によって表され、電圧利得、Ｇ_mnは数式１２によって表される。結果として生じる全動力利得は、数式１３によって先に表された。分母多項式（たとえば、（ｐ−ｐ₁）．．．（ｐ−ｐ_N））は、所望の周波数応答を得るために調整される空洞部インピーダンスに依存する。クライストロンは、様々なフィードフォワード時間のため、有限ゼロを有する。単一調整された空洞部を備えた複数の空洞部クライストロンの一般的な利得関数において、クライストロンは極（ｐ_N）より２つ少ないゼロ（たとえば、ｚ_N-2）を有する。利得ピークは反対の極で生じ、利得凹部はゼロの反対で生じる。従来のクライストロン設計において、共振空洞部の共振周波数は、利得が目的の帯域内で完全に平らであるように調整される。利得がゼロ近傍で押し下げられるため、極配列は、通常ゼロが帯域の外側に動かされるか、または隣接した極（すなわち、極ゼロ相殺）によって相殺されるか、のいずれかを提供する。従来、所定の中間空洞部の数のため利得帯域幅トレードオフが生じる。たとえば、クライストロンが高い利得を有するとき、クライストロンは通常下方帯域幅を有する。クライストロンは、同期して調整され得るものであり、ここで全ての共振空洞部は同じ周波数またはかなり類似した周波数に調整される。同期調整は最大利得を生じさせるが、帯域幅はかなり小さくなり得る。クライストロン設計は共振空洞部の周波数を適切に調整、または離間することによって、広帯域（すなわち、幅広い帯域幅）のためさらに調整され得るものであり、これは利得をより低減させ得る。

【0061】

伝統的なクライストロン理論において、電子ビームとＲＦ場との間の相互作用は、異なる空洞部に亘る個別の位置において生じる。数式１２によって示されるように、空洞部において隙間に亘り生じる電圧（たとえば、Ｖ_n）は、空洞部インピーダンス、Ｚ_n（ω）に依存する。共振において、空洞部インピーダンス、Ｚ_nは高く、したがって、ビーム電流のこの周波数成分において誘発される電圧は高い。拡張相互作用クライストロン（ＥＩＫ）において、相互作用は、多くの隙間に亘り、または拡張領域を通して生じる。意図されない空洞部は、ドリフト管がカットオフではないときに、２つの意図された空洞部の間のドリフト管区分において形成され得る。これらの意図されない空洞部は、「意図されたクライストロン」設計内で動作する「意図されないクライストロン」の考慮された部分となり得る。意図されないクライストロンは、多くの違いと同様に、従来のクライストロンと類似の複数の特性を有し得る。１つの違いは、意図されないクライストロンにおける電場、ＲＦ場、またはＥ場は、単に長手方向である（すなわち、ｚ方向またはｚ軸に沿った）代わりに、（ｙ軸に沿った）ｙ方向の電子ビームにおいて相互作用し得る。この特性は、従来のクライストロンに用いられた分析を変更し得る。しかしながら、いくつかのコンセプト、関係、及び数式は、なお保持されて使用され得る。たとえば、意図されない空洞部は（意図された空洞部と同様に）、強い共振周波数を有し得る。空洞部インピーダンスは、これらの共振近傍において高い（数式１２参照）。強い相互作用は、電子ビームの運動が空洞部共振近傍で重なる周波数成分を有するときに、空洞部の電子ビームとＲＦ場との間で生じる。したがって、電子ビームとドリフト管区分との間の効果を最小化するため、意図されない空洞部周波数は、それらの共振が重ならないように調整される。したがって、ドリフト管設計（またはドリフト管方法）は、従来の共振空洞部設計とは反対の方法（すなわち、共振空洞部方法）を取り、これは強化し、または利得を最大化する。ドリフト管設計は、捕捉または寄生モードのために利得を低く維持するため、周波数（たとえば、共振周波数及びビーム振動周波数）の重なりを最小化するように意図されない空洞部周波数を調整する。

【0062】

残念ながら、ドリフト管区分の類似の設計のため、多くの従来のシートビームクライストロン設計は、類似する周波数へと調整される多くの意図されない空洞部を有し、これは捕捉または寄生モードを生じさせる。共振空洞部の間の距離を画定するドリフト管区分長さ（たとえば、２３６Ａ〜Ｆ）のようなドリフト管区分のいくつかのパラメータは、他のパラメータによって設定され、または共振空洞部の性能または設計に影響することが多い。したがって、多くのドリフト管区分は、類似の長さまたはこの長さの倍数を有することが多い。意図された空洞部または共振空洞部の空洞部高さ（たとえば、２１４Ａまたは２１４Ｅ）は、動作モードの周波数が類似するため類似することが多い。空洞部高さの変化は、動作モードの周波数において、捕捉または寄生モードの周波数におけるより、かなり大きな効果を有し、これは以下に提供されるシミュレーションデータによって立証される。したがって、同じ周波数近くで調整された複数の意図されない空洞部（すなわち、ドリフト管区分）により、利得及び相互作用は高い。ドリフト管区分の共振周波数を変化させるための１つの方法は、ドリフト管区分幅を変化させることであり、これは意図されたクライストロンのための動作モードの他の重要なパラメータまたは周波数においてほとんど効果は無いが、ＳＢＫのような真空電子装置における横電気（ＴＥ）モード不安定性の影響を減少、最小化、または除外し得る。

【0063】

図５Ａ〜５Ｊは、ドリフト管区分幅を変更する５つの空洞部ＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体２５０における共振空洞部及びドリフト管空隙の実施形態の図を示す。図５Ａ〜５Ｊは、基本設計として、先に図４Ａ〜４Ｈに示された５つの空洞部ＳＢＫを用いたドリフト管区分幅に対する様々な変化を示す。マイクロ波空洞部組立体２５０における共振空洞部及びドリフト管空隙の、図５Ａは斜視図を示し、図５Ｂは上面図を示し、図５Ｃは側面図を示し、図５Ｈは（電子ビームの移動方向に見て）正面図を示す。ｙ−ｚ面においてマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿った断面を備えた、マイクロ波空洞部組立体２５０における共振空洞部及びドリフト管空隙の、図５Ｄは斜視断面図を示し、図５Ｅは、側部断面図を示す。ｘ−ｚ面においてマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿った断面を備えた、マイクロ波空洞部組立体２５０における共振空洞部及びドリフト管空隙の、図５Ｆは斜視断面図を示し、図５Ｇは、上部断面図を示す。

【0064】

マイクロ波空洞部２５０の構造は、電子ビーム及びＲＦ信号のための導波管として機能する。マイクロ波空洞部組立体２５０の構造によって形成された空洞部及び空隙は、電子ビーム及びＲＦ入力信号を増幅されたＲＦ出力信号へと変換するために用いられる定常波及び共振周波数を生成するための機能を提供する。マイクロ波空洞部組立体２５０は、管のドリフト管領域２７０においてドリフト管区分２８０Ａ〜Ｆによって結合される共振空洞部２６０を含む。クライストロンにおける共振空洞部２６０及びドリフト管２７０は、マイクロ波空洞部組立体２００との関係において先に説明したような材料及び類似する形状により製造されて良い。ドリフト管２７０のそれぞれの共振空洞部２６０Ａ〜Ｅ及びそれぞれのドリフト管区分２８０Ａ〜Ｆの空隙は、幅、高さ、及び長さを有する。

【0065】

たとえば、それぞれの共振空洞部２６０Ａ〜Ｅは（空洞部２６０Ａ〜Ｄのための）空洞部幅２６２及び（出力空洞部２６０Ｅのための）２６８と、空洞部高さ２６４と、（凹特徴部を備えた空洞部２６０Ａ及び２６０Ｅのための）空洞部長さ２６６Ａ及び（凹特徴部のない空洞部２６０Ｂ〜Ｄのための）２６０Ｄと、を有する。共振空洞部が凹特徴部を有するとき、共振空洞部２６０Ｂ〜Ｄは、また、凹隙間長さ２６７有し、これは凹特徴部の間の空隙の距離である。空洞部２６０Ａ〜Ｄのための空洞部高さ２６４は類似するように示されるが、それぞれの共振空洞部は、（共振空洞部のための所望の共振無線周波数場に基づいて）異なる空洞部高さを有し得る。出力空洞部幅２６８は、（空洞部２６０Ａ〜Ｄのための）空洞部幅２６２とは異なりまたは類似し得るものであり、空洞部高さ２６４は空洞部２６０Ａ〜Ｅにおいて互いに異なりまたは類似し得る）。図５Ｄ〜５Ｅは類似するような空洞部高さ２６４を示す。空洞部２６０Ａ〜Ｄのための空洞部幅２６２は出力空洞部幅２６８と類似するように且つ異なるように示されるが、それぞれの共振空洞部は、（共振空洞部のための所望の共振無線周波数場の設計に基づいて）類似するまたは異なる空洞部幅を有し得る。概して、ＳＢＫにおいて、空洞部幅２６２または２６８は空洞部高さ２６４の距離の少なくとも２倍である。いくつかの実施例において、空洞部幅は、少なくとも空洞部高さの距離の４倍または１０倍となり得る。

【0066】

マイクロ波空洞部組立体２５０はバーベル特徴部２４７、凹特徴部２４０、及び非凹特徴部２４４（すなわち、凹特徴部のない空洞部）を備えて示される。バーベル特徴部は、（バーベルの内側の）内部空洞部幅２６１と、（空洞部２６０Ａ〜Ｄのための）バーベル幅２６３または（出力空洞部２６０Ｅのための）出力空洞部バーベル幅２６３Ｅと、（空洞部２６０Ａのための）入力空洞部バーベル高さ２６５Ａと、（空洞部２６０Ｂのための）第２の空洞部バーベル高さ２６５Ｂと、（空洞部２６０Ｃのための）第３の空洞部バーベル高さ２６５Ｃと、（空洞部２６０Ｄのための）第４の空洞部バーベル高さ２６５Ｄまたは（出力空洞部２６０Ｅのための）出力空洞部バーベル高さ２６５Ｅと、を有し得る。空洞部２６０Ａ〜Ｅのためのバーベル高さ２６５Ａ〜Ｆは、他の実施例において異なるように示されるが（図示せず）、バーベル高さは、（所望の装置特性に基づいて）共振空洞部とは類似しまたは異なり得る。

【0067】

ドリフト管２８０Ａ〜Ｆは、ドリフト管領域２７０において、様々なドリフト管幅２８２Ａ〜Ｆと、ドリフト管高さ２７４と、ドリフト管領域長さ２７６と、を有する。共振空洞部２６０Ａ〜Ｅの間の、アノードと第１の共振空洞部（または入力共振空洞部または「集群化」空洞部）２６０Ａとの間の、及び、最後の共振空洞部（または出力共振空洞部または「捕獲」空洞部または最後の共振空洞部）２６０Ｅとコレクタとの間のドリフト管領域は、それぞれドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆと称され得る。それぞれのドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆは、ドリフト管区分幅（または管区分幅）２８２Ａ〜Ｆと、ドリフト管区分高さ（または管区分高さ）２７４と、ドリフト管区分空隙長さ（または管区分長さまたは管区分空隙長さ）２８６Ａ〜Ｆと、を有する。ドリフト管区分高さ２７４は、一様であり、ドリフト管区分２３０Ａ〜Ｆのそれぞれと類似し、全体としてドリフト管高さ２７４と称される。他の実施例において（図示せず）、ドリフト管高さは、設計パラメータに基づいて互いに変更して良い。ドリフト管区分幅２８２Ａ〜Ｆ及びドリフト管区分高さ２７４は、ドリフト管の内部壁または構造によって定義される。概して、ＳＢＫにおいて、ドリフト管区分幅２８２Ａ〜Ｆは、ドリフト管区分高さ２７４の距離の少なくとも２倍である。いくつかの実施例において、ドリフト管区分幅は、ドリフト管区分高さの距離の少なくとも４倍または１０倍であり得る。たとえば、ドリフト管区分高さが１０ｍｍである場合、ドリフト管区分幅は、２０ｍｍ（ドリフト管区分高さの少なくとも２倍）、４０ｍｍ（ドリフト管区分高さの少なくとも４倍）、または１００ｍｍ（ドリフト管区分高さの少なくとも１０倍）に、等しくまたは超え得る。

【0068】

ｚ軸において、ドリフト管区分は、共振空洞部の空隙内へと延びる。ドリフト管区分空隙長さ２８６Ａ〜Ｆは、共振空洞部内の点（たとえば、中間点）により定義され得る。他の実施例（図示せず）において、ドリフト管区分空隙長さは、ドリフト管区分と隣接する共振空洞部との間の境界または切れ目によって定義され得る。共振空洞部の間のドリフト管区分２８０Ｂ〜Ｄは、類似したまたは異なるドリフト管区分空隙高さ２８６Ｂ〜Ｄを有し得る。第４の共振空洞部（最後から２番目の空洞部または最後から２番目の共振空洞部と称される第２から最後の空洞部）と出力共振空洞部（または最後の共振空洞部）との間のドリフト管区分２８０Ｅは、出力信号のための電子ビームを減速させるために調整（たとえば、短く）され得る。

【0069】

空洞部幅２６２または２６８は、共振空洞部２６０Ａ〜Ｅとドリフト管区分２８０Ａ〜Ｆとの間の空隙において切れ目を形成するため、ドリフト管区分幅２８２Ａ〜Ｆとは異なる。実施例において、空洞部幅２６２または２６８はドリフト管区分幅２８２Ａ〜Ｆより大きい。別の構成において、空洞部高さは、共振空洞部とドリフト管区分との間の空隙において切れ目を形成するため、ドリフト管区分高さとは異なる。実施例において、空洞部高さ２６４はドリフト管区分高さ２７４より高い。いくつかの実施例において、空洞部高さはドリフト管区分高さの距離の２倍である。

【0070】

ドリフト管区分幅２３２Ａ〜Ｆを実質的に変化させるため、ドリフト管区分のＲＦ場の共振周波数は、互いに異なり、共振空洞部の意図された周波数、利得、または帯域幅における最小限の効果で捕捉または寄生モードの利得を減少させる。ドリフト管区分幅の変化は、横モードのいくつかのＲＦ場が空洞部から放射するのを可能とし、こうして外部Ｑ値を減少させる。１つの実施例において、少なくとも２つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ａ及び２８２Ｂ、２８２Ｂ及び２８２Ｃ、２８２Ｃ及び２８２Ｄ、または２８２Ｄ及び２８２Ｅ）は、互いに実質的に異なり得る。実質的な変化または違いは、特定の要因により真空電子装置の製作公差を超える違いである（たとえば、製作公差の３または５倍）。概して、製作公差の超過は、装置を所定の仕様から外れて動作させる（たとえば、不適切に動作する）。互いに実質的な変化または違いを備えた２つの寸法は、互いに類似しない２つの寸法である（すなわち、製作公差の外側、または意図的に異なる）。

【0071】

構成において、少なくとも１つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は、別のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）より少なくとも０．３％大きい。１つの実施例において、異なるドリフト管区分幅を備えたドリフト管区分は、互いに隣接する（１つの共振空洞部により分離される）。たとえば、おおよそ２．８５６ＧＨｚで動作するように設計された５つの空洞部のＳ帯域ＳＢＫにおいて、共振空洞部及びドリフト管区分は、２．８５６ＧＨｚ入力信号を増幅するように構成されて良い。ドリフト管区分幅は、共振空洞部１から５、２６０Ａ〜Ｅの間で１６０ｍｍから１５０ｍｍへと変化し得る。ドリフト管区分または第１のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｄ）が１５３ｍｍの幅（たとえば、２８２Ｄ）を有する場合、次いで別のドリフト管区分または第２のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｃ）は、１５３ｍｍより少なくとも０．４６ｍｍ（０．３％）大きい幅（たとえば、２８２Ｃ）を有する（１５３．４６ｍｍまたはそれより大きい幅）。製作公差が±７６．２μｍ（１５２．４μｍの全許容差）である場合、次いで少なくとも０．４６ｍｍは製作公差の（たとえば、特定の要因の）少なくとも３倍である。別の実施例において、少なくとも１つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は、別のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）より少なくとも２％大きく、したがって、実施例に適用され、他のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は少なくとも１５６ｍｍである。別の実施例において、少なくとも１つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は別のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）の２倍より小さく、したがって、実施例に適用され、他のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は３０６ｍｍより小さい。別の実施例において、少なくとも１つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は、別のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）の１．５倍より小さく、したがって、実施例に適用され、他のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）は、２２９．５ｍｍより小さい。

【0072】

中空管構造が第３のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｂ）を含む実施例において、第３のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｂ）は、第１のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）及び第２のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）とは実質的に異なり得るものである（たとえば、少なくとも０．３％）。第３のドリフト管区分は、第１のドリフト管区分または第２のドリフト管区分から共振空洞部（たとえば、第４の共振空洞部２６０Ｂ）によって分離され得る。

【0073】

別の構成において、第１のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｃ）を備えた第１のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｃ）は、第１のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、ドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）を備えた第２のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｄ）は、第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、第１のドリフト共振ＲＦ場のピークは第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから第１のドリフト共振ＲＦ場のピークの少なくとも０．６％変化する。ここで、２つのドリフト管区分におけるＲＦ場は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードのための同じ指標ｍ、ｎ、及びｐ（すなわち、同じモード）を有する。ドリフト共振ＲＦ場ピークの違いは、ＴＥモード不安定性のような、モード不安定性に影響する横モードに適用できる。たとえば、おおよそ２．８５６ＧＨｚで動作するように設計されたＳ帯ＳＢＫの実施例を用いると、（他の寸法、パラメータ、及び特徴部が共振空洞部とドリフト管区分との間において類似するとき、）１５３．３ｍｍのドリフト管幅２８２Ｄを備えたドリフト管区分２８０Ｄは、ＴＥ₃₀₂モードのための４．０２５ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、１５０ｍｍのドリフト管区分幅２８２Ｅを備えたドリフト管区分２８０Ｅは、ＴＥ₃₀₂モードのための４．０７２ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成される。ドリフト管幅の変化によるピークドリフト共振ＲＦ場の間の違いは４７ＭＨｚであり、これは４．０２５ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場の１．１７％であり、これは第１のドリフト共振ＲＦ場のピークの少なくとも０．６％（すなわち、２４ＭＨｚ）である。別の実施例において、第１のドリフト共振ＲＦ場のピークは、第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから第１のドリフト共振ＲＦ場のピークの少なくとも０．２５％変化する。実施例にそのように適用し、１５０ｍｍのドリフト管区分幅２８２ＥがＴＥ₃₀₂モードのための４．０７２ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場を有する場合、ドリフト管区分幅２８２Ｄは、ドリフト管区分２８０ＤのＴＥ３０２モードのためのピークドリフト共振ＲＦ場が、４．０７２ＧＨｚから少なくとも１０ＭＨｚ（すなわち、０．２５％）異なるように選択される（すなわち、＞４．０８２ＧＨｚまたは＜４．０５２ＧＨｚ）。別の実施例において、第１のドリフト共振ＲＦ場のピークは、第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから第１のドリフト共振ＲＦ場のピークの少なくとも１％変化する。実施例にそのように適用すると、１５０ｍｍのドリフト管区分幅２８２ＥがＴＥ₃₀₂モードのための４．０７２ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場を有する場合、ドリフト管区分幅２８２Ｄはドリフト管区分２８０ＥのＴＥ₃₀₂モードのためのピークドリフト共振ＲＦ場が４．０７２ＧＨｚから少なくとも４１ＭＨｚ（すなわち、１％）異なるように選択される（すなわち、＞４．１１３ＧＨｚまたは＜４．０３１ＧＨｚ）。

【0074】

中空管構造が第３のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｂ）を含む実施例において、第３のドリフト管区分は、第３のドリフト共振周波数を生成するように構成され得る。第３のドリフト共振周波数は、第１のドリフト共振周波数から第３のドリフト共振周波数の少なくとも０．７％変化し、且つ第２のドリフト共振周波数から第３のドリフト共振周波数の少なくとも０．６％変化し得る。

【0075】

ピークドリフト共振ＲＦ場の間の違いは、記号的にさらに示され得る。数式１は閉止された矩形空洞部の横モードのための共振周波数を決定するために主に用いられるが、数式１はドリフト管区分の横モードのための共振周波数をいくつかの変更及び補正を備えた隣接する共振空洞部の開放端で近似するために使用されてもよい。それぞれのドリフト管区分の横モードのためのドリフト共振周波数は数式１で近似され得るものであり、ドリフト共振周波数のピークの間のドリフト共振周波数差が生成され得る。ドリフト管区分の間のドリフト管区分幅の変化は、ドリフト共振周波数差を生成し得る。実施例において、ドリフト共振周波数差は、それぞれの横モードにおいて少なくとも０．２５％である。別の実施例において、ドリフト共振周波数差はそれぞれの横モードにおいて少なくとも０．５％である。別の実施例において、ドリフト共振周波数差はそれぞれの横モードにおいて少なくとも１％である。

【0076】

先に示されて説明されたように、ドリフト管区分は、ドリフト管区分長さのそれぞれの端部において開口部を有し、したがって、数式１において「ｄ」によって示されるｚ方向に形成されたドリフト管区分の空隙または空洞部の長さは近似され、ドリフト管区分のそれぞれの端部の共振空洞部の形状または特徴部（凹特徴部またはバーベル特徴部）のために、補正係数が付加される。たとえば、第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数が、数式１８で近似され、第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数が数式１９により示され、デルタドリフト共振周波数が、数式２０により示される。

数式１８

数式１９

数式２０
ここでμ₁は複合透磁率であり、ε₁は第１のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₁はドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）であり、ｈ₁はドリフト管区分高さ（たとえば、２７４）であり、ｌ₁は第１のドリフト管区分のドリフト管区分長さ（たとえば、２８６Ｄ）、第１の共振空洞部の空洞部高さ（たとえば、２６４）の半分、第２の共振空洞部（たとえば、２６４）の空洞部高さの半分、並びに第１の共振空洞部、第１のドリフト管区分、及び第２の共振空洞部の特徴部のための補正係数の近似値であり、ｍ、ｎ、及びｐは横モードを示す非負整数であり、ｍ及びｎは共にゼロではなく、μ₂は複合透磁率であり、ε₂は第２のドリフト管区分における材料の体積の複合磁性誘電率であり、ｗ₂はドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｅ）であり、ｈ２はドリフト管区分高さ（たとえば、２７４）であり、ｌ２は第２のドリフト管区分のドリフト管区分長さ（たとえば、２８６Ｅ）、第２の共振空洞部の空洞部高さ（たとえば、２６４）の半分、第３の共振空洞部の空洞部高さ（たとえば、２６４）の半分、並びに第２の共振空洞部、第２のドリフト管区分、及び第３の共振空洞部の特徴部のための補正係数の近似値である。

【0077】

第１及び第２のドリフト管区分のための特徴部及び形状（すなわち、数式１８及び１９のパラメータ）がドリフト管区分幅を除いて類似する場合、数式１８〜１９は数式２１〜２２によってそれぞれ示され得る。

数式２１

数式２２

【0078】

ここで、μは複合透磁率であり、εはドリフト管区分における材料の体積の複合誘電率であり、ｗ₁は第１のドリフト管区分のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｄ）であり、ｗ₂は第２のドリフト管区分のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｅ）であり、ｈはドリフト管区分高さ（たとえば、２７４）であり、ｌは第１のドリフト管区分のドリフト管区分のドリフト管区分長さ（たとえば、２８６Ｂ〜Ｄ）、ドリフト管区分のそれぞれの端部における共振空洞部の空洞部高さ（たとえば、２６４）の半分、並びにドリフト管区分及びドリフト管区分のそれぞれの端部における共振空洞部の特徴部のための補正係数の近似値であり、ｍ、ｎ、及びｐは横モードを示す非負整数であり、ｍ及びｎは共にゼロではない。

【0079】

別の構成において、第１のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｄ）は、第１のドリフト帯域幅を備えた第１のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、第２のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｅ）は第２のドリフト帯域幅を備えた第２のドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、第１のドリフト共振ＲＦ場のピークが、第２のドリフト共振ＲＦ場のピークから、第１のドリフト負荷された帯域幅及び第２のドリフト負荷された帯域幅の和の少なくとも１．５倍変化し、ここで、ドリフト負荷された帯域幅は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードにおいて、共振周波数割る負荷されたＱ値（ｆ_O,mnp／Ｑ₁）で与えられる。たとえば、おおよそ２．８５６ＧＨｚで動作するように設計されたＳ帯ＳＢＫの実施例を用いると、１５３．３ｍｍのドリフト管区分幅２８２Ｄを備えたドリフト管区分２８０Ｄは、ＴＥ₃₀₂モードのための４．０２５ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場と、４．５ＭＨｚのドリフト負荷された帯域幅を与える９００の負荷されたＱ値と、を生成するように構成され、１５０ｍｍのドリフト管区分幅２８２Ｅを備えたドリフト管区分２８０Ｅは、（他の寸法、パラメータ、及び特徴部が共振空洞部とドリフト管区分との間で類似するとき、）ＴＥ₃₀₂モードのための４．０７１ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場と、４．８ＭＨｚのドリフト負荷された帯域幅を与える８４０の負荷されたＱ値と、を生成するように構成される。２つの共振周波数のピーク間の差は、４６ＭＨｚ（すなわち、４．０７１ＧＨｚ〜４．０２５ＧＨｚ）であり、これは１３．９５ＭＨｚより大きい（すなわち、２つのドリフト負荷された帯域和の１．５倍、１．５×（４．５ＭＨｚ＋４．８ＭＨｚ））。

【0080】

図５Ａ〜５Ｈは、ドリフト管区分２８０Ａ、２８０Ｅ、及び２８０Ｆが類似する幅を有する、ドリフト管区分に沿って一様な幅（たとえば、最小ドリフト管幅２７２）を備えた直方体形状を有するとき、ドリフト管区分２８０Ａ〜Ｆを示し、ドリフト管区分２８０Ｂ〜Ｄは、ドリフト管区分２８０Ｂから２８０Ｅへの減少ステップパターンにおける徐々により大きい幅を有する。他の実施例において、ドリフト管区分は、異なる形状（たとえば、非一様）とｙ方向及びｚ方向の両方における幅構成とを有し得る。図５Ｉ〜５Ｊは、ｚ軸に沿った変化を示す。図５Ｉは、上部断面図から見るときに実質的に台形または線形形状を形成するドリフト区分２９０Ａ〜Ｆにおけるドリフト管区分幅２８２Ａ〜Ｆのテーパを示す。図５Ｊは、上部断面図から見るときに、二重階段形状を形成するドリフト区分２９１Ａ〜Ｆにおけるドリフト管区分幅２８２Ａ〜Ｆのステップ機能部を示す。指数関数形状、多項式形状またはドリフト管区分の幅に沿った異なる形状の区分的組み合わせのような、他の機能部及び形状が使用されても良い。図６Ａ〜６Ｄは、２次、３次、４次、及び５次多項式の実施例を、それぞれ示す。他の次数の多項式が使用されても良い。図６Ｅは、例示的指数関数を示す。他の連続関数が使用されても良い。図６Ｆは指数関数を備えた線形関数の区分的組み合わせの実施例を示す。他の区分的組み合わせが使用されても良い。

【0081】

１つの構成において、少なくとも１つのドリフト管区分（たとえば、２９０Ｂ〜Ｄまたは２９１Ｂ〜Ｄ）は、互いに実質的に異なる少なくとも２つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｂ〜Ｅ）を有する。１つの実施例において、それぞれのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ａ〜Ｆ）は、ドリフト管区分高さ（たとえば、２７４）の少なくとも２倍である。別の実施例において、少なくとも１つのドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｂ〜Ｅ）はドリフト管区分内の他のドリフト管区分幅（たとえば、２８２Ｂ〜Ｅ）とは少なくとも０．３％異なる（たとえば、より大きい）。

【0082】

図７は、共振空洞部（または共振回路空洞部または共振回路空隙）３１０Ａ〜Ｅとドリフト管空隙３２０または３２０Ａ〜Ｆ、５つの空洞部ＳＢＫ、を含むマイクロ波空洞部３０２を示す。図８ＡはＳＢＫのマイクロ波空洞部組立体及び磁気回路の斜視図を示し、図８Ｂは、マイクロ波空洞部組立体１２０における共振空洞部３１０及びドリフト管空隙３２０と、ｙ−ｚ面におけるマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿って取られた断面を備えた磁気回路の斜視断面図を示す。図９は、共振空洞部構造３１２Ａ〜Ｅ及びマイクロ波空洞部組立体のドリフト管周りに巻かれたソレノイドコイル３４４Ａ〜Ｆを示す。先に説明したように、マイクロ波空洞部組立体１２０は、アノード端ポールピース（プレート）３３２（入力ボックスポールピースまたは電子銃側ポールピースとも称される）を備えた磁気リターン回路またはボックス１２２と、コレクタ端ポールピース（プレート）３３６（出力ボックスポールピースまたはコレクタ側ポールピースとも称される）と、マイクロ波空洞部組立体と熱交換器との間で冷媒を循環させるための冷却インタフェースまたは冷却アダプタ３４０と、ソレノイドコイルコネクタ３４２と、を含む。磁気リターンボックス１２２は出力導波管３４８の開口部をさらに提供し得る。アノード端ポールピース３３２はアノード３３４を含み得る。電子銃は、アノード３３４を介してマイクロ波空洞部組立体（すなわち、中空管構造はドリフト管区分及び共振空洞部を含む）に電気的に結合され得る。ポールピース３３２及び３３６は、共振空洞部構造３１２または３１２Ａ〜Ｅにより画定される共振空洞部３１０及びドリフト管３２２により画定されるドリフト管空洞部３２０または３２０Ａ〜Ｆによりマイクロ波空洞部組立体（図１０Ａ〜１０Ｊの３００）を支持し得る。マイクロ波空洞部組立体における電子ビームの収束を支援するために用いられる磁石または磁場収束組立体（たとえば、ソレノイドコイル３４４Ａ〜Ｆ（電磁石）、永久磁石、または電磁石及び永久磁石の組み合わせ）の一部は、ｘ−ｙ面においてドリフト管区分を少なくとも部分的に包囲し得る。

【0083】

図１０Ａ〜１０Ｊは、図３及び７〜９に示される５つの空洞部ＳＢＫの共振空洞部構造３１２Ａ〜Ｅと、ドリフト管区分３２４Ａ〜Ｆと、を示す。ｘ−ｙ面における入力共振空洞部３１０Ａの中心区分に沿った断面を備えたマイクロ波空洞部組立体３００の、図１０Ａは、正面斜視図を示し、図１０Ｂは側部斜視図を示し、図１０Ｉは正面断面図を示し、図１０Ｊは正面斜視断面図を示す。ｙ−ｚ面におけるマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿った断面を備えたマイクロ波空洞部組立体３００の、共振空洞部及びドリフト管空隙の、図１０Ｃは、斜視断面図を示し、図１０Ｄは側部断面図を示す。ｘ−ｚ面におけるマイクロ波空洞部組立体の中心区分に沿った断面を備えたマイクロ波空洞部組立体３００の、共振空洞部及びドリフト管空隙の、図１０Ｅは斜視断面図を示し、図１０Ｆは上部断面図を示す。図１０Ｇは、ｘ−ｙ面における第３の共振空洞部３１０Ｃの中心区分に沿った断面を備えたマイクロ波空洞部組立体３００の、共振空洞部及びドリフト管空隙の、正面断面図を示す。図１０Ｈは、ｘ−ｙ面における第２の共振空洞部３１０Ｂと第３の共振空洞部３１０Ｃとの間のドリフト管区分３２４Ｃの中心区分に沿った断面を備えたマイクロ波空洞部組立体３００における、共振空洞部及びドリフト管空隙の、正面断面図を示す。

【0084】

ＲＦ入力信号は、入力信号開口部３２８を介して第１の共振空洞部３１２Ａ（または入力共振空洞部または入力空洞部）内へと放出され得るものであり、増幅されたＲＦ出力信号は出力導波管３４８を通して最後の共振空洞部３１２Ｅ（または出力共振空洞部または出力共振空洞部）から供給され得る。技術的に知られた機構を用いて、それぞれの共振空洞部は正確な周波数へと調整され得る。共振空洞部３１２Ａ〜Ｅは、バーベル特徴部２４８を含む。他の実施例（図示せず）において、共振空洞部は、他のシートビーム形式の空洞部構成を有し得る。入力空洞部３１２Ａ及び出力空洞部３１２Ｅは、凹特徴部２４２を有し、中間共振空洞部３１２Ｂ〜Ｄは非凹特徴部２４４（すなわち、凹特徴部または非凹共振空洞部のない空洞部）を有する。

【0085】

共振空洞部構造３１２または３１２Ａ〜Ｅは、ｘ−ｚ面における共振空洞部の長さ及び幅に沿った共振空洞部の幅広い上方壁３１６Ａ〜Ｅ及び共振空洞部の幅広い下方壁３１７Ａ〜Ｅと、ｘ−ｙ面における共振空洞部の幅及び高さに沿った共振空洞部前端壁３１８Ａ〜Ｅ及び共振空洞部後端壁３１９Ａ〜Ｅと、ｙ−ｚ面における共振空洞部の長さ及び高さに沿った共振空洞部側壁または共振空洞部の狭い壁３１４Ａ〜Ｄと、を含む。共振空洞部の幅広い壁３１６Ａ〜Ｅまたは３１７Ａ〜Ｅは、空洞部幅（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）及び空洞部長さ（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）によって画定され、空洞部高さを画定する。共振空洞部端壁３１８Ａ〜Ｅまたは３１９Ａ〜Ｅは空洞部バーベル高さ（またはバーベル式特徴のない空洞部高さ）（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）及び空洞部幅（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）によって画定され、空洞部長さを画定し、ドリフト管空洞部３２０Ａ〜Ｆのための開口部を含み、ドリフト管区分３２４Ａ〜Ｆに結合する。共振空洞部の狭い壁３１４Ａ〜Ｄは空洞部バーベル高さ（またはバーベル式特徴部のない空洞部高さ）（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）及び空洞部長さ（それぞれの端部の壁の厚さ）によって画定され、空洞部幅を画定する。出力共振空洞部構造３１２Ｅは出力共振空洞部構造３１２Ｅを出力導波管３４８から分離する共振空洞部の幅広い壁３１６Ｅまたは３１７Ｅにおける切れ目のような絞りまたは開口部３１５を有し得る。他の実施例（図示せず）において、切れ目は、外部共振空洞部端壁３１８Ｅまたは３１９Ｅにおいて生じ得る。

【0086】

ドリフト管区分３２４Ａ〜Ｆは、ｘ−ｚ面においてドリフト管の長さ及び幅に沿ったドリフト管の幅広い上方壁３２６Ａ〜Ｆ及びドリフト管の幅広い下方壁３２７Ａ〜Ｆと、ｙ−ｚ面におけるドリフト管の長さ及び高さに沿ったドリフト管側壁またはドリフト管の狭い壁３２５Ａ〜Ｆと、を含む。ドリフト管の幅広い壁３２６Ａ〜Ｆまたは３２７Ａ〜Ｆはドリフト管区分幅３８２Ａ〜Ｆ（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）及びドリフト管区分空隙長さ（またはそれより短い）によって画定され、ドリフト管区分高さを画定する。ドリフト管の幅広い壁３２６Ａ〜Ｆまたは３２７Ａ〜Ｆは、長軸に沿った主壁と称されても良い。ドリフト管の幅広い壁３２６Ａ〜Ｆまたは３２７Ａ〜Ｆの比較的幅広いドリフト管区分幅３８２Ａ〜Ｆ及びドリフト管区分（及び装置及び空洞部構造も）において生成される高真空により、ドリフト管の幅広い壁が補強されまたはより厚い壁を有しても良い。いくつかの実施例において、補強材材料（すなわち、第２の材料）がドリフト管の幅広い壁において層状化されて良い。ドリフト管の狭い壁３２５Ａ〜Ｆは、ドリフト管区分高さ（加えてそれぞれの端部の壁の厚さ）及びドリフト管区分空隙長さ（またはそれより短い）によって画定され、ドリフト管区分幅３８２Ａ〜Ｆを画定する。ドリフト管の狭い壁３２５Ａ〜Ｆは長軸に沿った副壁と称されても良い。

【0087】

図１０Ｈはドリフト管の狭いまたは側壁３２５Ｃ〜Ｆの間の区分の間のドリフト管幅の変化２８６を示し、図１０Ｉはドリフト管の狭いまたは側壁３２５Ｂ〜Ｆの間の区分の間のドリフト管幅の変化３８４を示す。他の実施例（図示せず）において、様々なドリフト管の狭いまたは側壁３２５Ａ〜Ｆは、図５Ｉ〜５Ｊ及び６Ａ〜６Ｆにおいて示されたような異なる形式、表面、またはテクスチャを有してよい。

【0088】

従来、入力共振空洞部と中間共振空洞部との間のドリフト管区分の長さは、類似する。先に説明したように、出力共振空洞部と先行する共振空洞部（すなわち、最後から２番目の空洞部）との間のドリフト管区分長さは、出力信号を生成するため、真空電子装置の動作周波数の４分の１波長関数のように短くされ得る。

【0089】

実施例において、真空電子装置（たとえば、ＳＢＫ）の中空管構造は、少なくとも３つの共振空洞部（たとえば、入力共振空洞部または中間共振空洞部であり、出力共振空洞部ではない）と、少なくとも２つのドリフト管区分と、を含む。少なくとも２つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分は、少なくとも３つの共振空洞部の第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置され、少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分は、少なくとも３つの共振空洞部の第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置される。図５Ｅを参照すると、第１のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｃ）のドリフト管区分長さ（たとえば、２８６Ｃ）は、第２のドリフト管区分（たとえば、２８０Ｄ）のドリフト管区分長さ（たとえば、２８６Ｄ）とは実質的に異なる。構成において、第１のドリフト管区分のドリフト管区分長さは、動作周波数の１０分の１（１／１０）波長より短いままである一方で、第２のドリフト管区分のドリフト管区分長さより０．７％から１５％異なる（たとえば、より長い）。たとえば、第１のドリフト管区分長さ２８６Ｄが５５ｍｍである場合、次いで第２のドリフト管区分長さ２８６Ｃは５５．４ｍｍより長く（すなわち、第１のドリフト管区分長さより３９０μｍまたは０．７％長い）、６３．３ｍｍより短い（第１のドリフト管区分長さよりすなわち、８．２５ｍｍまたは１５％長い）。別の実施例において、第１のドリフト管区分及び第２のドリフト管区分のドリフト管区分長さの間の差は、製作公差（たとえば、２．８５６ＧＨｚの装置において７６．２μｍ、または製作公差の５倍の特定の要因において少なくとも０．３８１ｍｍの許容差）の特定の要因（たとえば、５倍）より大きく、動作周波数の１０分の１（１／１０）波長より小さい（例えば、約１．０５ｃｍ）。

【0090】

別の構成において、第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数は、数式１８で近似され、第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数は、数式１９によって示され、ドリフト共振周波数差は数式２０によって示され、ここで、デルタドリフト共振周波数は、共振周波数が動作周波数の２倍より小さく、カットオフ周波数の２倍より小さいそれぞれの横モードにおいて、少なくとも０．６％である。たとえば、おおよそ２．８５６ＧＨｚにおいて動作するように設計されたＳ帯ＳＢＫの実施例を用いると、５５ｍｍのドリフト管区分長さ２８６Ｄを備えたドリフト管区分２８０Ｄは、ＴＥ₃₀₂モードのための４．０３５ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成され、５６ｍｍのドリフト管区分長さ２８６Ｃを備えたドリフト管区分２８０Ｃは、ＴＥ₃₀₂モードのための４．０７２ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場を生成するように構成される（他の寸法、パラメータ、及び特徴は共振空洞部とドリフト管区分との間で類似するものとする）。ドリフト管区分２８０Ｄとドリフト管区分２８０Ｃとの間のピークドリフト共振ＲＦ場の間の差は、３７ＭＨｚであり、これは４．０３５ＧＨｚのピークドリフト共振ＲＦ場の０．９％、第１のドリフト共振ＲＦ場のピークの少なくとも０．６％（すなわち、２４．４ＭＨｚ）である。別の実施例において、ドリフト共振周波数差はそれぞれの横モードの少なくとも０．８％である。

【0091】

ドリフト管区分長さの変化は、隣接した共振空洞部の動作周波数を変化させ得る。隣接した共振空洞部の空洞部高さのような他の寸法及びパラメータは、隣接した共振空洞部のための類似の動作周波数を維持するために変更または変化し得る。

【0092】

別の実施例において、真空電子装置（たとえば、ＳＢＫ）の中空管構造は、少なくとも３つの共振空洞部と、第１の共振空洞部と第２の共振空洞部との間に配置された第１のドリフト管区分と、第２の共振空洞部と第３の共振空洞部との間に配置された第２のドリフト管区分と、を含む。少なくとも２つのドリフト管区分は、ドリフト管材料を含み得る。ドリフト管材料は中空管構造の残りの壁材料に類似し得る。第２のドリフト管区分は、第２のドリフト管区分の少なくとも１つの内壁（たとえば、ドリフト管の狭い壁３２５Ａ〜Ｆの副内壁またはドリフト管の幅広い壁３２６Ａ〜Ｆまたは３２７Ａ〜Ｆの主内壁）に沿って材料（たとえば、壁材料）を含み得る。いくつかの実施例において、少なくとも１つの内壁に沿った材料は、他の壁または残りの中空管構造（たとえば、他のドリフト管区分及び共振空洞部）の材料とは異なる材料であって良い。材料の電磁特性は、真空の透磁率及び誘電率とは実質的に異なる。電磁特性は透磁率または誘電率を含む。真空の透磁率または真空透磁率は、μ₀＝４π×１０^-7ニュートン毎アンペア２乗（Ｎ／Ａ²）≒１．２５６６３７０６１４×１０^-6Ｎ／Ａ²として示される。相対透磁率、μ_rは、μ_r＝μ／μ₀として示される特定の媒体、μの、真空透磁率、μ₀に対する透磁率の比である。真空透磁率とは実質的に異なる透磁率を有する材料は、室温（たとえば、２５℃）及び入力周波数において２０より大きい相対透磁率を有する。真空の誘電率または真空誘電率は、ε₀＝８．８５４１８７８１７６×１０−１２ファラッド毎メートル（Ｆ／ｍ）として示される。相対誘電率、ε_rは、ε_r＝ε／ε₀として示される、真空誘電率、ε₀に対する特定の媒体、εの誘電率の比である。真空誘電率とは実質的に異なる誘電率を有する材料は、室温（たとえば、２５℃）及び入力周波数において２より大きい相対誘電率を有する。

【0093】

別の構成において、第１のドリフト管区分の横モードのための第１のドリフト共振周波数は、数式１８で近似され、第２のドリフト管区分の横モードのための第２のドリフト共振周波数は、数式１９により示され、ドリフト共振周波数差は、数式２０により示され、ここで、ドリフト共振周波数差は、それぞれの横モードにおいて少なくとも０．６％である。別の実施例において、デルタドリフト共振周波数は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、カットオフ周波数の２倍より低いそれぞれの横モードにおいて少なくとも０．８％である。

【0094】

反射係数の変更による寄生空洞部Ｑ値の減少
第２の方法またはアプローチにおいて、捕捉または寄生モードにおけるさらなるＲＦ動力は、ドリフト管区分（たとえば、意図されない空洞部）からの放射を可能とする。外部Ｑ値、Ｑ_eは低下され、全Ｑ値、１／Ｑ_Tの逆数は、ドリフト管区分において増加され、これは振動のための閾値を増加させ、捕捉または寄生モードのための増加率を減少させる。

【0095】

伝達ライン理論から、ラインに沿ったインピーダンスの変化はラインにおける場伝播のいくらかの反射となる。反射係数（たとえば、電圧反射係数）、Γは、数式２３によって示され得る。

数式２３
ここでＺ₀は伝達ラインインピーダンスであり、Ｚはラインにおける外乱のインピーダンスを示す。矩形または直方体導波管（たとえば、ＳＢＫドリフト管区分または共振空洞部）において、ＴＥ_mnモードのためのインピーダンスＺ_w、mnは、数式２４で与えられる。

数式２４
ここでμは媒体または材料（たとえば、伝達媒体）の透磁率を示し、εは媒体または材料の誘電率を示し、ｆ_c、mnは空洞部と相互作用するＴＥ_mnモードのカットオフ周波数を示し、ｆは装置の入力または動作周波数を示す。伝達ラインが短く（Ｚ＝０）または開放（Ｚ＝無限大）伝達された場合、全ての場は反射され、反射係数、Γの大きさは１である。数式６を参照すると、空洞部インピーダンスは共振においてピークを有する。共振において、空洞部インピーダンス、Ｚ_n（ω）は完全に実数であり（すなわち、虚数要素なし）Ｑ_T×（Ｒ／Ｑ）に等しい。したがって、ドリフト管における伝播ＴＥモードが空洞部（たとえば、ドリフト管区分）において生じ得るとき、ＴＥモードのため大きな反射係数が共振近傍で生じ得る。伝播ＴＥモードに対する応答を変更するため、伝達ラインインピーダンス、Ｚ_w、mn、空洞部と相互作用するモードのための共振周波数、負荷されないＱ値、Ｑ_o、外部Ｑ値、Ｑ_e、または空洞部と相互作用するＴＥモードのためのＲ／Ｑのような様々なパラメータが変更され得る。

【0096】

ドリフト管空洞部は開放共振回路と類似の方式でモデル化されて良い。２つの共振空洞部からの反射は、共振器を形成する。共振のための関係を実現するため、数式２５で与えられる位相における関係は、おおよそ満たされるべきである。結果としての外部Ｑ値は、数式２６で与えられ、数式２５がおおよそ満たされるとき数式２７で示されるのとおおよそ同等である。

ここで、

数式２５

数式２６

数式２７
ここで、β_gはガイド波数であり、Γ₁は第１の共振空洞部における反射係数であり、Γ₂は第２の共振空洞部における反射係数であり、Ｌは共振回路の間の長さ（たとえば、中間点から中間点）であり、ｑは整数であり、ωは共振回路の入力または動作角周波数であり、μは媒体または材料の透磁率を示し、εは媒体または材料の誘電率を示し、ｆは入力または動作周波数であり、ｆ_cはカットオフ周波数であり、αは媒体の損失を示す定数（または真空の場合０）であり、Ｃは真空における光の速度である。反射係数がｌｎ｜Γ₁｜≒１−｜Γ₁｜またはｌｎ｜Γ₂｜≒１−｜Γ₂｜の一方に近似することに留意されたい。数式２５〜２７は導波管の端部における端部効果及び漏れ磁場のための近似であり、したがって、端部効果及び漏れ磁場を考慮するための補正係数が用いられる。Ｑ値の変化による差が数式２８で与えられる。

数式２８
ここでＱはＱ値（すなわち、第１のＱ値）であり、Ｑ’は別のＱ値（すなわち、第２のＱ値）であり、Γ₁は第１の共振空洞部における反射係数（すなわち、第１の共振空洞部における第１の反射係数）であり、Γ₂は第２の共振空洞部における反射係数（すなわち、第２の共振空洞部における第１の反射係数）であり、Γ’₁は第１の共振空洞部における別の反射係数（すなわち、第１の共振空洞部における第１の反射係数）であり、Γ’₂は第２の共振空洞部における別の反射係数（すなわち、第２の共振空洞部における第２の反射係数）である。

【0097】

シミュレーションデータ
ドリフト管区分幅のようなドリフト管区分（及び共振空洞部）の変化は、捕捉モードのための共振周波数を変化させることのみができず、これらの変化も反射係数を変化させ得る。シミュレーションデータは、ドリフト管区分及び共振空洞部の変化による効果（たとえば、共振周波数及び反射係数）を実証するために提供される。コンピュータシミュレーション（アンソフト高周波構造シミュレータ（ＨＦＳＳ）固有ソルバの空洞部の動作モード、ＴＭ₁₁₀モードの結果を含む）は、構造のために用いられる無酸素銅（ＯＦＣ）を用いて２．８５６ＧＨｚで動作するように意図された他の損失性材料を用いない、５つの空洞部シートビームクライストロン設計に基づく。第３の共振空洞部２１０Ｃの寸法は、２．７９３ＧＨｚの共振周波数を生成するために調整され、第４の共振空洞部２１０Ｄの寸法は、２．８９５ＧＨｚの共振周波数を生成するために調整される（すなわち、共振空洞部は、ＴＭ₁₁₀モードのための空洞部高さ２１４Ａまたは２１４Ｅの変化においておおよそ４０から４５ＭＨｚ毎ｍｍ変化する）。空洞部高さ２１４Ａは、シミュレーションに用いられる異なる構成において周波数が顕著に変化しないように変えられた。比較のためシミュレーションに用いられる基本ドリフト管区分２３０Ａ〜２３０Ｆの寸法は、第３の共振空洞部２１０Ｃ及び第４の共振空洞部２１０Ｄにおいて得られた計測による、１５０ｍｍのドリフト管幅２２２及び９ｍｍのドリフト管高さ２２４を有する。（共振空洞部２１０Ａ〜Ｄの中間点によって定義された）ドリフト管区分空隙長さ２３６Ｂ〜Ｄは、（最後から２番目の空洞部２１０Ｄから最後の空洞部２１０Ｅまでの離間の間の中間点によって定義される）ドリフト管区分空隙長さ２３６Ｅがより短いのを除いて５６ｍｍである。シミュレーションＡ及び構成Ａにおいて、第３の共振空洞部２１０Ｃ（第３の空洞部または空洞部３）は、５２．１５７ｍｍの空洞部高さ２１４Ａ及び８２．０８９ｍｍのバーベル高さ２１５、を有し、第４の共振空洞部２１０Ｄ（第４の空洞部または空洞部４）は、５０．２０５ｍｍの空洞部高さ２１４Ａ及び７４．３５９ｍｍのバーベル高さ２１５Ｄを有し、第３及び第４の空洞部２１０Ｃ〜Ｄは、９ｍｍの空洞部長さ２１６及び６ｍｍの凹隙間長さ２１７を備えた凹部形式構造を有する。第３及び第４の空洞部のための負荷されないＱ値、Ｑ_Oは、それぞれ５２７０及び５３１０であり、Ｒ／Ｑはおおよそ１１．５（Ω）である。シミュレーションＢ及び構成Ｂにおいて、第４の空洞部はシミュレーションＡに類似し、第３空洞部は凹構造及び７ｍｍの空洞部長さ２１６、５６．５４９ｍｍの空洞部高さ２１４Ａ、及び９９．０ｍｍのバーベル高さ２１５なしで再設計された。第３の空洞部のための負荷されないＱ値、Ｑ_Oは４８８０であり、Ｒ／Ｑはおおよそ９．５Ωであった（凹構造なし）。シミュレーションＣ及び構成Ｃのため、第３の空洞部２１０Ｃは、５２．２３１ｍｍの空洞部高さ２１４Ａと８２．０８９ｍｍのバーベル高さ２１５とを有し（シミュレーションＡと類似）、第４の共振空洞部２１０Ｄは、５０．２２０ｍｍの空洞部高さ２１４Ａと７４．３５９ｍｍのバーベル高さ２１５Ｄとを有し（シミュレーションＡと類似）、第３及び第４の空洞部２１０Ｃ〜Ｄは９ｍｍの空洞部長さ２１６及び６ｍｍの凹隙間長さ２１７を備えた凹部形式構造を有する。第３及び第４の空洞部２１０Ｃ〜Ｄの間のドリフト管区分２３０Ｄのドリフト管区分幅２２２は１５３．３ｍｍに変更された。第３及び第４の空洞部のための負荷されないＱ値、Ｑ_Oは、それぞれ５２５０及び５３１０であり（シミュレーションＡと類似）、Ｒ／Ｑはおおよそ１１．５Ωだった（シミュレーションＡと類似）。隙間結合係数、Ｍは、シミュレーションＡ〜Ｃにおいておおよそ０．８だった。凹空洞部から非凹空洞部への第３の空洞部２１０Ｃの変更及びドリフト管区分幅の変更の結果の負荷されないＱ値、Ｑ_O及びＲ／Ｑの最も大きい変化は、共振空洞部のための負荷されないＱ値、Ｑ_O及びＲ／Ｑにおいて無視できる影響を有した。

【0098】

反射係数は、コンピュータシミュレーション技術（ＣＳＴ）タイムドメインソルバを用いてドリフト管区分２３０Ｄの一端において信号を送信することによって計算され、これは共振空洞部２１０Ｄへと伝播された。４つの異なるモード、ＴＥ₁₀、ＴＥ₂₀、ＴＥ₃₀、及びＴＥ₄₀は導波管内へと放出され、ドリフト管区分２３０Ｄを示す。図１１Ａ〜１１Ｅは、異なる共振空洞部及びドリフト管構成から反射された様々な放出されたモードにおける周波数に対する反射係数の大きさのグラフを示す。図１１ＡはＴＥ₁₀の反射係数の大きさを示す。図１１ＢはＴＥ₂₀の反射係数の大きさを示す。図１１ＣはＴＥ₃₀の反射係数の大きさを示し、図１１Ｄは図１１Ｃの拡張されたプロット図を示す。図１１Ｅは、ＴＥ₄₀の反射係数の大きさを示す。Ｃａｖ３凹部は構成Ａからの第３の空洞部を示し、Ｃａｖ４凹部は構成Ａからの第４の空洞部を示し、Ｃａｖ３非凹部は構成Ｂからの第３の空洞部を示し、Ｃａｖ３凹部１５３．３ｍｍは構成Ｃからの第３の空洞部を示す。Ｃａｖ３凹部プラス１ｍｍは１ｍｍ増加された（たとえば、構成Ｄにおいて５２．１５７ｍｍから５３．１５７ｍｍへと）空洞部高さ２１４Ａを有する第３の空洞部２１０Ｃを示すが、他において構成Ａと類似する。異なる結果に示されるように、反射係数は周波数に強い依存性を有する。概して、凹特徴部を備えた共振空洞部は（凹特徴部のない共振空洞部と比較して）より高いＲ／Ｑ及び負荷されないＱ値、Ｑ_Oをより広いピークと同様に有するが、これはより大きい周波数帯に亘る凹部空洞部反射を意味する。構成Ｄにおいて、空洞部の空洞部高さが１ｍｍシフトされて増加される場合、反射係数のピークが生じるが、空洞部高さの変化は、さらに動作モードの共振周波数を２．７９３ＧＨｚから２．７５２ＧＨｚへと変化させる（４１ＭＨｚの変化及び他のパラメータにおける小さな影響を有する）。図４Ｄに示されるように、構成Ｃにおいて、ドリフト管区分幅２２２の変化は、反射係数のピークが生じるところにおいてわずかにシフトも生じさせる（すなわち、減少）。凹構造のない第３の空洞部において最も大きい効果は、構成ＢにおけるようにＲ／Ｑ及びＱ_Oが反射係数の大きさにおけるわずかな変化と共に変更された（すなわち、減少）ことであった。

【0099】

図１１Ａ〜１１Ｅに示されて上述された結果から、共振空洞部は、特定の周波数帯に亘り導波管内へと放出されたＴＥモードからのほとんどの入力場を反射する。これらの周波数における反射は、反射係数の大きさが周波数から独立したものである（無視できる抵抗性損失及びカットオフ以上の導波管とみなせる）ことを除いて、導波管の端部における開放またはショートの配置に類似する。数式１との関係において述べたように、矩形空洞部は、導波管の端部において導電体を配置することによって形成される。しかしながら、インピーダンスの変化により、反射は空洞部から生成され得る。矩形導波管の端部において空洞部が配置された場合、別の空洞部が形成される（すなわち、ドリフト管区分）。構造のための意図されない空洞部は、意図されない空洞部または共振空洞部の間のドリフト管区分によって形成される。

【0100】

図１２または表１は、以下でより詳細に説明されるように、（ＧＨｚにおける）共振周波数と、（Ｃｕのための）負荷されたＱ値、Ｑ_lと、共振空洞部における中間区分（ドリフト管区分空隙長さ２３６Ｄ及び空洞部高さ２１４Ａによって定義される）を用いたドリフト管区分の計算された共振周波数と、共振空洞部における中間区分及び端部区分（バーベル特徴部及びバーベル高さ２１５及び２１５Ｄによって定義される）を用いたドリフト管区分の計算された共振周波数と、を含む共振空洞部及びドリフト管区分の異なる構成の結果を示す。表１において、サンプルまたはケース１〜６は意図された空洞部または共振空洞部において動作するＴＭ₁₁₀モードのための様々な結果を要約する。サンプルまたはケース７〜１５は、共振空洞部のドリフト管区分及び異なる配列によって形成された意図されない空洞部において動作するＴＥ₃₀₂モードのための結果を提供する。共振空洞部のために負荷されたＱ値、Ｑ_lを計算するために、銅及びＲＦ動力がドリフト管区分に含まれないと仮定されたシミュレーションは、（シミュレーション境界に対してドリフト管開放の端部において完全に適合された層（ＰＭＬ）境界を用いて）バックグラウンドシミュレーションドメインに吸収された。

【0101】

図１１Ａ〜１１Ｅから示されるように、特定のモードのための空洞部との共振近くの高反射係数を備えたモードは、ドリフト管空洞部に高Ｑ値（Ｑ）を持たせ得る。反射係数の大きさの最も大きい値は、ピークの大きさである。表１（図１２）に示されるように、１２００のオーダーの及びそれより上のＱは（ＴＥ₃₀₂モードにおいて）公称値とみなされ得る。モードの反射係数の低下は、Ｑ値を減少させる。Ｑ値の少なくとも３３％の差を有するため、Ｑはドリフト管共振において８００より低くされる必要があり、これはＱ値の３３％のパーセント差を与える実施例において好適となる。３．５の実験定数（α）と共に数式２６または２７を用いて、反射係数はＱ値がおおよそ８００（Ｑ〜８００）または１２００より低くなるまで変更され得る。反射係数の積（すなわち、Γ₁×Γ₂）がおおよそ０．９７（０．０９８５×０．９８５＝０．９７）である場合、Ｑ値はおおよそ８００である。反射係数の積すなわち０．９７は、Ｑの、１０００からの２０％の変化、及び１２００からの３３．３％の変化を示す。０．９８５の反射係数は、−０．１３ｄＢの反射係数としても示され得る。０．９８×０．９８（−０．１７６ｄＢ）の反射係数の積は、Ｑを〜６００に低減させ、０．９７５×０．９７５（−０．２２ｄＢ）の反射係数の積は、Ｑを〜５００に低減させ、０．９７×０．９７（−０．２６５ｄＢ）の反射係数の積は、Ｑを〜４００に低減させることに留意されたい。反射係数が比較的固定されて維持される場合、Ｑ値は周波数またはドリフト管区分長さの変化に対してかなり感度が低い（すなわち、感度は主に数式２８において示された１／（１−Γ₁Γ₂）要素から）。

【0102】

少なくとも３つの共振空洞部と少なくとも２つのドリフト管区分とを含む真空電子装置の中空管構造を備えた実施例において、それぞれの横モードのための少なくとも２つのドリフト管区分からの反射係数のピークの大きさは、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードの少なくとも１つのドリフト管区分のための横モードのドリフト共振周波数において０．１３ｄＢより小さい。

【0103】

少なくとも３つの共振空洞部と少なくとも２つのドリフト管区分とを含む真空電子装置の中空管構造を備えた実施例において、ドリフト管区分のそれぞれの端部における２つの共振空洞部からの反射係数の大きさのピーク積（または反射係数の積）は、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い横モードの少なくとも１つのドリフト管区分のための横モードにおいて０．９７より小さい。

【0104】

ケース１０は、構成Ａを用いた意図されない空洞部２３０ＤのためのＴＥ₃₀₂モード（すなわち、寄生モード）のシミュレーションの結果を提供する。シミュレーションにおいて、電場（Ｅ場）のｙ成分（すなわち、ｙ軸に沿った）は、ドリフト管壁に向かって存在する電子を跳ね返すように機能する。ケース１０の場合、シミュレーションは、構造のために銅が用いられたときに、４．０７２ＧＨｚの共振周波数と１０００の負荷されたＱ値（１／Ｑ_O＋１／Ｑ_e）^-1とを与える。大きなＱ値（すなわち、１０００）は、意図しない空洞部がドリフト管区分によって形成され、（電子ビームを介して）モード内へと結合された動力のために成長する可能性を有することを示す。ケース１０負荷されたＱ値（すなわち、おおよそ１０００）は、それらの動作モード（すなわち、ＴＭ₁₁₀モード）における共振空洞部のための品質要因（すなわち、おおよそ５０００）と同じオーダーである。構成Ａにおけるドリフト管区分のための共振周波数のおおよその予想は、数式１を用いて近似されまたは推定され得る。ドリフト管区分幅２２２は、「ａ」の寸法を提供し、ドリフト管区分高さ２２４は「ｄ」の寸法を提供する。「ｄ」において、ドリフト管区分空隙長さ２３６Ａ〜Ｆは、それぞれの共振空洞部のための空洞部高さ２１４Ａの半分と同様に使用され得る。ケース１０において中間区分（すなわち、空洞部高さの半分）を用いるドリフト管区分２３０Ｄの計算された共振周波数は、４．１００ＧＨｚである。ＲＦ場のいくつかも、共振空洞部の側部部分または領域（すなわち、バーベルエリア）内へと入る。共振周波数のわずかに、より正確な予想は、上の計算を繰り返しつつも９３％の空洞部高さ計算及び側部領域による７％を含むことによって計算され得るものであり（公式は経験的に発見された）、共振周波数４．０６７ＧＨｚを与える。中間区分を用いたドリフト管区分の計算された共振周波数（Ｃａｌｃ． Ｒｅｓ． Ｆｒｅｑ． Ｕｓｉｎｇ Ｍｉｄ． Ｓｅｃｔｓ．）及び中間及び端部区分を用いたドリフト管区分の計算された共振周波数（Ｃａｌｃ． Ｒｅｓ． Ｆｒｅｑ． Ｕｓｉｎｇ Ｍｉｄ． ａｎｄ Ｅｎｄ Ｓｅｃｔｓ．）も、ケース７〜９及び１１〜１５において生成され得る。

【0105】

ケース１は、構成Ａにおける第３の共振空洞部のための結果を提供し、ケース２は構成Ａにおける第４の共振空洞部のための結果を提供する。ケース３は、構成Ｂにおける第３の共振空洞部のための結果を提供する。ケース４は構成Ｃにおける第３の共振空洞部のための結果を提供し、ケース５は構成Ｃにおける第４の共振空洞部のための結果を提供する。ケース６は構成Ｄにおける第３の共振空洞部のための結果を提供する。

【0106】

ケース７（すなわち、構成Ｅ）は、第３及び第４共振空洞部の間のドリフト管区分のための結果を提供し、第３及び第４共振空洞部は、構成Ａにおける第３の共振空洞部のための類似の寸法を有する。ＴＥ₃₀₂モードのケースにおいて（すなわち、ケース７〜１５）、ケース７は最も高い負荷されたＱ値、Ｑ_l（すなわち、１５５０）を有する。図１１Ｄによって示されるように、ＴＥ₃₀₂モードの共振周波数が生じ、ここで意図しない空洞部の端部を形成する共振空洞部における反射係数が最も大きい。ケース８（すなわち、構成Ｆ）は、第３及び第４の共振空洞部の間のドリフト管区分のための結果を提供し、ここで第３及び第４の共振空洞部の両方は、構成Ｄにおける第３の共振空洞部と類似の寸法を有する。

【0107】

ケース８は寄生モード（すなわち、ＴＥ₃₀₂モード）のための共振周波数のみを１５ＭＨｚ変化させるが（すなわち、ケース７及び８から４．０４７〜４．０３２ＧＨｚ）、動作モード（すなわち、ＴＭ₁₁₀モード）共振周波数を４１ＭＨｚ変化させる（すなわち、ケース１及び６から２．７９３〜２．７５２ＧＨｚ）。ケース８によって示されるように、共振周波数における小さな移動は、負荷されたＱ値、Ｑｌをわずかにシフトさせる（すなわち、１５５０から１３００へ）。

【0108】

ケース９（すなわち、構成Ｇ）は、第３及び第４の共振空洞部の間のドリフト管区分のための結果を提供し、第３及び第４の共振空洞部の両方は、凹構造なしの構成Ｂにおける第３の共振空洞部と類似した寸法を有する。ケース９において、共振周波数は、より大きい空洞部高さ（すなわち、おおよそ５２．１５７ｍｍの代わりに５６．５４９ｍｍ）により８２ＭＨｚ（すなわち、４．０４７〜３．９６５ＧＨｚ）変化する。図１１Ｄから、ドリフト管区分のための反射係数ピークのピークは、（少なくとも０．１５ｄＢ）低下され、２７０の負荷されたＱ値を顕著に低下させる。

【0109】

先に説明したように、ケース１０は、構成Ａを用いて第３及び第４の共振空洞部の間のドリフト管区分に対する結果を提供する。

【0110】

ケース１１は、構成Ｄを用いて第３及び第４の共振空洞部の間のドリフト管区分に対する結果を提供し、これは第３の空洞部に対して空洞部高さに付加された１ｍｍを備えたケース１０に類似する。特に意図された空洞部または共振空洞部の共振周波数の変化（すなわち、ケース１と６との間の４１ＭＨｚ＝２．７９３−２．７５２ＧＨｚ）と比較したときに、ドリフト管区分の共振周波数の小さな変化のみ（すなわち、８ＭＨｚ＝４．０６７−４．０５９ＧＨｚ）が生じる。ケース１１は、反射係数の変化のため、負荷されたＱ値（すなわち、１０００）ケース１０と比較して、下方の負荷されたＱ値（すなわち、８００）を有する。

【0111】

ケース１２（すなわち、構成Ｈ）は、ケース１１と類似するが、凹構造のない第３の空洞部により４．０２３ＧＨｚの共振周波数及び１７０の負荷されたＱ値となる。反射係数をオフセットすることによって（すなわち、少し反射係数において重ねる）、負荷されたＱ値が低下される。

【0112】

ケース１３に対して（すなわち、構成Ｉ）構成Ｈが使用されたが、ドリフト管区分空隙長さ（すなわち、共振空洞部の間の距離）は１ｍｍから５５ｍｍ低減した。ドリフト管区分空隙長さの変化は、１７ＭＨｚ（ケース１２及び１３の間で４．０４０〜４．０２３ＧＨｚ）の共振周波数を増加させたが、これはさらに負荷されたＱ値を１５０に低下させた。より低い負荷されたＱ値は、部分的にＲＦ場またはエネルギーが、第４の空洞部において増加された反射係数から得られたよりも第３の空洞部から消失されたことによるものである。

【0113】

ケース１４は、構成Ｃを用いる第３及び第４の共振空洞部の間のドリフト管区分に対する結果を提供する。ケース１４において、構成Ｃは構成Ａに類似するが、２つの共振空洞部の間のドリフト管区分幅は、３．３ｍｍ増加される。ドリフト管区分幅における小さな変化は、４７ＭＨｚの共振周波数の変化となる（すなわち、ケース１０及び１４の間で４．０６７〜４．０２０ＧＨｚ）。先に説明したように、固定された電子ビームに対して、ドリフト管区分幅の変化は、真空電子装置（たとえば、クライストロン）の他のパラメータにおいて無視できる（すなわち、かなり小さい）影響を有し、ドリフト管区分幅の変化を、ドリフト管区分によって形成された意図されない空洞部の周波数を変化させるためにかなり効率的な方法とする。ケース１４において、共振周波数の４７ＭＨｚの変化は、１０００から９００へと向かうＱ値におけるわずかな減少となる。

【0114】

ケース１５において（すなわち、構成Ｊ）、構成Ｈが用いられるが、第３の空洞部２０１Ｃの入力側におけるドリフト管区分２３０Ｃ（ドリフト管区分２３０Ｄによって形成される意図されない空洞部の部分ではない）は、１５３．３ｍｍに変えられた（すなわち、３．３ｍｍ増加した）。ドリフト管区分の共振周波数は（４．０６７ＧＨｚにおいて）ほとんど変化しなかったが、Ｑ値は１０００から８４０に変化した。より低い負荷されたＱ値のケース（たとえば、ケース９、１２、及び１３）に対するＥ場の大きさ、ＲＦ場はドリフト管区分によって形成された意図しない空洞部から放射する。意図しない空洞部（すなわち、ドリフト管区分）の端部におけるドリフト管区分の間の反射係数の変化は、ＲＦ場がドリフト管区分から放射するのを可能ともし、全Ｑ値を低下させるのに有用となり得る。示されるように、構造的変化の変化は、ドリフト管区分の共振周波数を変化させるためになされ得る。

【0115】

表１から示されたように（たとえば、ケース１３）、空洞部の間のドリフト管区分空隙長さにおける変化は、共振周波数にも影響する。しかしながら、ドリフト管区分空隙長さの変化は、意図されたクライストロン（たとえば、共振空洞部）の動作も変更し得る。凹構造から非凹構造へと変更するような空洞部設計の変更は、共振周波数も変化させる。非凹部構造の効果は、（類似する共振周波数を生成するための）異なる空洞部高さによるものであった。しかしながら、非凹部空洞部は、Ｒ／Ｑ及び負荷されないＱ値、Ｑ_Oも低減した。１より大きい相対誘電率または透磁率を有する材料の付加は、共振周波数を変化させ、または共振周波数に影響を与え得る。しかしながら、真空電子装置における異なる材料の使用は、特に寸法がより小さいより高い周波数において製造をより困難とし得る。

【0116】

説明された構造及び設計パラメータは、捕捉モードにおける利得を減少すべくドリフト管区分が互いに有する周波数の重なりを減少させるためにドリフト管区分によって形成された意図されない空洞部の共振周波数を変化させ得るものであり、これは、ドリフト管がカットオフではない複数の空洞部を備えたシートビームクライストロンの設計において有益となり得る。説明したように、多くの機構及び構造はドリフト管区分の共振周波数を変化させ得る。たとえば、ＳＢＫにおいて、意図されたクライストロン動作（たとえば、共振空洞部の共振周波数）において最小の効果を有する変化の１つは、ドリフト管区分幅を変化させる。これに加え、またはこれとは別に、空洞部幅の変化または凹部または非凹部特徴部の間の切り替えのような共振空洞部の形状の変化、またはドリフト管区分空隙長さの変化は、ドリフト管区分の共振周波数も変化させ得る（しかし、他のパラメータへの変化はドリフト管区分幅の変化より顕著となり得る）。これらの他の変化は意図されたクライストロンの性能に影響し得るが、クライストロンの設計に基づいた受け入れ可能なトレードオフとなり得る。

【0117】

説明された技術（たとえば、コンセプト、原理、機構、構造、特徴、パラメータ、方法、システム、及び装置）は、ＴＥモード不安定性の影響を減少し、最小化し、低減し、またはある場合において排除し得るものであり、これはシートビームクライストロンの機能が低下された有益性を有する。ＳＢＫをＲＦ源として使用する利点は、増加された表面エリアのため低減されたエネルギー及び熱密度から、ビームがより幅広くなるときに可能な低減された電流密度、低減された磁場、カソード負荷及び低減された電流密度に起因するいくらかの不安定性の減少、及び、より低い装置コストの可能性を生じさせることにある。説明された技術を用いることは、これらの利点の実現を支援する。

【0118】

説明された構造、特徴、及びパラメータは、シートビームクライストロンを用いて示されたが、類似した技術、構造、特徴、及びパラメータが拡張相互作用クライストロン（ＥＩＫ）及び相対論的クライストロン増幅器（ＲＫＡ）のような他の真空電子装置の寄生モードの抑制を支援するために使用されても良い。

【0119】

コンセプトが特定の実施例（たとえば、特定の周波数）に適用されたが、技術はより一般的であり、特定の実施例において説明されたパラメータの多くに依存しない。技術は、装置の周波数に依存せず、任意の周波数帯に亘り、特にマイクロ波帯において実現され得る。技術は、使用されてきた収束磁場形式に限られず、電磁石（たとえば、ソレノイド）、永久磁石、及び周期磁石形式の収束の両方で使用され得る。示されるように、シートビーム装置において、ドリフト管区分幅は他のパラメータにおける小さいまたは無視できる影響で変更され得る。形状を示す実施例は、必ずしも最適ではないが、説明のため用いられる。同様に、意図されない空洞部の共振周波数の変化は、空洞部壁を変更するというよりはむしろ共振周波数を変化させるためにドリフト管区分における１より大きい透磁率または誘電率を有する材料を配置することによってさらに得ることもできる。しかしながら、加えられた付加的な材料は製造をより困難且つ高価にし得る。ドリフト管区分における材料による共振周波数の変化は、数式１における透磁率及び誘電率の依存性で確認することによって見られ得る。幅ａ、または長さｄを変化させる代わりに、μ及び／またはεに影響を与えるために材料を変化し得る。説明された技術は、シートビームでもあり得る複数の拡張された相互作用式空洞部のために使用され得る。

【0120】

ＳＢＫ設計のような真空電子装置設計の間、ドリフト管区分幅またはドリフト管区分長さは上述の記載にしたがって変更され得る。

【0121】

実施例において、横電気モード不安定性を減少させるための中空管手段を備えた真空電子装置は、電子ビームを用いて信号を増幅するための少なくとも２つの共振空洞手段であってそれぞれの共振空洞手段が長軸に沿った空洞部幅と短軸に沿った空洞部高さと伝播軸に沿った空洞部長さとを含み、長軸が短軸に対して実質的に直交する少なくとも２つの共振空洞手段と、少なくとも２つの共振空洞手段を分離するための少なくとも１つのドリフト管区分手段であって、それぞれのドリフト管区分手段が長軸に沿ったドリフト管区分幅と短軸に沿ったドリフト管区分高さと伝播軸に沿ったドリフト管区分長さとを含み、空洞部高さがドリフト管区分高さより高い、少なくとも１つのドリフト管区分手段と、少なくとも１つのドリフト管区分手段の第１のドリフト管区分手段であって、少なくとも２つの共振空洞手段の第１の共振空洞手段と第２の共振空洞手段との間に配置された第１のドリフト管区分手段と、中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段及び少なくとも２つのドリフト管区分手段を含むときにおける少なくとも３つの共振空洞手段の第２の共振空洞手段と第３の共振空洞手段との間に配置された少なくとも２つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分手段と、少なくとも１つのドリフト管区分手段における捕捉モードの振動を低下させるための少なくとも１つのドリフト管区分手段における捕捉モードの周波数を変化させるための手段、または少なくとも１つのドリフト管区分手段から捕捉モードの無線周波数（ＲＦ）場を放射するための少なくとも２つの共振空洞手段の捕捉モードの反射係数を変更するための手段と、を含む。

【0122】

中空管手段の実施例は、シートビームクライストロンと、相対クライストロンと、拡張相互作用クライストロンと、を含む。横電気モード不安定性を緩和するための中空管手段の実施例は、図５Ａ〜５Ｉ、７〜９、１０Ａ〜１０Ｊの部分、及び上述のような関連した構造及び特徴部を含む。

【0123】

電子ビームを用いて信号を増幅するための共振空洞手段の実施例は、２６０Ａ〜Ｅ、３１０Ａ〜Ｅ、３１２Ａ〜Ｅ、及び上述のような関連した構造及び特徴部を含む。

【0124】

共振空洞手段を分離するためのドリフト管区分手段の実施例は、２８０Ｂ〜Ｅ、２９０Ｂ〜Ｅ、２９１Ｂ〜Ｅ、３２０Ｂ〜Ｅ、３２４Ｂ〜Ｅ、３２５Ｂ〜Ｅ、３２６Ｂ〜Ｅ、３２７Ｂ〜Ｅ、及び上述のような関連した構造及び特徴部を含む。

【0125】

ドリフト管区分手段において捕捉モードの振動を低下させるためのドリフト管区分手段における捕捉モード（たとえば、横電気モード）の周波数を変化させるための手段の実施例は、様々なドリフト管幅２８２Ｂ〜Ｅと、図５Ｉ〜Ｊ及び６Ａ〜Ｆにおいて示された非一様な幅と、様々なドリフト管区分長さ２８６Ｂ〜Ｄと、少なくとも１つの内壁（たとえば、ドリフト管の幅広い壁３２６Ｂ〜Ｅまたは３２７Ｂ〜Ｅのドリフト管の狭い壁３２５Ｂ〜Ｅまたは主内壁副内壁）に沿った異なる壁材料と、上述のような関連した構造及び特徴部と、を含む。

【0126】

ＲＦ場をドリフト管区分手段から放射するための共振空洞手段の反射係数を変更するための手段及びドリフト管区分手段のＱ値（たとえば、負荷されたＱ値）を低下させるための手段の実施例は、非凹特徴部２４４と、様々なドリフト管幅２８２Ｂ〜Ｅと、図５Ｉ〜Ｊ及び６Ａ〜Ｆにおいて示された非一様な幅と、様々なドリフト管区分長さ２８６Ｂ〜Ｄと、少なくとも１つの内壁（たとえば、ドリフト管の狭い壁３２５Ｂ〜Ｅの副内壁またはドリフト管の幅広い壁３２６Ｂ〜Ｅまたは３２７Ｂ〜Ｅの主内壁）に沿った異なる壁材料と、上述のような関連した構造及び構造部と、を含む。

【0127】

別の実施例において、少なくとも１つのドリフト管区分手段において捕捉モードの周波数を変化させるための手段または少なくとも２つの共振空洞手段の捕捉モードの反射係数を変更するための手段は、中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段と少なくとも２つのドリフト管区分手段とを含むときに第２のドリフト管区分手段のドリフト管区分幅とは実質的に異なる第１のドリフト管区分手段のドリフト管区分幅、または少なくとも１つのドリフト管区分の第２のドリフト管区分幅とは実質的に異なる少なくとも１つのドリフト管区分の第１のドリフト管区分幅、または中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段と少なくとも２つのドリフト管区分手段とを含むとき、第２のドリフト管区分手段のドリフト管区分長さとは実質的に異なる第１のドリフト管区分手段のドリフト管区分長さであって、第１のドリフト管区分手段及び第２のドリフト管区分手段は、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管ではない、第１のドリフト管区分手段のドリフト管区分長さ、または中空管手段が少なくとも３つの共振空洞手段と少なくとも２つのドリフト管区分手段とを含むとき、第２のドリフト管区分手段の少なくとも１つの内壁に沿った壁材料を含む少なくとも２つの第２のドリフト管区分手段であって、壁材料の電磁特性は、真空及び中空管手段の残りの壁材料の透磁率及び誘電率とは実質的に異なる少なくとも２つの第２のドリフト管区分手段、とを含む。

【0128】

別の実施例において、少なくとも１つのドリフト管区分手段における捕捉モードの周波数を変化させるための手段は、第１のドリフト共振捕捉ＲＦ場を生成するための第１のドリフト管区分手段と、第２のドリフト共振捕捉ＲＦ場を生成するための第２のドリフト管区分手段と、共振周波数が動作周波数の２倍より低く、共振周波数がカットオフ周波数の２倍より低い捕捉モードのための第２のドリフト共振捕捉ＲＦ場のピークから実質的に変化する第１のドリフト共振捕捉ＲＦ場のピークと、をさらに含み、第１のドリフト管区分手段及び第２のドリフト管区分手段は、最後から２番目の共振空洞部と最後の共振空洞部との間のドリフト管区分ではない。

【0129】

別の実施例において、少なくとも２つの共振空洞手段の捕捉モードの反射係数を変化するための手段は、少なくとも１つのドリフト管区分手段の捕捉モードの負荷されたＱ値を低下させるための手段をさらに含む。

【0130】

本明細書において列挙された全ての参照は、それら全体の詳細な参照により本明細書において組み込まれる。

【0131】

特定の実施形態により特徴、特性、構造、装置、方法、及びシステムが説明されてきたが、当業者は、特定の実施形態に対する多くの変形例が可能であり、したがって任意の変形例が本明細書に開示された原理、コンセプト、及び範囲内であるとみなされるべきことを容易に理解する。したがって、添付の特許請求の範囲の原理、コンセプト、及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変形がなされて良い。さらに、記載された特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において適した方法で結合されて良い。前述の記載において、本発明に係る実施形態の十分な理解を提供するために多くの特定の詳細（たとえば、レイアウト及び設計の実施例）が提供された。当業者は、しかしながら、本発明が１つまたは複数の特定の詳細なしで、または他の方法、構成要素、レイアウト等を備えて実行され得ることを理解する。他の場合において、よく知られた構造、構成要素、または操作は、本発明に係る曖昧な態様を回避するために詳細には示されない、または記載されない。

【0132】

この記載された開示に続く特許請求の範囲は、ここでそれ自体分離した実施形態として確立するそれぞれの請求項を備えてこの記載された開示内に明確に組み込まれる。本開示は、それらの従属請求項と共に独立請求項の全ての変形を含む。さらに、独立及び続く従属請求項から派生可能な付加的な実施形態も記載された本明細書に明確に組み込まれる。これらの付加的な実施形態は、所定の従属請求項の従属性を「請求項（Ｘ）から直前請求項までのいずれか１項に記載の」というフレーズにより交換することによって決定され、ここにおいて、括弧を付した語「（Ｘ）」は、最も近く列挙された独立請求項の数字に交換される。たとえば、独立請求項１から開始する第１のクレームセットのため、請求項３はこれらの分離した従属性が２つの別個の実施形態を実現させて請求項１及び２のいずれかから従属でき、請求項４はこれらの分離した従属性が３つの別個の実施形態を実現させて請求項１、２、または３のいずれか１項から従属でき、請求項５はこれらの分離した従属性が４つの別個の実施形態を実現させて請求項１、２、３、または４のいずれか１項から従属できる、等である。

【0133】

特許請求の範囲における特徴または要素に対する「第１の」という記載は、こうした特徴または要素の第２または付加的な存在を必ずしも示唆しない。本明細書を通しての「実施例」または「実施形態」についての参照は、実施例に関連して記載された特定の特徴、構造、または特性が本発明に係る少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通した様々な箇所における「実施例」または「実施形態」という語の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するものではない。ミーンズプラスファンクション形式で特に列挙された要素は、存在する場合、米国特許法第１１２条第６パラグラフにしたがって本明細書に記載の対応する構造、材料または機能及びその均等のものを包含するものと解釈されることを意図する。独占的所有権または特権が請求される本発明に係る実施形態は、以下に定義される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B-4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図4H】

【図5A】

【図5B-5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図5H】

【図5I】

【図5J】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】

【図10F】

【図10G】

【図10H】

【図10I】

【図10J】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図11E】

【図12】