CN111653464A - 磁控管 - Google Patents

Abstract

本申请涉及磁控管。磁控管包括阴极(2)和连接到阴极(2)的阴极供电引线结构(5)。连接器(9)被包括以用于电连接到引线结构(5)，并适于连接到外部供电电源。导电壳体(13)包围连接器。电绝缘材料(12)被包括在壳体(13)内并且包围连接器(9)。绝缘材料可以是灌封材料。

Description

磁控管

发明领域

本发明涉及磁控管。

背景

磁控管是微波能量源，其中电子在磁场中在阴极和阳极之间的真空中穿行。由于电子运动，能量在谐振腔中积累，并从磁控管中提取出，用于所需的应用。在较高功率的系统中，阴极和阳极之间的电势差可能是几十千伏。通常，阳极接地，而阴极相对于阳极保持负性，阴极通过阴极引线结构连接到外部电源，以保持正确的阴极电压并且通常还为阴极加热器提供加热器电流。在较高的输出功率水平下，可能存在涉及RF泄漏、电击穿和用户接触高压部件的问题。

简要概述

根据本发明的第一方面，磁控管包括：阴极；阴极供电引线结构，其连接到阴极；连接器，其用于电连接到引线结构并适于连接到外部供电电源；和导电壳体，其包围连接器；以及电绝缘材料，该电绝缘材料，其被包括在壳体内并至少部分地包围连接器。

电绝缘材料的使用和将连接器作为磁控管的一体部分包括在内提供了特别紧凑的设备。这对于诸如放射治疗机等应用来说是有价值的，在放射治疗机中磁控管安装在移动机架上且空间有限。插座壳体产生了受控的环境，其中电绝缘材料改善了耐压性(voltage hold-off)，防止了空气电离并减少了电磁泄漏，使得磁控管能够在相对高的电压下工作，而磁控管各部分之间在高电势差下的路径长度更小。例如，在一个实施例中，磁控管可在20kV至120kV范围内的阴极电压下工作。当磁控管部署在例如海平面以上3000至5000米之间的海拔下时，本发明改进的击穿特性是有利的。紧凑的尺寸便于运输和搬运，并且与相同情景下其他可能尺寸相比需要更少的仓库空间。

壳体显著减少了来自阴极供电引线结构的RF泄漏，因此不存在干扰外部系统元件的风险。

在一个实施例中，壳体接地，并且可以电连接到阳极。这消除了用户提供/保持与磁控管的外部间隙的需要。这允许包含磁控管的系统更加紧凑。接地壳体还消除了暴露的高压端子的存在，否则这些端子可能会给工作人员带来风险。壳体可以与连接器成一体。连接器可以相对于壳体定位在不同的位置。例如，在一个实施例中，连接器被布置在圆柱形壳体的纵轴上。在另一个实施例中，连接器与圆柱形壳体的圆柱形壁成一体。这种重新定位连接器的能力提供了改进的设计灵活性，并且在将磁控管改装到已存在系统中时也很有用。

在一个实施例中，电绝缘材料至少部分地包围阴极供电引线结构。电绝缘材料可以是例如以下材料中的至少一种：硅橡胶；掺入铁氧体的橡胶(ferrite-loaded rubber)；树脂；油；和灭弧气体(arc suppressant gas)。其他材料也可以是适用的。一些绝缘材料也可以提供RF吸收，降低RF能量在壳体内积聚的风险。绝缘材料的组合可以一起使用，例如，磁控管的部件周围的固体绝缘材料和包括在壳体体积剩余部分中的灭弧气体。

在一个实施例中，电绝缘材料是由第二可弹性变形固体材料包围的第一固体材料。例如，第一固体材料可以被布置成与处于阴极电位的部件紧密地相符合(conform)，以提供良好的击穿和泄漏性能，而第二固体材料提供缓冲以减少移动并允许在使用过程中热膨胀。

当绝缘材料是固体时，绝缘材料可以封装引线结构的至少一部分。

绝缘材料可以是接合在一起的至少两个区段，例如，当设备被组装时，两个区段可以被推到一起，而不是提供单个绝缘体块。例如，这在允许出于维护目的的接近和制造磁控管方面是很有用的。

在一个实施例中，壳体是两个可分离的区段。这便于制造和接近阴极供电引线结构。壳体区段之间的接合处可以包括RF密封件。密封件可以是垫圈、胶带、焊缝、RF扼流圈或采取一些其他形式。壳体可以呈两个以上可分离的区段。

在一个实施例中，连接器包括适于接纳阳型外部电源连接器的插座。在另一个实施例中，连接器包括适于接纳阴型外部电源连接器的插头。连接器可以包括插座和插头两者，或者仅包括插座或仅包括插头。当连接到外部供电电源时，允许使用插头和插座配置进行连接的连接器可以为操作者提供安全机制和易用性。

在一个实施例中，阴极供电引线结构相对于阴极径向延伸，有时被称为侧臂装置(sidearm arrangement)。侧臂绝缘体可以是玻璃或陶瓷，但是陶瓷允许侧臂长度更短，从而提供更紧凑的设备。在另一种布置中，阴极供电引线结构沿阴极纵轴方向布置。

在一个实施例中，阴极供电引线结构包括两个基本平行的导体。

在一个实施例中，在连接器和阴极供电引线结构之间定位有容器，并且至少一个电气部件容纳在该容器内。电绝缘材料可以包围容器，以防止或降低电压击穿和RF泄漏的风险。容器可以是导电的，并且在工作期间处于阴极供电电压。

在一个实施例中，壳体上包括固定机构，用于固定来自外部供电电源的外部导体。

一个实施例中的磁控管可在0至1kA之间的电流下工作。

在一个实施例中，至少一个电气部件封装在壳体内，并形成磁控管和阴极供电电路的一部分。一个或多个部件可以包括电阻器和电容器，当磁控管连接到外部调制器时，电阻器和电容器形成磁控管的集成匹配电路。这使得磁控管性能能够例如通过匹配诸如电压、电阻、电感和电容等特性与调制器输出相匹配。

根据本发明的第二方面，一种微波系统，包括：根据本发明第一方面的磁控管、供电电源和电导体，该电导体经由阴极供电引线结构和连接器将供电电源连接到阴极。电导体可以具有接地屏障(earth screening)。

附图简述

现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的一些实施例，在附图中：

图1以纵向截面示意性地示出了根据本发明的磁控管；

图2示意性地示出了连接到外部供电电源的根据本发明的磁控管的一部分；

图3示意性地示出了在图2中示出的实施例的替代实施例；

图4示意性地示出了在图2中示出的实施例的又一替代实施例；

图5以纵向截面示意性地示出了根据本发明的另一磁控管；

图6示意性地示出了根据本发明的磁控管的一部分；

图7示意性地示出了根据本发明的磁控管的一部分的外部；

图8示意性地示出了根据本发明的磁控管的一部分；

图9示意性地示出了根据本发明的系统；以及

图10示意性地示出了根据本发明的又一系统。

详细描述

参考图1，磁控管1包括被阳极3包围的阴极2。磁控管的输出通过输出端4被耦合。阴极2的每一端都连接到具有两条引线6和7的阴极供电引线结构5，在工作期间，用于阴极的DC加热器电压施加在这两条引线上。该电压叠加在磁控管工作所需的高负电压上，在该实施例中约为50kV。阴极供电引线结构5还机械支撑阴极2。

引线6和7被真空密封到陶瓷侧臂装置8以产生真空封壳(vacuum envelope)并且被连接到连接器9，该连接器9被配置为插座10以连接外部供电电源连接件。插座壁11由介电材料制成。在磁控管的真空封壳和连接器9的外部的引线6和7封装在灌封材料12中，在这种情况下灌封材料12是硅橡胶。

圆柱形金属壳体13包围插座11和侧臂装置8内的阴极供电引线结构5。插座10与壳体13成一体，壳体13在64处电连接到磁控管阳极3，并且在65处电连接到连接器9，在工作期间接地。壳体由第一部分14和第二部分15组成，在第一部分14和第二部分15之间有密封件66。

参考图2，简化示意图图示了包括磁控管插座16的磁控管的一部分，类似于图1所示的配置，除了在该实施例中，电绝缘灌封材料17完全包围插座16的电介质壁18。导电壳体19包围插座16和灌封材料17。壳体的一个壁20固定在磁控管阳极21的一部分上并与其电接触，壳体19和阳极接地。

阴极供电引线结构22被密封到周围陶瓷绝缘体23，该周围陶瓷绝缘体23被包含在侧臂结构中并形成磁控管真空封壳的一部分。阴极供电引线结构22的两条引线24和25穿过固体绝缘材料17延伸到插座16。

在工作期间，外部供电电源通过电导体27连接到磁控管，电导体27具有插头引线供电结构28，并且该插头引线供电结构28终止于插头29。插头29被配置成符合插座16的内部形状，并且电连接插头引线供电结构28和阴极供电引线结构22。插头引线供电结构28被介电材料30和具有凸缘32的导电护套31包围，护套31通过凸缘32机械地固定到壳体19上，并通过与壳体19的电接触接地。

参考图3，在另一个实施例中，该结构类似于图2所示的结构，并且相同的附图标记用于相同的部件。在这种构型中，与阴极引线24和25相比，插座16在横向方向上延伸，插座16与壳体19的圆柱形侧壁33是一体的。阴极引线24和25终止于绝缘材料34内，并且外部插头具有带有端子35和36的插头供电结构，端子35和36通过在阴极引线35和36与插座连接器16之间延伸的孔分别连接到阴极引线24和25。

参考图4，在另一个实施例中，该结构类似于图2所示的结构，并且相同的附图标记用于相同的部件。在这种布置中，连接器是插头38，插头38具有电介质材料39和外部导电层41，电介质材料39包围电绝缘材料40。阴极供电引线42和43被壳体19内的绝缘材料40封装。在工作期间，外部导体通过插座供电引线结构45被连接，插座供电引线结构45连接到磁控管插头38。

参照图5，类似于图1所示的磁控管包括位于阴极供电引线结构47和插座连接器48之间的导电容器46。容器46容纳的电子元件(未示出)形成阴极供电电路的一部分。在该实施例中，壳体19内的电绝缘材料是灭弧气体。然而，可以使用固体电绝缘材料，如图1所示的实施例中所使用的，或者可以使用绝缘液体代替。

参考图6，磁控管包括容纳电子部件的金属容器49，该容器处于阴极电位。容器49、阴极引线结构50、连接器54由壳体19内的电绝缘灌封材料封装。灌封材料52分为两个区段52和53，区段52和53在55处接合。灌封材料的一个区段52附接到壳体的一个区段56，而另一个区段53附接到壳体的另一个区段57。图7是图6中所示的磁控管的外部视图。外部连接器58位于磁控管插座中。

参照图8，磁控管类似于图6所示的磁控管，但是在该实施例中，第一电绝缘灌封材料60将处于阴极电位的部分封装在壳体内，并且第二可弹性变形电绝缘材料61包围第一灌封材料60的一部分。

参考图9，系统包括磁控管61和外部供电电源62，磁控管61可以是例如图1至图8中所示的任何一种磁控管。具有接地屏障的外部电导体63将供电电源连接到磁控管，以向阴极供电。

参考图10，系统包括磁控管68和输出端67，该系统带有导电壳体69，导电壳体69界定与连接器74的插座接口。壳体69包含电介质材料70，并容纳侧臂71和阴极引线72。阴极引线72通过引线73电连接到连接器74，作为电气部件75的布置的一部分，形成阴极和加热器供电电路的一部分。当磁控管连接到外部调制器时，部件75包括电阻器和电容器，该电阻器和电容器被包括在磁控管的集成匹配电路中。这使得磁控管性能能够与调制器输入相匹配，以便例如通过匹配诸如电压、阻抗、电感和电容等特性来实现高效工作。

本发明可以以其他具体的形式来实施，而不脱离本发明的本质特征。所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求指定，而不是由前面的描述指定。在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化将被包括在权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种磁控管，包括：阴极；阴极供电引线结构，其连接到所述阴极；连接器，其用于电连接到所述引线结构并适于连接到外部供电电源；导电壳体，其至少部分地包围所述连接器；以及电绝缘材料，其被包含在所述壳体内并包围所述连接器。

2.根据权利要求1所述的磁控管，包括电连接到所述壳体的阳极。

3.根据权利要求1或2所述的磁控管，其中，所述壳体适于在所述磁控管工作期间接地。

4.根据权利要求1、2或3所述的磁控管，其中，所述壳体与所述连接器成一体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述电绝缘材料至少部分地包围所述阴极供电引线结构。

6.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述电绝缘材料是以下材料中的至少一种：硅橡胶；掺入铁氧体的橡胶；树脂；油；和灭弧气体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述电绝缘材料是固体，并且是接合在一起的至少两个区段。

8.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述电绝缘材料是第一固体材料，所述第一固体材料被第二可弹性变形固体材料包围。

9.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述壳体呈两个可分离的区段。

10.根据权利要求9所述的磁控管，包括位于所述两个可分离的区段之间的接合处的RF密封件。

11.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述电绝缘材料是固体，并且至少部分地封装所述阴极供电引线结构。

12.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述连接器包括插座，所述插座适于接纳阳型外部电源连接器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述连接器包括插头，所述插头适于接纳阴型外部电源连接器。

14.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述阴极供电引线结构相对于所述阴极径向地延伸。

15.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，所述阴极供电引线结构包括两个基本平行的导体。

16.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，包括位于所述连接器和所述阴极供电引线结构之间的容器和容纳在所述容器内的至少一个电气部件。

17.根据权利要求16所述的磁控管，其中，所述容器是导电的，并且在工作期间处于阴极供电电压。

18.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，包括位于所述壳体上的固定机构，所述固定机构用于固定来自所述外部供电电源的外部导体。

19.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其能够操作使得所述阴极保持在20kV至120kV的范围内。

20.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其能够在0至1kA之间的电流下工作。

21.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其能够在海平面以上3000至5000米之间的海拔处工作。

22.根据前述权利要求中任一项所述的磁控管，其中，至少一个电气部件被封装在所述壳体内，并形成所述磁控管和阴极供电电路的一部分。

23.一种微波系统，包括：根据前述权利要求中任一项所述的磁控管、供电电源和电导体，所述电导体通过所述阴极供电引线结构和所述连接器将所述供电电源连接到所述阴极。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述电导体具有接地屏障。

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