JPH0569252B2

JPH0569252B2 -

Info

Publication number: JPH0569252B2
Application number: JP8916648A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Aiga; Kazuki Miki
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1993-09-30
Also published as: EP0327116A1; KR910009986B1; ES2031643T3; JPH0230036A; US5049782A; KR890013692A; EP0327116B1; DE68901343D1

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野本発明はマイクロ波を発生するマグネトロンに
係り、特にマイクロ波の高調波雑音を低減するマ
グネトロンに関する。

(ロ) 従来の技術第６図は、たとえば、特公昭−61−45340号公
報に開示された従来の一般的なマグネトロンの構
造を示す一部破断正面図である。また、第７図は
第６図における線−に沿つた部分断面図であ
る。第８図は第７図における線−に沿つた部
分断面図である。これらの図を参照して、典型的
な従来のマグネトロンの構造について説明する。

図において、マグネトロン１００の中心部に
は、カソード３が配設される。このカソード３
は、フイラメント５を有し、電子を放出させる。
このカソード３を取囲むように、複数枚の板状の
無酸素銅等からなるベイン２が放射状に配設され
ている。このベイン２は、基端部が無酸素銅等に
より形成されたアノードシリンダ１の内壁に固着
され、またはアノードシリンダ１と一体形成され
ている。ベイン２の上下端（第６図、第８図にお
いて）には、同径に選ばれた２本の内側ストラツ
プリング９が設けられる。なお、内側ストラツプ
リング９は、ベイン２の全長Ｌに対してベイン２
の先端部から所定の距離ｌの位置に配設されてい
る。また、ベイン２の上下端には、内側ストラツ
プリング９よりも径が大きく、かつそれぞれが同
径に選ばれた２本の外側ストラツプリング１０が
設けられる。これらの内側ストラツプリング９お
よび外側ストラツプリング１０は、それぞれベイ
ン２を１つおきに短絡するよういにベイン２に固
着されている。隣り合つた２つのベイン２とアノ
ードシリンダ１の内壁とで囲まれ、その一部がカ
ソード２に向かつて開放された空間は空洞共振器
１４を形成している。アノードシリンダ１の中心
部には軸線方向にベイン２の先端部によつて内筒
状の空間が形成されている。この空間内にカソー
ド３が配設されている。このようにカソード３と
ベイン２との間に所定距離に保持された空間は作
動空間４と呼ばれている。この作動空間４には、
カソード３の中心軸と平行に一様な直流磁界が印
加される、そのために、アノードシリンダ１の上
下端近傍には、それぞれ永久磁石１２が配置され
ている。また、カソード３とベイン２との間に
は、直流あるいは低周波数の高電圧が印加され
る。

カソード３は、トリウムを含有したタングステ
ン等を螺旋状に形成してフイラメント５と、その
フイラメント５の上端を支持し、上部にフイラメ
ント５の外径より大きな径の鍔部６を有するトツ
プハツト７と、フイラメント５の下端を支持する
エンドハツト８とから構成される。トツプハツト
７およびエンドハツト６はモリブデン等の高融点
金属から形成される。これらのトツプハツト７お
よびエンドハツト８によつて、フイラメント５か
らの軸方向への電子の逸脱が防止されるようにな
つている。アンテナ導体１１は、その一端がベイ
ン２の１枚と接続されるように設けられている。

以上のような構成において、空洞共振器１４に
生じた高周波数電界は、各ベイン２の先端部に集
中し、その一部が作用空間４内に漏洩する。ここ
で、内側ストラツプリング９および外側ストラツ
プリング１０がベイン２を１つおきに結合してい
るので、隣り合うベイン２は高周波的に逆電位と
なつている。カソード３から放射された電子群は
カソード３を中心に作用空間４内を回転し、これ
らの電子群と高周波電界との間で相互作用が生
じ、その結果、マイクロ波が発振される。この発
振によつて得られたマイクロ波はベイン２に接続
されたアンテナ導体１１を介して外部へと導かれ
る。なお、マイクロ波電力への変換効率は100％
ではないため、電子群のエネルギの一部が熱して
消費される。そのため、アノードシリンダ１の外
周には、放熱のためのフイン１３が設けられる。
なお、第７図においては、アノードシリンダ１の
内部における構造のみを示し、フイン１３等の図
示は省略されている。

ところで、上記のようなマグネトロンにおいて
は、ITU（インターナシヨナルテレコミユニケー
シヨンユニオン）によつて国際規格が定められ、
食品加熱や医療機器や一部工業機器等について
は、2450MHzの基本周波数が割当てられている。
したがつて、このためのマグネトロン100は
2450MHz（±50MHz）の基本周波数のマイクロ波
のみを発振するのが理想的であるが、現実には
種々の高調波を発生する。この高調波の中でも、
特に12.25GHz（±0.25GHz）の周波数を有する第
５高調波は、1981年頃から試験され、最近実用化
されつつある衛星放送の使用周波数帯域と重な
り、問題視されている。たとえば、SHF衛星放
送の電波周波数割当ては、世界各国の地域ごとに
異なつているが、その周波数帯域は11.7〜12.75G
Hzの範囲内に設定されている。

また、上述のような構成を有するマグネトロン
においては、陰極逆衝撃が発生することによつて
フイラメント５が異常加熱され、著しい場合には
フイラメント５が溶断するおそれがあつた。

(ハ) 発明が解決しようとする課題本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、不所
望な高調波、特に第５高調波の発生、および陰極
逆衝撃の発生を抑制することが可能なマグネトロ
ンを提供することを課題とする。

(ニ) 課題を解決するための手段フイラメントの上端を支持するトツプハツトの
鍔部は、その下面をベイン上端より0.1〜0.6mm下
方に位置させる。

また、フイラメントの上端を支持するトツプハ
ツトの鍔部は、その下面をベイン上端より0.1〜
0.6mm下方に位置させると共に、ストラツプリン
グは、ベインの先端部からベインの長さに対して
18％以上35％以下の範囲に配設する。

(ホ) 作用トツプハツトの鍔部の下面をベイン上端より
0.1〜0.6mm下方に位置する構成とすると、アンテ
ナ導体の高周波電界が作用空間内に作用しにくく
なり、作用空間内の電界分布の乱れが低減し、高
調波及び陰極逆衝撃の発生が抑制されると共に、
πモードの安定発振も阻害されない。

トツプハツトの鍔部の下面をベイン上端より
0.1〜0.6mm下方に位置させると共に、ストラツプ
リングを、ベイン先端からベインの長さに対して
18％以上35％以下の範囲に配設した構成すると、
上述の構成の作用に加え、より一層高調波の発生
が抑制される。

(ヘ) 実施例本発明者は、上述のような高調波および陰極逆
衝撃の発生原因の１つとして、カソードの配設位
置が考えられることを見出した。すなわち、第８
図に示される従来のマグネトロンの構造において
は、カソード３の上端を支持しているトツプハツ
ト７の鍔部６の下面がベイン２の上端より上方に
位置している。たとえば、鍔部６の下面とベイン
２の上端との間隔ａは0.4〜0.6mm程度に設定され
ている。このような従来の構造では、アンテナ導
体１１の高周波電界が作用空間に影響をもたら
し、作用空間内の電界分布が乱れる。そのため、
電子のスムーズな動きが妨げられることにより、
高調波雑音および陰極逆衝撃が発生するものと考
えられる。

したがつて、本発明は、フイラメントの上端を
支持するトツプハツトの鍔部の下面をベイン上端
より一定距離だけ下方に位置させることによつ
て、上記の悪影響を緩和し、第５高調波および陰
極逆衝撃の発生を抑制したものである。

なお、この発明のマグネトロンのように、フイ
ラメントの上端を支持するトツプハツトの鍔部の
下面をベイン上端より下方に位置させたマグネト
ロンの構成は、たとえば、特公昭60−32946号公
報、米国特許第4223246号に開示されている。

しかしながら、これらの文献には、トツプハツ
トの鍔部の下面とベイン上端との位置関係が図示
されているのみで、その位置関係の技術的な意義
については全く記載されていない。このことは、
上記の公報および米国特許の出願日が衛星放送の
試験開始時期より前の1979年であるため、マグネ
トロンが発生する第５高調波を問題とする必要が
なかつたためと考えられる。

したがつて、従来はトツプハツトの鍔部下面と
ベイン上端との位置関係が、第５高調波ノイズの
発生レベルとの間に関係があることを見出した者
がないことは明らかである。また、第８図に示さ
れるように、トツプハツトの鍔部下面をベイン上
端より上方へ位置させることは、πモードでの安
定発振を図るためには当業者の間で従来から技術
的な常識となつていた。

本発明は、このような従来の技術的常識にとら
われずに、第５高調波の発生を抑制するという所
期の目的を達成したものであり、上記二つの文献
から類推されるものではない。なお、本発明はト
ツプハツトの鍔部下面をベイン上端より下方に位
置させるものであるが、後述の実施例において明
らかに示されるようにπモードでの安定発振を阻
害するものではない。

第１図は本発明の実施例を示し、従来のマグネ
トロンを示す第８図に対応する部分拡大断面図で
ある。図において、トツプハツト７の鍔部６とベ
イン２との位置関係以外は、第８図で示される従
来のマグネトロンの構造と同一の構造が示されて
いる。カソード３は下方に設けられ、トツプハツ
ト７の鍔部６の下面がベイン２の上端より下方に
位置している。

第１図において示される各寸法が、たとえば、
以下の値に設定されているものとする。

アノードシリンダ１の内径ｃ＝35.0mm、相対向するベイン２の先端部間の間隔ｄ＝9.0
mm、フイラメント５の外径ｅ＝4.0mm、トツプハツト７の鍔部６の外径ｆ＝7.2mm、鍔部６の厚みｇ＝1.0mm エンドハツト８の外径ｈ＝7.2mm エンドハツト８の上面から下面までの高さｉ＝
2.5mm トツプハツト７の鍔部６の下面からエンドハツ
ト８の上面までの高さｊ＝9.8mm、アノードシリンダ１の軸線、すなわちカソード
３の軸線からアンテナ導体１１のベイン２への取
付位置までの距離ｋ＝12.9mm、ベイン２の長さＬ＝13.0mm、内側ストラツプリング９の内周面とベイン２の
先端部との距離ｌ＝3.25mm、ベイン２からアンテナ導体１１の折曲部までの
距離ｎ＝2.0mm、アンテナ導体１１の折曲部の折曲角度ｍ＝
145°、以上のように各寸法を設定した場合に測定され
た特性結果は第２図〜第５図に示されている。以
下、これらの特性図を参照して本発明のマグネト
ロンの特性について説明する。

第２図は、トツプハツト７の鍔部６の下面とベ
イン２の上端との間隔ａを変化させた場合に第５
高調波放射レベルがどのように変化したかを示
し、実験データをもとに作成された特性図であ
る。図において、曲線ＡおよびＢ，Ｃは、以下の
ようにベイン２の高さ寸法ｂを変化させたもので
ある。

Ａ……ｂ＝9.6mm、Ｂ……ｂ＝9.2mm、Ｃ……ｂ＝8.8mm、なお、トツプハツト７の鍔部６の下面とベイン
２の上端との間隔ａの値は、鍔部６の下面がベイ
ン２の上端より上側に位置する場合、正の値と
し、逆に鍔部６の下面がベイン２の上端より下側
に位置する場合、負の値として各特性図に示され
ている。また、マグネトロンに付加される電圧は
4KVであり、陽極電流は300mAである。第２図
において第５高調波放射レベルの値は、ａ＝0.4
mmのときの放射レベルを基準にした相対値として
示されている。

第２図から明らかなように、トツプハツト７の
高さ位置を下げていくと、ａの値が０になるま
で、すなわち、トツプハツト７の鍔部６の下面が
ベイン２の上端と同一高さになるまでは、第５高
調波放射レベルの相対値の変化はほとんどない。
鍔部６の下面をベイン２の上端より0.1mm下げる
と、第５高調波放射レベル相対値が低下し始め
る。さらに、鍔部６の下面をベイン２の上端より
0.2mm以上下げると、ａ＝−0.1mmの場合より低い
値で、第５高調波放射レベル相対値がほぼ一定値
になることが理解される。

したがつて、第５高調波の発生を抑制するとい
う観点からは、トツプハツト７の鍔部６の下面を
ベイン２の上端より0.1mm以上下方に位置させる
ことが望ましく、0.2mm以上下方に位置させるこ
とはより好ましい。

第３図はトツプハツト７の鍔部６の下面とベイ
ン２の上端との間隔ａを変化させた場合、モーデ
イング現象、すなわち、マグネトロン内の規則正
しいπモードの高周波電界が乱れ、πモードを正
しく維持することができなくなつてしまう現象の
臨界点がどのように変化するかを、安定発振の可
能な最大の陽極電流で表わした実験データをもと
に構成された特性図である。曲線Ａ，Ｂ，Ｃは第
２図と同様にベインの高さ寸法ｂをそれぞれ9.6
mm、9.2mm、8.8mmに変化させたものである。

第３図から明らかなように、トツプハツト７の
高さ位置を下げていくと、トツプハツト７の鍔部
６の下面がベイン２の上端より0.4mm下方に位置
するまでは、臨界点としての安定発振の可能な最
大の陽極電流値がほぼ一定である。鍔部６の下面
をベイン２の上端より0.4mm以上下方に位置させ
ると、下方に位置させるに従つて、陽極電流値が
低下することが理解される。この臨界点としての
陽極電流値が700mA以下になると、マグネトロ
ンが組込まれる電子レンジ等において安定な発振
を維持しないおそれが存在する。

したがつて、安定発振の観点からは、トツプハ
ツト７の鍔部６の下面をベイン２の上端から0.6
mm下方に位置させるまでが限界であり、それ以上
下げると使用に耐え得る安定発振を望むことがで
きない。その結果、良好な安定発振をさせるため
には、鍔部６の下面をベイン２の上端から0.4mm
まで下方に位置させることが望ましい。

第４図はトツプハツト７の鍔部６の下面とベイ
ン２の上端との間隔ａを変化させた場合に、陰極
逆衝撃がどの程度発生するかを、予熱時のフイラ
メント電流（I₀）とπモード発振時のフイラメン
ト電流（I₁）との比（I₁／I₀）で表わした実験デ
ータをもとに作成された特性図である。このと
き、ベイン２の高さ寸法ｂは8.8mmである。

第４図から明らかなように、トツプハツト７の
高さ位置を下げると、下げるにつれて、比（I₁／
I₀）の値が大きくなる。トツプハツト７の鍔部６
の下面をベイン２の上端より0.1mm以上下方に位
置させると、比（I₁／I₀）の値がほぼ一定になる
ことが理解される。

発振時、陰極逆衝撃が発生すると、フイラメン
ト５の温度が上昇し、フイラメント抵抗が増大す
ることによりフイラメント電流（I₁）が低下す
る。このため、比（I₁／I₀）の値が大きいほど、
陰極逆衝撃の発生が少ないものとみなされる。す
なわち、トツプハツト７の高さ位置を下げるに従
つて、陰極逆衝撃の発生が少なくなることが理解
される。

したがつて、陽極逆衝撃の発生を抑制するとい
う観点からは、トツプハツト７の鍔部６の下面を
ベイン２の上端より0.1mm以上下方に位置させる
ことが望ましく、0.2mm以上下方に位置させるこ
とはより好ましい。

以上の第２図〜第４図に示される特性図から、
トツプハツト７の鍔部６の下面とベイン２の上端
との間隔ａは、−0.6mm≦ａ≦−0.1mmの範囲内に
あることが望ましく、−0.4mm≦ａ≦−0.2mmの範
囲内にあることが最も望ましい。この範囲内にａ
の値を設定すると、アンテナ導体１１の高周波電
界が作用空間内に入り難くなり、作用空間内の電
界分布の乱れが抑制され、作用空間内の電子の動
きがスムーズになることによつて、高調波および
陽極逆衝撃の発生が抑制され得るものと考えられ
る。

第５図は、第１図に示されるマグネトロンにお
いて、内側ストラツプリング９および外側ストラ
ツプリング１０の配設位置を変化させた場合の第
５高調波放射レベルの変化を示し、実験データに
基づいて作成された特性図である。図において、
各曲線は、ｌ／Ｌ×100の値がそれぞれ13，18，
21，25，28，32，35のときの第５高調波放射レベ
ルの相対値を示している。第５高調波放射レベル
の相対値は、ｌ／Ｌ×100＝13％、ａ＝0.4mmのと
きの値を基準とした相対値である。また、このと
きのベインの高さ寸法ｂは8.8mmである。寸法Ｌ
は第１図で示されるベイン２の全長を示し、寸法
ｌはベイン２の先端部から内側ストラツプリング
９の内周面（すなわち、カソード３と対向する
面）までの距離を示している。なお、内側ストラ
ツプリング９と外側ストラツプリング１０との間
隔は0.8mmで常に一定である。

第５図から明らかなように、内側ストラツプリ
ング９の配設位置がベイン２の先端部から離れる
に従い、第５高調波の放射レベルが大きく低下し
ていることが理解される。特に、内側ストラツプ
リング９の配設位置が、ベイン２の先端部から、
ベインの全長Ｌに対して18％以上35％以下の範囲
の位置であれば、第５高調波の発生を大幅に抑制
することができる。好ましくは、その範囲は21％
以上32％以下である。

このように、第５高調波放射レベルの発生を抑
制するために、ストラツプリングの配設位置をベ
インの先端部から一定距離だけ隔離させること
は、本発明者らの米国特許第4720659号に開示さ
れている。第５図に示されるように、ストラツプ
リングの配設位置の設定に加えて、本発明に従つ
てトツプハツト７の鍔部６の下面をベイン２の上
端より下方に位置させれば、第５高調波放射レベ
ルの発生をさらに抑制することが可能になる。

なお、第２図に示される第５高調波放射レベル
の相対値が、第５図に示される相対値と相違が見
られるのは、第５高調波の放射レベルの基準値が
異なるためである。第２図における基準値はｌ／
Ｌ×100＝25％、ａ＝0.4mmのときの第５高調波放
射レベルの値であり、第５図における基準値は
ｌ／Ｌ×100＝13％、ａ＝0.4mmのときの第５高調
波放射レベルの値である。

なお、上記実験例は、2450MHzの基本周波数を
有するマグネトロンにこの発明を適用した場合を
説明しているが、この発明はそれに限定されるこ
とはない。たとえば、2400〜2500MHzの範囲のい
ずれかに基本周波数が選ばれたマグネトロンや、
さらにはこの範囲外の基本周波数を有するマグネ
トロンにも適用が可能である。

さらに、第６図は単に従来の一例のマグネトロ
ンを示し、第１図は第６図に示されるマグネトロ
ンの全体構成において本発明が適用された場合の
要部の構成を示す一例であり、若干の変更を伴な
うその他のマグネトロンに対してもこの発明の適
用は可能である。

(ト) 発明の効果以上の如く本発明に依れば、第５高調波の発生
及び陰極逆衝撃の発生を抑制することがでる等の
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マグネトロンの要部拡大断面
図、第２図はトツプハツトの鍔部下面とベイン上
端との間隔ａと第５高調波放射レベル相対値との
関係を示す特性図、第３図はトツプハツトの鍔部
下面とベイン上端との間隔ａと安定発振の可能な
最大の陽極電流との関係を示す特性図、第４図は
トツプハツトの鍔部下面とベイン上端との間隔ａ
と、予熱時のフイラメント電流I₀とπモード発振
時のフイラメント電流I₁との比I₁／I₀との関係を
示す特性図、第５図はトツプハツトの鍔部下面と
ベイン上端との間隔ａ及びストラツプリングの配
置位置を変化させた場合の第５高調波放射レベル
相対値の変化を示す特性図、第６図は従来の一般
的なマグネトロンの構造を示す一部破断正面図、
第７図は第６図における−部分断面図、第８
図は第７図における−部分断面図である。１……アノードシリンダ、２……ベイン、３…
…カソード、４……作用空間、５……フイラメン
ト、６……鍔部、７……トツプハツト、８……エ
ンドハツト、９……内側ストラツプリング。

Claims

【特許請求の範囲】１複数のベインを中心方向に形成したアノード
シリンダと、アノードシリンダの中心線上に配設
され、前記ベインとの間に作用空間を形成するカ
ソードとを備え、前記カソードは、フイラメント
と、フイラメントの上端を支持し、フイラメント
外径より大径の鍔部を有するトツプハツトと、前
記フイラメントの下端を支持するエンドハツトと
から構成し、前記トツプハツトの鍔部は、下面を
ベイル上端により0.1〜0.6mm下方に位置せしめた
ことを特徴とするマグネトロン。２複数のベインを中心方向に形成したアノード
シリンダと、アノードシリンダの中心線上に配設
され、前記ベインとの間に作用空間を形成するカ
ソードと、前記ベインを１つおきに電気的に接続
するストラツプリングとを備え、前記カソードは
フイラメントと、フイラメントの上端を支持し、
フイラメント外径より大径の鍔部を有するトツプ
ハツトと、前記フイラメントの下端を支持するエ
ンドハツトとから構成し、前記トツプハツトの鍔
部は、下面をベイン上端より0.1〜0.6mm下方に位
置せしめると共に、前記ストラツプリングは、前
記ベインの先端部からベインの長さに対して18％
以上35％以下の範囲に配設したことを特徴とする
マグネトロン。