CN1638005A - 磁控管 - Google Patents

Abstract

一种磁控管，其能把空洞共振器的电容部分Cr抑制得较小，可以同时实现提高动作稳定性和高效率化。在磁控管的阳极构架(51)中在大致为圆筒状的阳极筒体(53)的内周面上放射状地装备的多枚板状叶片(54)通过把位于阳极筒体(53)的中心轴侧的前端部作成使遍布从前端到规定长度L的范围的板厚变薄的台阶状Df，可以抑制邻接的板状叶片(54)相互对置的面积增大，同时确保叶片前端部之间的间隔距离。

Description

磁控管

技术领域

本发明涉及用于微波炉等的微波应用设备的磁控管。

背景技术

作为产生微波振荡装置而装入微波炉等中的磁控管通常如图5所示，由设在中心部的真空管部1、设在真空管部1外周的多枚散热用的散热片2、与真空管部1同轴配设的一对环状磁铁3、磁连接这些环状磁铁3的框状磁轭4、5和滤波电路部7构成。真空管部1由阳极构架11和装在该阳极构架11的中心轴上的阴极构架21构成。

阳极构架11如图6及图7所示，其结构包括：大致圆筒状的阳极筒体12、从阳极筒体12的内周面向其中心轴成放射状地固定安装在阳极筒体12上以与阴极构架21的灯丝22保持规定间隔的偶数枚(N枚)的板状叶片13、配在板状叶片13的管轴方向端部且每隔一枚相互连接各板状叶片13进行电短路的大小两组夹紧环15、16和连接在微波输出用的板状叶片上的天线17。

阴极构架21，如图5所示，其结构包括：配置在其中心部的线圈状灯丝22、与该灯丝22两端接合的端帽23、24和通过这些端帽23、24与灯丝22连接的阴极支承引线25(例参照专利文献1)。

上述结构的磁控管，通过加热灯丝22，在灯丝22和板状叶片13之间施加规定的直流高电压，从灯丝22向板状叶片13放出的电子，在板状叶片13和灯丝22之间的作用空间31中受正交的电磁场作用，边在灯丝22的周围旋转边进行轨道旋转，向着阳极构架11的板状叶片13，通过与在由的偶数个板状叶片13分割形成的空洞共振器33中生成的微弱的微波发生相互作用，在空洞共振器33中发生变大的微波，从天线17输出发生的微波。

在空洞共振器33中发生的微波的频率由形成空洞共振器33的阳极筒体12的内周壁面部及相对的板状叶片13组成的电感部分L、和由板状叶片13相互间及由阳极筒体12组成的空洞共振器33的电容部分Cr及把每一个夹紧环15、16及与板状叶片13相对部组成的电容部分Cs合成的电容部分C决定，一般共振频率fr用下式(1)表示。

fr＝1/{2π(LC)^1/2}                             ...(1)

该频率成为磁控管振荡形态中最强的稳定振荡、在相邻的空洞共振器间相位相反的所谓π模式振荡的频率，使板状叶片13相互连接、进行电短路的大小两组夹紧环15、16的主要功能是为了维持该π模式振荡的稳定。

但是在磁控管中，若由N枚板状叶片13划分成的N个空洞共振器互相电连接，进而，用大小两组夹紧环15、16使板状叶片13交互电短路，就会存在N/2个不同频率的振荡。

例如，若板状叶片13的装备枚数N是10枚，由板状叶片13划分的空洞共振器33的数量是10个，作为基本模式根据N/2有5个振荡模式，成为上述被称为π模式的N/2模式、N/2-1模式、N/2-2模式、N/2-3模式及N/2-4模式。

在π模式，频率及阳极电压等动作条件可以进行最强且稳定地振荡。但是，与该π模式邻接的N/2-1模式的振荡频率若与π模式的振荡频率相近，即使动作条件稍有改变就会从π模式向N/2-1模式转移并且振荡，即出现模式跃变等不稳定的现象。

在此，为了使N/2-1模式的振荡频率离开π模式的振荡频率，提出了相对由板状叶片13相互间及由阳极筒体12组成的空洞共振器33的电容部分Cr把每一个夹紧环15、16及与板状叶片13相对部组成的夹紧环部的电容部分Cs的比例设定为增大，或使夹紧环15、16不形成完全对称的结构，而切断其一部分的方案。(例如，参照非特许文献1的163～165页)。

另一方面，特别希望能适应近年来世界上节省能量的要求、使磁控管高效率化。

为了实行磁控管的高效率化，必须高磁场化、增加阳极分割数及使阳极阴极的径小型化，这些都要使板状叶片13相互间隔变窄(参照上述非特许文献1的172～177页)。

在此，即使板状叶片13相互的配置间隔变窄，为了确保相邻的板状叶片13相互间有一定的间隔距离，如图8所示，提出了在各板状叶片13前端部的两个面上设置锥面13a的技术(如参照特许文献2)。

[特许文献1]特开平11-233036号公报

[特许文献2]特开昭60-127638号公报

[非特许文献1]昭和31年12月由无线从事者教育协会会发行的《微波真空管》

但是，由相邻的板状叶片13相互间及阳极筒体12组成的空洞共振器33的电容部分Cr的大部分由在板状叶片13相互最接近的前端部上的电容部分Cg决定，如图8(a)所示，假设板状叶片13相互最接近的前端部的对置面积为S，对置面间的间隔距离为d时，用下式(2)表示。

Cr≈Cg＝ε×S/d                            (2)

而在上述的各板状叶片13前端部的两个面上设有锥面13a的结构中，由于实际上不能确保那样大的间隔距离，结果空洞共振器33的电容部分Cr变大。

图8(b)表示图8(a)的等价电路。

为了把上述(1)式中的合成电容部分C维持在规定值，空洞共振器33的电容部分Cr变大的部分必须使夹紧环部的电容部分Cs的比例变小。

结果相对电容部分Cr，把电容部分Cs的比例设定为增大，使N/2-1模式的振荡频率不能离开π模式的振荡频率，即产生所谓由模式跃变形成动作不稳定的问题，同时实现动作高效率化和稳定性双方是困难的。

为了确保板状叶片13间的间隔距离大，虽然也考虑使每一叶片的板厚变薄，但一变薄作为磁控管就不能耐受热容量。

发明内容

因此，本发明的目的与解决上述课题有关，本发明提供一种磁控管，其即使在为实现高效率化的板状叶片相互的间隔变窄时，也可以把夹紧环部的电容部分Cs相对由邻接的板状叶片相互划分出的空洞共振器的电容部分Cr的比例设定为增大，能把N/2-1模式的振荡频率离开π模式的振荡频率，因而，即使动作条件稍有变化时，也能防止发生起因于N/2-1模式与π模式接近的模式跃变，同时实现高效率化和动作稳定性。

用下述结构可以达到上述目的。

(1)在磁控管中包括：大致为圆筒状的阳极筒体、从该阳极筒体的内周面向中心轴成放射状固定装在所述阳极筒体内周面上的偶数枚的板状叶片、装有交互电连接这些板状叶片的大小夹紧环的阳极构架和装在该阳极构架中心轴的阴极构架，位于所述阳极筒体的中心轴侧的各板状叶片的前端部把从前端开始规定长度为L的范围作成使板厚变薄的台阶状。

(2)在上述(1)中当设所述板状叶片的基端侧的板厚为t₀、台阶状薄壁化的前端部的板厚为t₁、邻接的板状叶片相互前端部间的间隔距离为W、所述板状叶片的装备枚数为N时，分别设定N、L、t₀、t₁，以满足下式。

W/(t₁+W)≤0.5

L≥{(t₀-t₁)/2}÷tan(180/N)

上述(1)记述的磁控管即使为了高效率化而使板状叶片相互的间隔变窄时，邻接的板状叶片相互的前端部为成为台阶形，成为板状叶片相互对置的面的间隔缓慢打开的结构，与把前端与作成锥面的现有技术的前端进行比较，可以抑制在板状叶片相互的前端部中的狭窄间隔中相对的面积的增加。

因而，可以抑制邻接的板状叶片相互的前端部的相对的面积和相对的面间的间隔距离影响的空洞共振器的电容部分Cr变小。结果由于可以把夹紧环部的电容部分Cs相对由邻接的板状叶片相互划分出的空洞共振器的电容部分Cr的比例设定为增大，能把N/2-1模式的振荡频率从π模式的振荡频率拉开，可以加大与不稳定的邻接模式的分离度。

因而即使动作条件稍有变化时，也能防止发生起因于N/2-1模式与π模式接近的模式跃变，由于能持续最稳定的高效率的π模式振荡，故可以同时实现高效率化和动作稳定性。

如上述(1)所记载的磁控管，通过设定N、L、t₀、t₁，可以使振荡效率维持在70％以上，可以防止板状叶片的前端部过度变薄，并能防止叶片前端部对热的耐久性下降。

附图说明

图1(a)是本发明的磁控管的一实施方式的阳极构架的纵剖面图，图1(b)是图1(a)中所示的阳极构架的平面图；

图2是图1所示的邻接的板状叶片相互的前端部的放大图；

图3是图1所示的一实施方式的磁控管产生的微波振荡特性与使用现有的板状叶片的磁控管的微波振荡特性的比较图；

图4是表示本发明的磁控管的邻接的板状叶片相互的前端部的另一实施方式的放大图；

图5是表示现有的磁控管的大致结构的纵剖面图；

图6是图5所示的磁控管的阳极构架的主要部分的立体图；

图7(a)是图5所示的磁控管的阳极构架的纵剖面图，图7(b)是图7(a)的平面图；

图8(a)是说明在邻接的板状叶片前端部之间为了确保间隔距离的现有技术对策的放大图，图8(b)是表示其等价电路的图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的最佳实施方式进行详细说明。

图1表示本发明的磁控管使用的阳极构架的一实施方式，图1(a)是阳极构架的纵剖面图，图1(b)是图1(a)中所示的阳极构架的平面图。

该一实施方式的磁控管是以5800MHz的基本频率动作的微波振荡管，阴极构架装在阳极构架51的中心轴上，但其阴极构架、装在阳极构架51外周的散热用散热片、环状磁铁、框状磁轭和滤波电路等阳极构架51以外的结构与图5所示的现有技术结构一样，对与现有技术结构相同的结构省略说明。

本实施方式的阳极构架51是以下的结构，其包括大致圆周筒状的阳极筒体53，其在中心轴装上阴极构架；偶数枚(N枚)板状叶片54，其从该阳极筒体53的内周面向中心轴成放射状地固定装在该阳极筒体53上；大小夹紧环56a、56b、57a、57b，其使这些板状叶片54交互电连接；天线59，其与用于微波输出的任一个板状叶片54连接。

在本实施方式的情况下，板状叶片54的装备枚数是18枚、在各板状叶片54的前端面和阴极构架之间的作用空间61的周围用上述18枚板状叶片54划分成18个空洞共振器63。

而在本实施方式的阳极构架51的情况下，位于阳极筒体53的中心轴的各板状叶片54的前端部如图2所示把从前端开始到规定长度(深度)L的范围做成板厚仅为Δt的薄的台阶状Df。

当设所述板状叶片54的基端侧的板厚为t₀、使两个面各薄Δt成台阶状Df的前端部的板厚为t₁、邻接的板状叶片54相互前端部间的间隔距离为W、所述板状叶片54的装备枚数为N时，分别设定N、L、t₀、t₁，以满足下述(3)、(4)式。

W/(t₁+W)≤0.5                              ...(3)

L≥{(t₀-t₁)/2}÷tan(180/N)                ...(4)

以上说明的本实施方式的磁控管即使由于为高效率化而高磁场化和增加阳极分割数以及使阳极阴极径变小等而使板状叶片54相互间隔变窄时，邻接的板状叶片54相互的前端部由于在其两面装备的台阶状Df而形成板状叶片54相对的两个面的间隔(间隔距离)慢慢打开的结构，把前端与做成锥面的现有技术的情况比较，在板状叶片54相互的前端部中可以用狭小的间隔抑制对置面积的增加。

因而可以把邻接的板状叶片54的前端部相互对置的面积和对置面间的间隔距离影响的空洞共振器63的电容部分Cr抑制而减小。结果，通过相对用邻接的板状叶片54互相划分的空洞共振器63的电容部分Cr，把由夹紧环56a、56b、57a、57b构成的夹紧环部的电容部分Cs的比例设定为增大，可以使N/2-1模式的振荡频率远离π模式的振荡频率，实现模式分离，加大与不稳定邻接模式的分离度。

因此，即使动作条件稍有变动时，由于可以防止由于N/2-1模式和π模式接近而引起的模式跃变而持续最稳定的高效率的π模式振荡，故也可以同时实现使高效率化和动作稳定性。

在上述式(4)中，在上述的范围内设定板状叶片54变薄的前端部的长度L意味着露出而从阴极构架可以看到长度L短且成为板状叶片54的基端侧的前端的角部，故实际上有时不能忽视在该角部进行电子集中而使叶片间的距离分开的台阶形状Df。

通过设定满足上述(3)、(4)两式的N、L、t₀、t₁，可以把振荡效率维持在例如70％以上，还可以防止板状叶片54的前端部过薄，防止叶片前端部对热的耐久性下降。

图3是为了确认本实施方式的作用效果，测出的上述实施方式的磁控管中的微波振荡频率特性和用在图8中所示的板状叶片13代替上述板状叶片54的现有的磁控管中的微波振荡频率特性。

在图3中特性曲线fz是现有磁控管的曲线，特性曲线Pz是本实施方式的磁控管的曲线。

在现有技术的磁控管的特性曲线fz中，π模式的振荡频率f1在5800MHz附近相对，N/2-1模式的振荡频率f2在6470MHz附近，N/2-1模式接近π模式。

与此相对，在本实施方式的磁控管特性曲线Pz中，π模式的振荡频率P1在5800MHz附近相对，N/2-1模式的振荡频率P2在6750MHz附近，N/2-1模式离开π模式，模式分离得到改善。

另外，可以确认N/2-1模式中的峰值电平在本实施方式中也大幅降低，很难引起π模式以外的振荡。

在本实施方式中，如图2所示，在各板状叶片54的前端部的两个面上也设有台阶形状Df。但是，如图4所示，即使只在板状叶片54的前端部的一个面上设置台阶形状Df，也可以实现得到邻接板状叶片相互间的间隔距离d和接近并减少对置的面积。

Claims (2)

1、一种磁控管，其包括：大致为圆筒状的阳极筒体、从该阳极筒体的内周面向中心轴成放射状固定装在所述阳极筒体内周面上的偶数枚的板状叶片、装有交互电连接这些板状叶片的大小夹紧环的阳极构架和装在该阳极构架中心轴的阴极构架，其特征在于，位于所述阳极筒体的中心轴侧的各板状叶片的前端部把从前端开始规定长度为L的范围作成使板厚减薄的台阶状。

2、如权利要求1所述的磁控管，当设所述板状叶片的基端侧的板厚为t₀、台阶状薄壁化的前端部的板厚为t₁、邻接的板状叶片相互前端部之间的间隔距离为W、所述板状叶片的装备枚数为N时，分别设定N、L、t₀、t₁，以满足下式

W/(t₁+W)≤0.5

L≥{(t₀-t₁)/2}÷tan(180/N)。

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