CN1135650A

CN1135650A - 多波束速调管

Info

Publication number: CN1135650A
Application number: CN96101219A
Authority: CN
Inventors: 金权执
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-01-28
Filing date: 1996-01-28
Publication date: 1996-11-13
Also published as: JPH08264127A; EP0724281A2; KR960030299A; KR100197677B1; EP0724281A3

Abstract

一种通过使电子束漂移通路中的磁通均匀来稳定并提高产品的输出功率，还使作为产品输出能量与输入能量比率的效率提高的多波束速调管。它包括：发射多个电子束的阴极；调制从该阴极发射的电子束的密度的密度调制装置；产生用以防止从上述阴极发射的电子束发射的磁力的磁力发生装置；耦合用上述密度调制装置进行了密度调制的电子束的能量使之产生高频的高频发生装置；和收集已通过上述密度调制装置输出了微波的电子束的收集极。

Description

多波束速调管

本发明涉及多波束速调管，特别涉及到在阴极和收集极周围配置有第一永磁铁组和第二永磁铁组的多波束速调管。

迄今在利用微波的通信、电磁波加热、干燥等领域，用作高频振荡管的已知的速调管，已在例如日本专利公开平2-16533号中披露。

该公报所披露的速调管如图9所示，由产生电子束的电子枪部202、使电子束进行密度调制的高频电路部204、收集电子束并将其变成热能的收集极部206等组成。

在图9中，208是输入电路、210是输入部磁极片、212是环形永磁体、214是磁轭、216是作为电子束通路的漂移管、218是输出电路、220是输出磁极片。

在有上述这样结构的速调管中，由上述电子枪部202产生电子束，在上述高频电路部204使上述电子束密度调制后，将由上述高频电路输出的电子束在上述输出电路部218进行密度调制，然后用上述输出电路218将从上述高频电路204输出的电子束输出到例如电子炉的烹调室，同时通过用上述收集极部206收集从上述高频电路部输出的残余电子束并将上述电子束的能量变成热能，使上述电子束消失。

因此，像这样的已有的速调管，由于为了得到高输出必须使用高驱动电压和多个谐振腔，因而有产品体积变大的问题。

还由于随着产品体积变大就要用大的永久磁铁或电磁铁，难以在电子束所在的空间内保持均匀的磁通密度，因而存在作为输出能量与输入能量比率的效率降低这样的问题。

而且因为要用上述这样大的永磁铁212或电磁铁，还使产品的成本提高。

本发明正是为了解决上述种种问题而完成的，本发明的目的是提供一种由于使电子束的漂移通路上磁通密度均匀，而能使产品的输出功率高而稳定，使作为输出能量与输入能量比率的效率提高的多波束速调管。

为了达到上述目的，本发明的多波束速调管由以下各部分构成：发射多个电子束的阴极；调制从该阴极发射出的电子束密度的密度调制装置；产生用以防止从上述阴极发射的电子束发散的磁力的磁力发生装置；耦合已用上述密度调制装置进行了密度调制的电子束的能量使之产生高频的高频发生装置；和收集已通过上述密度调制装置输出了微波的电子束的收集极。

图1是本发明的多波束速调管的一实施例的正视图，

图2是本发明的多波束速调管的一实施例的剖视图，

图3是图2的主要部分的放大图，

图4是沿图2中的C-C线的剖视图，

图5是沿图2中的B-B线的剖视图，

图6是图2的磁轭的外观透视图，

图7是沿图2中的A-A线的剖视图，

图8是图2的漂移通路上的磁通密度分布图，

图9是已有的速调管的剖视图。

下面将参照附图对本发明的一实施例进行详细说明。

如图1和图2所示，发射多个电子束的阴极2由加热器输入端4与发射体输入端6、通过上述加热器输入端4与发射体输入端6接收交流120V或交流240V电压而发热的加热器8、和被由该加热器8发出的热激励而发射电子的发射体10构成。

该发射体的表面如图3所示，形成用以发射多个电子束18的多个发射部10a，为了抑制除上述发射体10的表面中上述发射部10a以外的其它地方发射电子束，在其上粘结薄薄的钼板10b。

以1排以上的环状形成多个上述发射部10a，在本实施例中如图7所示，以3排环形形成25个。

上述发射部10a还如图3所示，在上述发射体10的内侧形成凹面以使从上述发射部10a发射的电子聚集在一处。

上述加热器8和上述发射体10通过上述加热器输入端4和上述发射体输入端6，与图中未示出的输出交流120V或220V的电源装置相互串联连接。

上述加热器输入端4和发射体输入端6用外壳13支承。

产生用以防止从上述阴极2发射的多个电子束18发散的磁力的磁力发生装置12由以下各部分构成：呈环形排列在上述阴极2周围的第一永磁铁组14；呈环形排列在下述收集极周围的永磁铁组16；将从上述第一永磁铁14发出的磁通导向第二永磁铁组16以使磁通以均匀的密度分布在电子束移动的漂移通路上的第一极靴20和第二极靴22；将从上述第二永磁铁组16发出的磁通导引向第一永磁铁组14的磁轭24、26、28、30、32、34。

上述第一永磁铁组14和第二永磁铁组16分别设置在漂移通路的两端以使加到下述漂移通路上的磁通均匀。

上述第一永磁铁组14如图4所示，由按规定间隔呈环形排列的6个永磁铁36、38、40、42、44、46构成。

上述永磁铁36、38、40、42、44、46排列成一列。

第二永磁铁组16也如图5所示，由按规定间隔呈环形排列的6个永磁铁48、50、52、54、56、58构成。

上述永磁铁48、50、52、54、56、58排成一列。

上述第一永磁铁组14的永磁铁36、38、40、42、44、46，其中心轴为N极，外侧为S极。

与此相反，上述第二永磁铁组16的永磁铁48、50、52、54、56、58，其中心轴的S极，外侧为N极。

此外，为使存在电子束的各处的磁通密度均匀，与上述第一永磁铁组14和上述第二永磁铁组16内接的圆的半径设计成比下述的漂移通路的外径大。

上述第一永磁铁组14和第二永磁铁16的12个永磁铁的全部质量M由下式1、2决定。

B = {(\frac{I}{2 rb} \frac{Ptv}{n})}^{1 / 2} \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (1)

M＝B²L³ ……(2)

这里，rb是电子束18的半径，Pt是电子束18的电导系数，V是在发射体10和下述的收集极板之间形成的电位差，B是上述漂移通路上必要的磁通密度，L是从有电子束的发射部10a到第二极靴22的距离。

上述第一永磁铁组14和上述第二永磁铁组16以及上述磁轭24、26、28、30、32、34固定在支架23上。

上述的第二极靴22连接到下述的漂移管，以使电子束通过下述的第四谐振腔，到最后都保持规定的半径。

另一方面，上述磁轭24、26、28、30、32、34如图6所示，呈长的漏斗形。

上述磁轭24、26、28、30、32、34的截面是长方形。

上述磁轭24、26、28、30、32、34像上述永磁铁36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58那样排列成环形以使磁通有效地成完全闭合的回路分布。

用以使从上述阴极2发射的电子束进行密度调制的密度调制装置60由以下各部分构成：将从上述阴极2发射的电子束进行一次密度调制并放大高频功率的第一谐振腔62；使从上述阴极2发射的电子束进行二次密度调制并放大高频功率的第二谐振腔64；使从上述阴极2发射的电子束进行三次密度调制并放大高频功率的第三谐振腔66；和使从上述阴极2发射的电子束进行四次密度调制并放大高频功率的第四谐振腔68。

上述第二谐振腔64和第三谐振腔66的谐振频率设定得比上述第一谐振腔62与第四谐振腔68的谐振频率稍大，以便有效地提高电子束18的密度调制。

在上述第一谐振腔62～第四谐振腔68形成用以使从上述发射体10发射的电子束18向后述的收集极方向移动的多个漂移通路70，上述漂移通路70用铜制管72与上述第一谐振腔62～第四谐振腔68的中心轴平行地排列成一排以上的环形来形成。

在本实施例中如图7所示，是呈环形排成三排，形成25个漂移通路70。

在上述第三谐振腔66与上述第一谐振腔62之间形成反馈通道74，以使一部分高频电能从上述第二谐振腔64～第四谐振腔68回授到上述第一谐振腔62。

为了提高输出效率，上述第四谐振腔68做成比第一谐振腔62～第三谐振腔66小。

如图3所示，上述第一谐振腔62～第四谐振腔68的间隙76、78、80、82之间的间隔D₁、D₂、D₃，为了增强上述第一谐振腔62～第四谐振腔68相互间的作用程度，设定成各阶段不同，在本实施例中上述第一谐振腔62～第四谐振腔68的间隙76、78、80、82之间的间隔D₁、D₂、D₃用下式3、4、5表示，设定成分阶段减少。

D₁＝λP/4 ……(3)

D₂＝λP/6～8 ……(4)

D₃＝λP/12 ……(5)

这里，λP是用电子束的理论式决定的电子束18内的等离子体频率。

特别是，为了提高上述密度调制装置的特性，上述第三谐振腔66与第四谐振腔68的间隙80、82的间隔D₃要设置成比第一谐振腔62～第三谐振腔66的间隙76、78、80的间隔D₁、D₂小。

为了提高上述密度调制装置60的特性，还将上述第四谐振腔68的间隙82的大小设置成比其它间隙76、78、80小。

耦合已用上述密度调制装置60进行了密度调制的电子束的能量以产生高频的高频发生装置84，由用以与上述第四谐振腔68磁耦合以便吸收通过上述第四谐振腔68的电子束能量的耦合环86，和输出该耦合环86吸收的高频能量的天线88构成。

用以收集已通过上述密度调制装置60输出了高频的电子柬的收集极90，由从上述第二极靴22收集电子的收集极板92，和用以使被该收集极板92收集的电子所具有的能量以热的形式发散到外部的散热杆94与散热片96构成。

为使上述第二极靴22产生的热容易传送到外部，上述收集极板92要与上述第二极靴22相连接。

上述散热片96嵌入上述散热杆94，上述散热杆94铜焊接合到上述收集极板92上。

上述收集极板92连接到输出600V电压的图中未绘出的第二电源装置的输出端，以便在上述发射体10与上述收集极板92之间建立用以加速电子束的电位差。

下面将按照本发明的多波束速调管的一实施例的结构，从理论上说明其原理。

如在上述发射体10与收集极板92之间建立的电位差为V、个别电子束1 8的电导系数为pe、全部电子束18的电导系数为pt、用全部电子束18表示的电流值为I、输出为P、电子束18的数量为n，则按照二极管的一般原理，在上述电流值I与上述电位差V之间，下述关系6、7、8、9、10、11、12成立。

pt＝npe[1/(ΩV^1/2)] ……(6)

I＝pt V^3/2 [A] ……(7)

I＝npe V^3/2 [A] ……(8)

P＝VI [W] ……(9)

＝V npe V^3/2 ……(10)

＝npe V^5/2 ……(11)

从上述式9可得出电位差V

V＝{P/(pne)}^2/5 [V] ……(12)

由上述式12可知，增加电子束18的数量n能使上述电位差V下降，还由式11可知，增大电子束18的数量n能提高输出P。

下面将根据上述这样构成的本发明的一实施例，对多波束速调管的作用和效果进行说明。

首先，在上述加热器输入端4和上述发射体输入端6之间加上220V交流电压，在上述收集极板92上施加600V直流电压，在上述加热器8和上述发射体10上就加上了200V交流电压，上述加热器8发热。

上述加热器8发热后，将上述发射体10加热到1000℃以上，从上述发射体10的发射部10a连续发射许多电子，形成电子束18。

由于上述发射体10与上述收集极板92之间建立的600V电位差，从上述发射体10的发射部10a发射的电子束18，向上述收集极板92的方向加速。

被向上述收集极板92的方向加速的电子束18到达上述第一谐振腔62的间隙76。

在上述第一谐振腔62的间隙76，借助从图中未绘出的外部的小信号高频装置射入上述第一谐振腔62的空腔62a的小信号高频波建立电场，电子束18中的电子受到该电场的力产生速度调制。

电子束18中的电子等受到速度调制后，电子束的密度按照在上述漂移通路70内的位置进行调制。

上述电子束18继续前进到第二谐振腔64的间隙78时，通过第二谐振腔64与电子束18的相互作用，电子再次产生速度调制，这就使电子束18中密度已提高部分的电子密度进一步提高。

电子束继续前进到上述第三谐振腔66的间隙80时，与在第二谐振腔64的间隙78的作用相同，电子密度已提高的部分再逐段逐次地提高到高密度。

而为了产生高能微波，就要形成密度足够高的电子束。

有足够高的密度的电子束到达作为输出谐振腔的第四谐振腔68的间隙82时，在上述第四谐振腔68诱发感应电流，这就在第四谐振腔68内感生出电场和磁场，其中电场主要存在于第四谐振腔68的间隙82，而磁场存在于第四谐振腔68的空腔68a内。

这样，电子束18一边通过上述第四谐振腔62的间隙82一边在上述第四谐振腔68的空腔68a内感应电子能量之后，尚有一部分运动能量，它继续前进碰撞到第二极靴22的表面上而被吸收。

被上述第二极靴22吸收的电子移动到收集极板92上流入与收集极板92连结的图中未绘出的电源线中。

这时，被上述第二极靴22吸收的电子所具有的残存运动能量使上述第二极靴22发热，从上述第二极靴22产生的热通过上述收集极板92热传导至散热杆94和散热片96发散到外部。

其次，上述耦合环86通过耦合上述第四谐振腔68的空腔68a内的磁场能量，将高频能量引出到外部，向外部引出的高频波由天线发射到必要的空间，例如电子炉的烹调室。

另一方面，从上述第一永磁铁组14的永磁铁36、38、40、42、44、46的N极发出的磁通通过第一极靴20导引到漂移通路70与管72的左方，从这里向上述漂移通路70和管72发射磁通。

从上述第一极靴20放射的磁通一边保持与电子束18平行，一边通过上述的漂移通路70和管72全部地入射到上述第二极靴22。

以后，磁通从上述第二极靴22入射到上述第二永磁铁组16的永磁铁48、50、52、54、56、58的S极。

随后，从上述永磁铁48、50、52、54、56、58的N极通过六个磁轭24、26、28、30、32、34入射到上述第一永磁铁组14的永磁铁36、38、40、42、44、46的S极。

这样，磁通一边通过上述第一永磁铁组14的永磁铁36、38、40、42、44、46、第一极靴20、漂移通路70和第二极靴22、第二永磁铁组的永磁铁48、50、52、54、56、58、以及磁轭26、28、30、32、34形成全闭合回路，一边向存在电子束18的漂移通路70供给必要的磁通密度。

这时如图8所示，由于按照本发明的一实施例，与以往的呈环形设置永磁铁时的磁通密度分布T相比，以规定间隔呈环形设置永磁铁时的磁通密度分布S的一致性好，从而可以理解得到了改进。

在图8中，X轴表示从图2所示的多波束速调管的左侧向右侧的漂移通路70上的位置，Y轴表示上述图2所示的多波束速调管在其漂移通路内的磁通密度。

如图8所示，由于将磁通以均匀的密度分布在上述漂移通路70内、在防止电子束18发散的同时，还使上述电子束18从上述发射部10a到上述第二极靴22都保持规定大小的半径。

如上所述，按照本发明的多波束速调管，通过将第一永磁铁组和第二永磁铁组配置排列在阴极和收集极周围，使电子束的漂移通路有均匀的磁通密度，产品的输出稳定，同时还有能提高产品的输出、提高作为产品输出能量与输入能量之比的效率等极佳效果。

通过提高产品输出还能使产品小型化，由于无需用以获得高输出的附加部件，因而有降低产品成本的很好的效果。

Claims

1、一种多波束速调管，其特征在于它由如下各部分构成：发射多个电子束的阴极；调制从上述阴极发射的电子束的密度的密度调制装置；产生用以防止从上述阴极发射的电子束发散的磁力的磁力发生装置；耦合用上述密度调制装置进行了密度调制的电子束的能量使产生高频的高频发生装置；和收集已通过上述密度调制装置输出了微波的电子束的收集极。

2、按照权利要求1所说的多波束速调管，其特征在于所说的密度调制装置包括：将从阴极发射的电子束进行一次密度调制并放大高频功率的第一谐振腔；将从上述阴极发射的电子束进行二次密度调制并放大高频功率的第二谐振腔；将从上述阴极发射的电子束进行三次密度调制并放大高频功率的第三谐振腔；和将从述阴极发射的电子束进行四次密度调制并放大高频功率的第四谐振腔。

3、按照权利要求1所说的多波束速调管，其特征在于所说的磁力发生装置包括：呈环形配置在上述阴极周围的第一永磁铁组；呈环形配置在上述收集极周围的第二永磁铁组；将从上述第一永磁铁组发射的磁通导引向第二永磁铁组以使磁通以均匀的密度分布在电子束移动的漂移通路上的第一极靴和第二极靴；将从上述第二永磁铁组发出的磁通导引向第一永磁铁组的磁轭。