JPS5824896B2 - 高出力用連続波マグネトロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続波マグネトロンに関し、特に１００ＫＷを
越える発振出力が可能な新規な高出力用連続波マグネト
ロンに関する。

連続波マグネトロンは物質の誘電加熱用として発振出力
数１００ＫＷの通常の電子レンジ用から数１０ＫＷの工
業加熱用まで種々の用途に応じて使い分けられている。

これらマグネトロンは発振効率が高く、物質の内部から
加熱できるため加熱効率が非常に良いことから利用範囲
が段々広がり、最近では原子力発電所等から発生する放
射性廃棄物を含んだ焼却灰等の処理や都市ゴミ、産業廃
棄物等の処理にマイクロ波を利用して廃棄物を燃焼、溶
融、固化して体積を非常に小さくし廃棄処理を容易にす
る研究が進められている。

これに伴ない処理物が非常に多く々るためマグネトロン
の高出力化が要望され、１１００Ｋを越える高出力連続
波マグネトロンが要求されてきている。

しかしながら、今世界で現存する高出力の連続波マグネ
トロンは出力１００ＫＷのものが１種類あるのみで、こ
れ以上の高出力化を達成するためには、マグネトロンに
用いる材料の限界（温度上昇に伴なうものなど）等から
従来通りの設計では高出力化を達成することは不可能で
ある。

即ち、例えば陰極にしても、陽極直流電力（発振出力／
発振効率）の２係程度は陰極に逆衝撃として加わり、発
振出力を大きくしようとすると、陰極に加わる電力も大
きくなり、通常の陰極の大きさのままでは陰極で発生す
る熱を完全に放散させることができず溶断することにな
る。

そのため陰極の大きさを大きくしなければなら々いが、
陰極の長さを長くして大きくすれば陽極片の長さも長く
しなければならず、陽極片を長くすると両端部での電位
が異なり不都合が生じてくる。

また陰極径を大きくして陰極を大きくすると陽極径も大
きくし々ければなら人が一般に陽極電圧Ｖａ、陽極半径
γ８、陰極半径γ。

、γＣ／γ８＝σ、分割数２ｎ、波長λ、磁界Ｂの間に
は次式の関係がある。

従って、σ、λ、Ｂを一定にしたままでγａを増大させ
ると陽極電圧Ｖａは陽極半径γａの２乗に比例して増大
し、１１００Ｋ出力のマグネトロンではＶａが２３．５
ＫＶで済むものの、出力が１００１＠を越えると実用上
の限界である５０ＫＶをはるかに越え、好ましくない。

そのため分割数２ｎを増やして陽極電圧の低下を試みる
と、空胴の容量が増加し、インダクダンスが減少するた
め、例えば分割数２ｎを２倍にすると無負荷の空胴のＱ
は約％に低下し、負荷時のＱを同程度に維持しようとす
ると、回路効率が約１０％低下することにカリ好ましく
ない。

また出力アンテナを覆って真空外囲器とするドームも従
来のようなセラミックを使用すると、マイクロ波損失に
より発生する熱を充分冷却しきれず破壊する可能性が強
く、通常のセラミックでは真空外囲気とすることが困難
である。

本発明の目的は、これらの欠点を排除した新規な数１０
０藺連続波マグネトロンを提供することにあり、具体的
には陽極分割数を増やして陰極、陽極径を大きくすると
共に、Ｑの高い外部空胴をＱの低い内部空胴に電気的結
合させて空胴全体のＱを上昇させ、且つ出力アンテナを
陽極片から導出して真空外囲器の一部とした結合用導波
管に直接結合させて回路効率を向上させた構成としたも
のである。

以下図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例であるマグネトロンの断面図
で、１は例えば、純タングステンの直熱型陰極、２は陽
極片により囲まれた内部空胴、３は陽極片、４は外部空
胴、５は入力側磁極片、６は出力側磁極片、７は出力ア
ンテナ、８は内部空胴２の外壁となる陽極筒、９は外部
空胴４の外壁とし真空壁としたシェル、１０は陰極１を
具備した入力部、１１，１２は入力部１０の液冷用パイ
プ、１３は入力部からのマイクロ波漏洩を防止するチョ
ーク、１４は不要モード防止用吸収体、１５は出力アン
テナ７からの出力を結合させて伝送線路に直結できるよ
うにした結合用導波管、１６は真空気密壁とする窓、１
７は磁気回路を構成するだめのヨークで、ねじ１Ｂによ
り入力側磁極片５および出力側磁極片６に連結できる構
成になっている。

１９は電磁石用のコイルである。このマグネトロンで、
真空壁は入力部１０、入力側磁極片５、シェル９、出力
側磁極片６、結合用導波管１５、窓１６により形成され
、電磁石コイル１９は真空壁外に配置しである。

とのマグネトロンの特徴は前述したように入力電力の増
加に伴なう陰極の熱放散を助けるため陰極径を大きくし
て陰極面積を増大させ、それに伴ない陽極径も大きくし
てこの実施例では分割数を通常の倍の２４分割にしであ
る。

その結果、空胴のＱが低下するため外部空胴４を設けて
いる。

このよう人外部空胴を設けたマグネトロンはパルスマグ
ネトロンで特にレーダでの分解能を上げるためＱを高く
したい場合に用いられているが、この場合には出力の取
り出しは外部空胴から行なっており、本発明のように通
常のＱが得られれば良い目的で補助的に外部空胴を設け
た例はない。

即ち本発明では空胴の廻りに電磁石用コイルを配置する
ため（電磁石の方が安定した磁界が得られ易いこと、ま
た発振出力を可変にする場合、陽極電圧を調整して発振
出力を調整すると犬き々電力を制御する必要があるが、
電磁石の電流を制御して発振出力を調整すれば、前者の
１／１０００程度の電力で済み実用的に有利であること
のため）また、出力結合をできるだけ高くするため、外
部空胴を保有しているにもかかわらず陽極片からの出力
アンテナで出力を取り出す構成にしである。

更に本発明の他の特徴は出力ドームの温度上昇に伴なう
破壊（複雑な形状の出力ドームでは、ドーム近傍におい
て高次モードの発生に伴ない、異常にドーム（セラミッ
ク）が加熱され冷却しても冷却しきれず割れることがあ
る危険性を防ぐため、真空壁の金属性の結合導波管１５
を直接出力部に固着し、出力アンテナ７と結合導波管１
５とを真空領域内で結合させたことにある。

この出力アンテナ７と結合導波管１５との結合部の構造
の拡大図を第２図に示す。

第２図で出力アンテナ７は電位の異々る二個の陽極片３
に連結されており、発振と共に高周波電流が流れる。

（本発明に係るマグネトロンも含め通常のマグネトロン
はπモードで発振するように構成され、偶数個の陽極片
がπラジアンずつ位相が異なるようにしであるため、位
相の異なる陽極片を連結すれば最大電流が得られる。

）この出力アンテナ７に電流が流れることによりアンテ
ナ線７の廻りに磁界が発生する。

この発生した磁界を出力側磁極片６により囲まれた円筒
部（第２図の２０で示した部分）で形成される円形導波
管に結合して（いわゆる磁界結合）マイクロ波電力は円
筒部２０を伝搬し、この円筒部２０（円形導波管）は結
合用導波管１５と通常の導波管結合の方法で結合される
。

この結合用導波管１５は円形導波管でも矩形導波管でも
構わなへまた円筒部２０（円形導波管）を出力側磁極片
６により囲まれた部分で形成する例を示したが必ずしも
出力側磁極片６で構成する必要はなく、陽極筒８で構成
しても良い。

第３図は、出力アンテナ７と結合用導波管１５との結合
方法の他の実施例を示す出力結合部の拡大断面図である
。

この実施例では同電位の陽極片３から導出した複数個の
出力アンテナ７を途中あるいは先端で結合し、直接結合
用導波管１５に結合したものである。

この実施例ではπモードに対して同電位の陽極片３から
導出しているためこの出力アンテナ７には循還電流は流
れず、接合部の位置は問題なく、先端迄の長さが結合用
導波管１５との結合効率が一番高く得られるように調整
すれば良いので、複数個の陽極片３から導出しなくても
一個の陽極片からだけ導出しても良い。

しかしπモード以外の高次モードについては同電位とな
らず、これら高次モード抑制を考慮すれば複数個の陽極
片３から複数個の出力アンテナ線７を導出して高次モー
ドに対し負荷と々るよう々寸法で接合すれば高次モード
抑制のために効果がある。

上述した如く本発明によるマグネトロンは従来の連続波
マグネトロンに比し、高出力を高能率で得ることができ
、また温度上昇による真空壁の破壊の恐れがないため信
頼性が高り、シかも小型な装置で大出力のマイクロ波電
力を発生できるという利点を有しており、その結果都市
ゴミ、産業廃棄物の処理などに有効に利用され、環境保
全等に偉力を発揮する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるマグネトロンの断面図
、第２図は第１図の出力結合部の拡大断面図、第３図は
本発明の他の実施例である出力結合部の拡大断面図であ
る。 １・・・陰極、２・・・内部空胴、３・・・陽極片、４
・・・外部空胴、５・・・入力側磁極片、６・・・出力
側磁極片、７・・・出力アンテナ、８・・・陽極筒、９
・・・シェル、１０・・・入力部、１５・・・結合用導
波管、１６・・・窓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陰極と、該陰極と同心状の陽極筒と、該陽極筒の内
   面に配設される複数の陽極片と、該陽極片と前記陽極筒
   とにより形成される内部空胴と電気的に結合した外部空
   胴と、少々くとも２個の前記陽極片から導出される出力
   アンテナと、該出力アンテナが結合する開口を有し一端
   が封止され他端に誘電体窓部があり少なくとも前記内部
   空胴と共に真空々間を形成する導波管とを有することを
   特徴とする高出力用連続波マグネトロン。 ２ 前記出力アンテナは電位の異なる二個の陽極片から
   導出してループ状に形成された上、該外部空胴の内側円
   筒に囲まれた空間に構成される円形導波管に磁界結合し
   、該円形導波管を通して該結合用導波管に結合されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高出力用連
   続波マグネトロン。 ３ 前記出力アンテナを同電位の複数個の陽極片から導
   出して少なくとも先端で接合し、該結合用導波管と電界
   結合さぜたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の高出力用連続波マグネトロン。