CN1169062A - 高压静噪滤波器及采用该滤波器的磁控管装置 - Google Patents

Abstract

用于磁控管装置的一种高压静噪滤波器，包括一个线圈，其导线包覆一绝缘层，另一个线圈的导线的绝缘层上形成一导电层，该两个线圈相互串接。两个线圈的连接部位具有三层结构，其中，在导电层端部附近形成具有半导体或绝缘体的高耐压层，它介于绝缘层的外表面与导电层之间。

Description

高压静噪滤波器及采用该滤波器的磁控管装置

本发明涉及一种应用于微波器件的高压静噪滤波器及配用这种高压静噪滤波器的磁控管装置。

图10是一个底面图，它表示配用一个传统高压静噪滤波器1的一个磁控管的有关部分。图中，心柱端头5a和5b分别与部分绕成线圈的导线2a和2b连接，以防止基波噪声和高次谐波噪声从磁控管的各个心柱端头5a和5b泄漏。除了与各个心柱端头5a和5b相连的端部30a和30b之外，导线2a和2b沿其整个长度方向涂有一绝缘材料。在作为扼流圈4a和4b的线圈部分，导线2a和2b涂有绝缘层1a和1b。在各个导线2a和2b的另一线圈部分3a和3b，在前述绝缘层1a和1b上形成由斜阴影线表示的导电层34a和34b。在线圈部分3a和3b的端部31a和31b，导线2a和2b仅有绝缘层1a和1b，其端部连接到各个紧固接头(端头)7a和7b，后者连接到一个微波源6。线圈部分3a和3b分别收容于筒状导体8a和8b。导电层34a和34b与各个筒状导体8a和8b的内壁电接触，线圈部分3a和3b机械地固定于各个筒状导体8a和8b。图10为了示出线圈部分3a和3b，仅表示该筒状导体8a和8b的截面。筒状导体8a和8b收容于树脂壳体16a和16b。在树脂壳体16a和16b内，用绝缘树脂材料11充填收容线圈部分3a和3b的筒状导体8a和8b、端部31a和31b以及紧固接头7a和7b与端部31a和31b之间的接头。筒状导体8a和8b通过接地板9与滤波器壳体10电连接。

此种结构的高压静噪滤波器中，在导线2a和2b的外表面上形成的绝缘层1a和1b对高压静噪滤波器的耐压性能具有重要的影响。尤其是，线圈部分3a和3b的端头区域1E和1F有时候在导电层34a和34b的端部附近，可能承受异常增加的电场强度，该增加的电场强度趋于使靠近导电层端部的绝缘被破坏。防止绝缘被破坏，需要提高导电材料2a和2b之绝缘层1a和1b的耐压性能。不幸的是，耐压性能的提高又要求绝缘层1a和1b有很厚的厚度。而绝缘层1a和1b厚度的增加将导致线圈部分3a和3b尺寸的增大。结果不仅导致高压静噪滤波器的尺寸增大，而且还减低了线圈部分3a和3b的外表面与导线2a和2b之间的电容量。由此，使静噪滤波器的性能遭到严重劣化。

鉴于上述，本发明旨在不增加绝缘层1a和1b的厚度而减小前述导电层端部附近电场的密度，由此改善高压静噪滤波器的耐压性能。本发明是经过实验研究以及在许多实验例子基础上进行研制而作出的。

根据本发明的一种高压静噪滤波器，它包括用以产生电感分量的线圈状导线，用以产生在导线表面上所形成之电容分量的绝缘层，以及通过喷镀或沉积金属材料在至少一部分绝缘层上所形成的导电层。电容分量通过导线、绝缘层和导电层产生。

高压静噪滤波器进一步包括高耐压层，它包括半导体层或绝缘体层，高耐压层至少在介于绝缘层的外表面与导电层之间的导电层端部附近形成。

由此将减小导电层端部附近的电场密度。结果，绝缘层的耐压性能得到了改善，其可靠性加强。此外，绝缘层的厚度减小，由此而提供一种成本低、体积小的的高压静噪滤波器。

根据本发明的高压静噪滤波器的另一方面，包括导电层的线圈状导线被收容于筒状导体内。

由于线圈状导线收容于筒状导体内，在绝缘层外表面上形成的导电层与筒状导体的内壁接触，由此形成了多个接触部分。结果，导电层与接地板在电连接到接地板的整个筒状导体，以低阻抗相互连接，该导电层的电位较低，导电层端部附近的电场密度进一步减小。因此，线圈状导线的绝缘层的耐压性能得到显著改善，形成更高的可靠性。在根据本发明的高压静噪滤波器的另一方面，所述半导体层包括一种电阻率为10^-4至10⁶Ωm范围的材料。

通过将电阻率为10^-4至10⁶Ωm范围的半导体层作为高耐压层，可以减小导电层端部附近的电场强度。

根据本发明的高压静噪滤波器的另一方面，前述绝缘体包括聚酰亚胺树脂材料。

通过形成聚酰亚胺树脂材料的高耐压层，减小导电层端部附近的电场强度。

根据本发明的高压静噪滤波器的另一方面，前述绝缘体包括硅树脂材料。

通过形成硅树脂材料的高耐压层，减小导电层端部附近的电场强度。

根据本发明的磁控管装置，它配用一种高压静噪滤波器，包括产生电感分量的线圈状导线，在导线表面上形成电容分量的绝缘层，部分形成于绝缘层上的导电层，以及一个高耐压层，后者包括至少在介于绝缘层的外表面与导电层之间的导电层端部附近所形成的半导体层或绝缘体层。

由于配用了耐压性能得到改善的高压静噪滤波器，本发明的磁控管装置的可靠性得以改善，该静噪滤波器的特点在于，在介于绝缘层外表面与导电层之间的线圈状导线的导电层端部附近，形成高耐压层。

根据本发明的磁控管装置的另一方面，该磁控管装置配用了一种高压静噪滤波器，其中，具有绝缘层和导电层的线圈状导线被收容于筒状导体内。

通过将线圈状导线收容于筒状导体内，高压静噪滤波器的耐压性能可以得到显著的改善，配用此种高压静噪滤波器的磁控管装置，其可靠性得到显著改善。

图1是一个顶平面图，表示根据本发明第一个实施例的一个高压静噪滤波器的有关部分；

图2A是一个顶平面图，表示本发明的高压静噪滤波器的线圈部分；

图2B是沿图2Ab-b线的截面图；

图2C是沿图2Ac-c线的截面图；

图3A是一个截面图，表示本发明的高压静噪滤波器的导线材料；

图3B是一个截面图，表示传统高压静噪滤波器的导线材料；

图4是一个曲线图，表示图3A和3b所示各个导线材料外表面的场强分布；

图5是一个曲线图，表示本发明的高压静噪滤波器和传统高压静噪滤波器的电场强度性能；

图6是一个顶平面图，表示根据本发明第二个实施例的一个高压静噪滤波器的有关部分；

图7是沿图6VII-VII线的截面图；

图8是一个曲线图，表示本发明的高压静噪滤波器的电阻与耐压之间的关系；

图9是一个前视截面图，表示根据本发明第三个实施例的磁控管装置，该装置配用了本发明的高压静噪滤波器；

图10是一个截面图，表示配用传统高压静噪滤波器的磁控管装置的有关部分。

以下将参照图1至图9详细描述本发明的较佳实施例。

第一实施例

图1是一个顶平面图，表示根据本发明第一个实施例的一个高压静噪滤波器。图中，用以产生一个阻抗之电感分量的导线2a和2b，由直径为1至2毫米的铜线或铝线制成。导线2a和2b具有粗阴影线所示部分剥除了绝缘体护套的裸导线，它与未图示的磁控管的心柱端头连接。导线2a和2b涂上由热阻树脂材料，例如氟树脂组成的厚度为30至500微米，较佳地为300微米左右的绝缘层。其它材料，诸如聚酰亚胺树脂、硅树脂或类似的材料也可同样采用，由此构成护套线29a和29b。扼流圈4a和4b由绕成外径为10至20毫米线圈、长度为15至25毫米的护套线29a和29b制成。扼流圈4a和4b分别在其中空部分收容如铁氧体制成的铁心4C和4b。线圈部分3a和3b由从扼流圈4a和4b端部4E和4F延伸的护套线组成，其外径比扼流圈4a和4b的大。在线圈部分3a和3b，护套线29a和29b具有进一步在热阻护套上形成的导电层34a和34b，该热阻材料类似于上述树脂，诸如氟树脂。通过喷镀或沉积包括锌、焊接料、铜、银板之类至少一类金属材料，形成导电层34a和34b。图1所示交叉阴影线表示其上形成导电层34a和34b的护套线29a和29b部分。通过前述的导线2a和2b、护套33a和33b以及导电层34a和34b形成电容器。

图2A是图1所示线圈部分3b的侧视图。除了线圈部分3a按与线圈部分3b相反的方向(按对称形式)绕制外，线圈部分3a具有与线圈部分3b相同的形状和尺寸。因此，对图2A至2C所示线圈部分3b的描述同样适用于线圈部分3a。因此，图2A至2C所示线圈部分3a之组件的标号旁附有线圈部分3b相同之组件的标号。

图2B是沿图2Ab-b线的边界区域12a和12b的端部1C和1D的截面图，该端部与护套线29a和29b连续。如图2B所示，端部1C和1D具有双层结构，其中，导线2a和2b的外表面外套绝缘层的护套33a和33b。绝缘层较佳地用氟树脂，但其它材料诸如聚酰亚胺树脂、硅树脂或类似的材料也同样可用。护套33a和33b的外表面分别包覆高耐压层35a和35b。

图2C是沿图2Ac-c线的端部区域1E和1F的截面图。图2中，端部区域1E和1F具有三重结构，其中，围绕导线2a和2b的护套33a和33b的预定部分(即除了端部之外的部分)的外表面包覆高耐压层35a和35b，高耐压层的外表面的预定部分(即除了端部之外)分别包覆导电层34a和34b。

跨过边界部分12a和12b，包括由交叉阴影线所示的端部1C和1D，以及图1所示线圈部分3a和3b的端部区域1E和1F，高耐压层35a和35b在护套线29a和29b的护套33a和33b上形成，如图2A、2b和2C所示。

高耐压层35a和35b由诸如聚酰亚胺、硅或类似树脂材料制成的半导体层或绝缘层组成。半导体层具有中等量值的电阻率，介于绝缘材料与导电材料之间，较佳地电阻率为10^-4至10⁶Ωm。较佳的半导体层材料的例子包括黄铁矿、锗、氧化铜、硒和类似的材料。

将此种材料粉化并与绝缘材料混合，形成一种薄膜或套管。所形成的薄膜或套管缠绕或套在护套线29a和29b的护套33a和33b的外表面上，由此形成半导体层作为高耐压层35a和35b。在将聚酰亚胺树脂材料用作绝缘材料作为高耐压层35a和35b的情况下，实际上是将聚酰亚胺薄膜绕在护套线的护套上。另外，在采用硅树脂材料的情况下，实际上是将硅树脂套管套在护套上，或将硅糊涂到护套线的护套上。

在邻近线圈部分3a和3b的端接部1C和1D的端接区域1E和1F，通过喷镀前述较软的金属材料诸如锌，而在高耐压层35a和35b上形成导电层34a和34b。同样，也可以采用其它材料诸如焊料或类似的材料。这样，端接区域就形成如此的结构，其中，护套线29a和29b的护套33a和33b包覆高耐压层35a和35b，并进一步包覆导电层34a和34b诸如锌或焊料。在从线圈部分3a和3b延伸到紧固接头7a和7b的边界区域32a和32b上也分别形成高耐压层35a和35b。同端接区域1E和1F相同，线圈部分3a和3b另一端的端接区域3C和3D也分别具有护套33a和33b、高耐压层35a和35b以及导电层34a和34b。

图1中，位于线圈部分3a和3b各个端接部3C和3D的导电层34a和34b，通过导体14诸如焊料连接到接地板9。线圈部分3a和3b收容于图1以截面形式所示的树脂壳体16a内。线圈部分3a和3b的边界区域32a和32b收容于图1以截面形式所示的树脂壳体16b内。线圈部分3a和3b的端子12E和12F连接到经树脂壳体16b延伸突出壳体16b外的各个紧固接头7a和7b。树脂壳体16a和16b的内部充填绝缘树脂材料11，诸如环氧树脂。因此，从端接部1C和1D至端子12E和12F与紧固接头7a和7b之间的连接点部分都与绝缘树脂11封密。

根据本发明，由于端接区域1E、1F、3C和3D均为最有可能产生电场密度，由此最易受到绝缘击穿，故使线圈部分3a和3b的端接区域1E和1F以及3C和3D形成上述的三层结构。

图4表示根据本发明的图3A所示的线材40与采用双层结构的图3B所示的传统线材41之间的比较结果。线材以直线延伸。线材40用于本发明，其中，线圈部分3a和3b的端接区域1E采用三层结构。图3A所示的线材40中，在直径为1.4毫米的铜导电材料2a的外表面上形成0.3毫米厚的氟树脂护套33a。沿导线长度方向在20毫米范围内，在护套33a的外表面上形成0.2毫米厚的聚酰亚胺薄膜42作为高耐压层35a，导线的中心线P通过20毫米范围的中间延伸。此外，在中心线P向右延伸的区域内形成0.1毫米厚的焊料层，作为导电层34a。该项试验产生了一种可喜的结果，使大约20毫米长的聚酰亚胺薄膜有助于改善绝缘层的耐压性能。

另一方面，图3B所示的传统线材41包括在中心线P右侧区域形成的导电层34a，但不包括用作高耐压层的聚酰亚胺薄膜42。线材41的其它部分按与图3A所示线材40之相同的方式制成。

至于图3A和3b所示的线材40和41，假定将一个3000V至7000V的交流电压跨接在导电材料2a与导电层34a之间，通过有限元法计算护套33a外表面的场强。图4用曲线表示该计算结果。图4中，横坐标上的数字示出从表示零(中)点的中心线P沿线材40和41的两侧距离。纵坐标上的数字表示场强计算值。图4中实线所示为本发明的线材40，其中心点P处的场强约为4600V/m，离中心点P两侧30毫米处的场强约为3100V/m。相反，点划线所示为传统的线材41，其中心点P处的场强约为7000V/m，离中心点P两侧30毫米处的场强约为3200V/m，该3200V/m的场强与线材40的相应场强无明显区别。由图可见，在场强达到峰值的中心点P附近的场强，本发明的线材40远小于传统的线材41。可见，本发明的线材40明显地减低了电场密度。

以下的试验是根据图1所示实施例的高压静噪滤波器进行的。图2C所示导线2a和2b、护套33a和33b、高耐压层35a和35b、以及导电层34a和34b按与图3A所示相同的方式构成。图1中，将一个高压发生器15跨接在紧固接头7a和7b与接地板9之间，以施加一个从5KV至18KV的交流电压。该项试验是对10个样品进行的，每个样品包括如高耐压层35a和35b、半导体层、聚酰亚胺薄膜或硅树脂套管。图5用曲线表示对产生绝缘击穿的护套33a和33b进行的电压测量。图5中，点表示各个样品的绝缘击穿电压(KV)。与连通点的垂直线交叉的短横线表示每个样品组绝缘击穿电压的平均值。图5示出无高耐压层35a和35b的传统静噪滤波器的所有10个样品，其绝缘击穿电压为7KV至10KV，平均击穿电压值约为9KV。至于包括用半导体层作为高耐压层的本发明实施例的样品，其绝缘击穿电压的平均值约为14KV。包含聚酰亚胺薄膜和硅树脂套管的样品，其绝缘击穿电压的平均值分别为16KV和14KV。从上述结果可见，根据本发明实施例的高压静噪滤波器与传统的高压静噪滤波器相比，其绝缘击穿电压提高了50％以上。尤其是，采用聚酰亚胺薄膜的高压静噪滤波器，其耐压性能取得了极大的改善，绝缘击穿电压提高了70％以上。

第二实施例

图6是根据本发明第二个实施例的一个高压静噪滤波器的顶平面图。图6中，扼流圈4a和4b以及线圈部分3a和3b用与图1所示第一个实施例的相同方式构成。第二个实施例与第一个实施例的不同之处在于，线圈部分3a和3b分别收容于筒状导体8a和8b内。图7是沿图6VII-VII线的截面图。如图7所示，线圈部分3a和3b收容于各个筒状导体8a和8b内，与各个筒状导体8a和8b的内壁保持紧密接触。因此，线圈部分3a和3b外表面上由较软金属形成的导电层34a和34b，由于导电层的柔软度，与筒状导体8a和8b的内壁保持充分的接触，由此与筒状导体建立了优良的电接触。图1中，筒状导体8a和8b连同线圈部分3a和3b的导电层34a和34b，通过导体14诸如焊料连接到位于端接区域3C和3D的接地板9。如图6和图7所示，分别收容线圈部分3a和3b的筒状导体8a和8b收容于树脂壳体16a和16b内，按与第一个实施例相同的方式，将绝缘树脂材料11模制成线圈部分和筒状导体。

类似于本发明的第一个实施例，对根据本发明第二个实施例的高压静噪滤波器也进行了试验。通过高压发生器15将一个交流高压分别施加到紧固接头7a和7b与接地板9两端，测量护套线29a和29b的护套33a和33b的绝缘击穿电压。图8用曲线表示测量结果。图中，用横坐标画出电阻，通过图6所示跨接在接地板9与线圈部分3a和3b之端接区域1E和1F之间的电阻计测量该电阻。第一个实施例呈现的电阻为0.15至0.2欧姆，而第二个实施例呈现的电阻更小，为0.05至0.1欧姆。这是因为，线圈部分3a和3b的导电层34a和34b在多个接触部位与筒状导体8a和8b的内壁接触。图8中，高压发生器15的电压用纵坐标画出。测量结果表明，第一个实施例的绝缘击穿发生在11至16KV的电压范围，而第二个实施例的绝缘击穿发生在17至22KV的电压范围。故在耐压性能方面，第二个实施例比第一个实施例取得了更大的改善。电阻越小意味着耐压性能改善越大。其原因如下：由于由软金属形成的导电层34a和34b在多个接触部位与筒状导体8a和8b的内壁接触，故随着电阻的减小，导电层34a和34b的电位也减低。导电层电位的减低还导致趋于产生电场密度的端接区域1E和1F的电位减低。这就进一步导致电场密度的减低，导致耐压性能的改善。

第三实施例

图9所示第三个实施例，是配用本发明第一个实施例高压静噪滤波器25的一个磁控管装置的截面图。该实施例的磁控管装置中，磁控管13包括例如由涂钍钨制成的螺旋形阴极17、例如由铜制成的圆柱形阳极18、由磁性材料例如铁制成的一对极片19a和19b、陶瓷支承件20、用以发射微波的天线21以及包括心柱端5a和5b的心柱22。它还进一步配备了外磁路部分，包括用以在磁控管部分13外面产生磁场的永久磁铁23a和23b，以及轭铁24。轭铁24配置一个滤波器壳体10，诸如由导电材料制成。该滤波器壳体10收容了根据第一个实施例的高压静噪滤波器25。该高压静噪滤波器25的导线2a和2b分别与心柱端头5a和5b连接。图9是一个截面图，其中仅仅示出两个扼流圈4a和4b以及两个线圈部分3a和3b中的各一个，它们相对图平面是垂直设置的。第一个实施例的高压静噪滤波器25可以由第二个实施例的替代。通过采用第一或第二个实施例的高压静噪滤波器，可以获得优良的耐压性能，根据该实施例的磁控管装置可以获得优良的耐压性能和较长的寿命。

尽管本发明是根据所述较佳实施例描述的，但这种描述并不视为一种限制。在阅读了上述内容后，对本发明所属领域的熟练人员来说，其各种替换和修改无疑将变得很清楚。因此，所附权利要求书被视为覆盖了本发明精神和范围内的各种替换和修改。

Claims (7)

1.一种高压静噪滤波器，其特征在于包括：

用以产生阻抗之电感分量的线圈状导线；

在所述导线表面上形成，用以产生该阻抗之电容分量的绝缘层；

在所述绝缘层一部分上形成的导电层；以及

至少在所述导电层端部的附近区域形成的具有半导体或绝缘体的高耐压层，其至少一部分介于所述绝缘层的外表面与所述导电层之间。

2.如权利要求1所述的高压静噪滤波器，其特征在于，具有所述绝缘层和所述导电层的线圈状导线，通过其收容于一筒状导体而予以固定。

3.如权利要求1所述的高压静噪滤波器，其特征在于，所述半导体具有10^-4至10⁶Ωm的电阻率。

4.如权利要求1所述的高压静噪滤波器，其特征在于，所述绝缘体包括聚酰亚胺树脂材料。

5.如权利要求1所述的高压静噪滤波器，其特征在于，所述绝缘体包括硅树脂材料。

6.一种包括高压静噪滤波器的磁控管装置，其特征在于包括：

用以产生阻抗之电感分量的线圈状导线；

在所述导线表面上形成，用以产生该阻抗之电容分量的绝缘层；

在所述绝缘层一部分上形成的导电层；以及

至少在所述导电层端部的附近区域形成的具有半导体或绝缘体的高耐压层，其至少一部分介于所述绝缘层的外表面与所述导电层之间。

7.如权利要求6所述的包括高压静噪滤波器的磁控管装置，其特征在于，具有所述绝缘层和导电层的线圈状导线收容于一个筒状导体内。

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