拡張相互作用発振器

拡張相互作用発振器[ ^1]（EIO）は、直流をRF電力に変換するように設計された線形ビーム真空管^[2]です。^[3]変換メカニズムは空間電荷波プロセス^[4]であり、電子ビームの速度変調が距離による電流または密度変調に変換されます。

チューブには単一の共振器が含まれています。^[5]完全な空洞は、電子ビームが通過する梯子のような構造^[6]を含む長方形の箱です。このような空洞には多数の共振がありますが、使用される共振モードでは、段の間のギャップに大きなRFフィールドが発生します。ギャップからギャップへの位相の進み方は、電子がすべてのギャップで同じフィールドを見るように選択され、同期していると説明されます。この文脈では、同じフィールドは同じ位相のフィールドを意味しますが、必ずしも同じ大きさのフィールドを意味するわけではありません。

ほぼ同期速度で RF 励起キャビティに入る電子ビームは、ギャップごとに累積的な速度変調を受けます。共振器内をある程度進むと、繰り返し加速される 電子が繰り返し減速される電子に追いつき、束が形成されます。これらの束の速度はビーム速度に近いものになります。電子速度が同期よりいくらか速い場合、束はフィールドがゼロではなく減速しているときにギャップを横切り始めます。これが起こると、電子は減速します。失われたエネルギーはキャビティによって得られ、持続的な振動が可能になります。キャビティに入るビームの速度がさらに増加すると、より多くのエネルギーがキャビティに伝達され、振動の周波数がいくらか上昇します。しかし、最終的には、束が減速フィールドを突き抜け、振動は突然停止します。ビーム速度 (電圧) を下げると、チューブは振動を再開します。ただし、振動が再び開始する前に、振動が停止した値よりもビーム速度を下げる必要があります。この現象はヒステリシスとして知られており、多くの反射クライストロンで観察されるものと似ています。

ビーム電圧が上昇すると発生する周波数変化は電子チューニングと呼ばれ、通常は半電力から発振停止までの動作周波数の 0.2% です。より大きな周波数変化には、キャビティの 1 つの壁を動かすことによって得られる機械的チューニングが使用されます。可動壁は、実際にはトンネル内で移動できるピストンであり、その断面は、それが置き換わる壁の断面と同じです。機械的チューニングの範囲は通常、発振周波数と他の多くのキャビティ共振の 1 つの周波数が一致したときに発生する寄生共振によって制限されます。これが発生すると、重大な損失が発生し、多くの場合、発振を完全に抑制するのに十分な損失が発生します。通常、4% の機械的チューニング範囲が得られますが^[7]、より広い範囲が実証されています。

共振空洞を除けば、拡張相互作用発振器は、より一般的なクライストロンと非常によく似ています。電子銃は、 RF セクションを通過する間、磁場によって必要な直径に維持される細い電子ビームを生成します。その後、ビームは比較的磁場のない領域に入り、そこで拡散し、適切に冷却されたコレクターによって収集されます。これらの発振器の多くは電気的に分離された陽極を備えており、その場合、陰極と陽極間の電圧によって管電流が決まり、その結果、最大出力が決まります。