CN1276458C - 磁控管 - Google Patents

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CN1276458C CNB021605491A CN02160549A CN1276458C CN 1276458 C CN1276458 C CN 1276458C CN B021605491 A CNB021605491 A CN B021605491A CN 02160549 A CN02160549 A CN 02160549A CN 1276458 C CN1276458 C CN 1276458C
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Abstract

本发明的磁控管中，在叶片(2)的任意位置上连接的天线簧片(17)贯穿磁极片(7)和金属管(8)而不与其接触，并且连接到磁控管的输出部，构成该天线簧片(17)中3次谐波抑制用筒状扼流器(15)的开口端部与叶片(2)的连接部之间的电长度L1为3次谐波波长(λ)的1/2，由此，抑制3次谐波和3次谐波边带。

Description

磁控管
发明背景
本发明涉及微波炉等用的磁控管，尤其涉及抑制来自磁控管输出部的高次谐振波成分泄漏的机构。
微波炉用的磁管中，作为基波，一般产生2.45GHz的微波。磁控管产生微波时，除基波外，还同时产生具有基波整数倍的频率的高次谐波成分。从输出部辐射该高次谐波成分，则与基波同样，高次谐波也传播到微波炉内。高次谐波的波长短，因而一旦在微波炉内传播该波，就难以防止泄漏到微波炉外部。往微波炉外部泄漏的泄漏电功率有时会引起射电事故，因而在日本国由法律规定泄漏的限度值。
于是，为了在微波炉内的磁控管本身抑制产生高次谐波成分，一般采用在输出微波的输出部设置四分之一波长型扼流器的磁控管。
参照附图说明这种已有的磁控管。
图10是示出已有磁控管主要部分的剖面图。图11是示出采用已有磁控管的微波炉中各高次谐振噪声电平的曲线。图12是示出一例在细分范围画成的采用已有磁控管的微波炉所泄漏3次谐振边带噪声电平的图形。图11和图12中，纵轴表示噪声电平〔dBpW〕，横轴表示振荡频率〔GHz〕。
如图10所示，阳极圆筒01的内壁装定多个叶片102，这些叶片102配置成朝向阳极圆筒101的中心轴。在阳极圆筒101的内部，沿其心轴设置阴极105，阴极105的上下两端分别固定于端帽106。各叶片102的上下端分别利用大小成对的带状环103、104间隔一个加以连接。圆筒状阳极圆筒101的上下开口端对磁极片107为中介，密封金属管108。
在金属管108内部，在作为输出侧的上方，实质上同轴地配置抑制3次谐波用的筒状扼流器109和抑制5次谐波用的筒状扼流器110。如图10所示，一个叶片102上固定天线簧片113的一个端部。该天线簧片113穿通磁极片107，沿金属管108的中心轴在其内部往上方伸出。天线簧片113贯穿金属管108的内部，并且穿通由陶瓷圆筒111和排气管112构成的输出部120，而不接触该部的内部表面。天线簧片113的前端与排气管112一起压接并固定在输出部120上。
将以上那样构成的磁控管用于微波炉，测量该微波炉泄漏的噪声电平。如图11所示，相对于基波(2.45GHz)的各高次谐波噪声电平中，7.35GHz波段的3次谐振的电平为比其他高次谐波电平高的状态。
图12的图形示出将采用已有磁控管的微波炉中泄漏的3次谐振噪声电平在细分范围中画成的结果。如图12所示，在3次谐波周边，6.9±0.15GHz的低边带和8.3±0.15GHz的高边带的电平为高状态。具体而言，7.35GHz的3次谐波中，噪声电平为约80dBpW，6.9±0.15GHz的低边带中为约87dBpW，8.3±0.15GHz的高边带中为约96dBpW，是峰值。
上述所述那样，已有的磁控管中，为了抑制3次谐波和5次谐波，存在具有扼流器结构的磁控管。然而，即使将这些磁控管用于微波炉时，从图11和图14所示的噪声电平曲线可知，与其他高次谐波相比，3次谐波噪声电平的抑制还不充分，尤其在3次谐波周边的6.9±0.15GHz的低边带和8.3±0.15GHz的高边带中，存在未发挥高次谐波抑制扼流器作用的问题。
发明内容
本发明解除上述已有磁控管存在的问题，其目的为提供一种磁控管，不增加部件数，用简单的结构就能可靠减少3次谐波和该3次谐波边带的噪声电平。
为了达到上述目的，本发明的磁控管具有一端开口的圆筒状阳极圆筒、
以磁极片为中介密封所述阳极圆筒的开口端的金属管、
在所述金属管的内表面侧同轴设置的3次谐波抑制用筒状扼流器和5次谐波抑制用筒状扼流器、
在所述阳极圆筒的内表面配置成朝向其中心轴的多个叶片、
连接在所述叶片的任意位置上的天线簧片，以及
连接有以非接触方式贯穿所述磁极片和所述金属管的所述天线簧片并且对所述金属管绝缘的输出部；其中，
由所述金属管和其内侧配置的所述3次谐波抑制用筒状扼流器构成对3次谐波频段的四分之一波形型扼流器，由所述3次谐波抑制用筒状扼流器和其内侧配置的5次谐波抑制用筒状扼流器构成对5次谐波频段为四分之一波形型扼流器，而且
构成从所述天线簧片中与所述叶片的接触端部至所述3次谐波抑制用筒状扼流器开口端部的电长度L1为3次谐波波长的1/2。利用做成这种结构，本发明的磁控管能可靠抑制3次谐波的噪声电平。
另一观点的本发明磁控管中，具有一端开口的圆筒状阳极圆筒、
以磁极片为中介密封所述阳极圆筒的开口端的金属管、
在所述金属管的内表面侧同轴设置的3次谐波抑制用筒状扼流器和5次谐波抑制用筒状扼流器、
在所述阳极圆筒的内表面配置成朝向其中心轴的多个叶片、
连接在所述叶片的任意位置的天线簧片，以及
连接有以非接触方式贯穿所述磁极片和所述金属管的所述天线簧片并且对所述金属管绝缘的输出部；其中，
由所述金属管和其内侧配置的所述3次谐波抑制用筒状扼流器构成对3次谐波频段的四分之一波形型扼流器，由所述3次谐波抑制用筒状扼流器和其内侧配置的5次谐波抑制用筒状扼流器构成对5次谐波频段为四分之一波形型扼流器，而且
所述3次谐波抑制用筒状扼流器，其导入所述叶片上连接的所述天线簧片的一侧为开口，该开口端侧形成直径小的小径部，输出侧形成直径大的大径部。利用做成这样的结构，本发明的磁控管能进一步可靠地抑制3次谐波的噪声。
又一观点的本发明磁控管，具有一端开口的圆筒状阳极圆筒、
以磁极片为中介密封所述阳极圆筒的开口端的金属管、
在所述金属管的内表面侧同轴设置的3次谐波抑制用筒状扼流器和5次谐波抑制用筒状扼流器、
在所述阳极圆筒的内表面配置成朝向其中心轴的多个叶片、
连接在所述叶片的任意位置上的天线簧片，以及
连接有以非接触方式贯穿所述磁极片和所述金属管的所述天线簧片并且对所述金属管绝缘的输出部；其中，
由所述金属管和其内侧配置的所述3次谐波抑制用筒状扼流器构成对3次谐波频段的四分之一波形型扼流器，由所述3次谐波抑制用筒状扼流器和其内侧配置的5次谐波抑制用筒状扼流器构成对5次谐波频段为四分之一波形型扼流器；
构成从所述天线簧片中与所述叶片的接触端部至所述3次谐波抑制用筒状扼流器开口端部的电长度L1为3次谐波波长的1/2；而且
3次谐波抑制用筒状扼流器，其导入叶片上连接的天线簧片的一侧为开口，该开口端侧形成直径小的小径部，输出侧形成直径大的大径部。利用这样做成的结构，本发明的磁控管能可靠地抑制3次谐波中两个边带的噪声。
本发明的磁控管中，3次谐波抑制用筒状扼流器结构上可做成小径部的内径尺寸为3次谐波波长(λ)的1/4以下。
本发明的磁控管中，可使3次谐波抑制用筒状扼流器的小径部与大径部的高低差部分实质上形成直角。
本发明的磁控管中，3次谐波抑制用筒状扼流器倾斜的形成其小径部与大径部的高低差部分。
本发明的磁控管，还可使输出部以圆筒状绝缘物为中介安装在金属管上，并且具有与所述圆筒状绝缘物接合且固定于其上的排气管以及在所述所述排气管的内侧往平行于天线簧片导向方向的方向伸出的圆筒部，由所述圆筒部和所述天线簧片构成对3次谐波低边带的四分之一波形型扼流器。
本发明的新颖特征仅为所附权利要求书具体记述的，但本发明有关结构和内容这两方面，与其他目的和特征一起，通过结合附图阅读以下详细说明，会得到更好理解和评价。
附图说明
图1是示出本发明所涉及第1实施例的磁控管主要部分的剖面图。
图2是示出第1实施形态的磁控管中主要部分尺寸的放大剖面图。
图3是示出第1实施形态的磁控管中从天线簧片的叶片端部到3次谐波抑制用扼流器的长度与噪声电平的关系的曲线。
图4是示出采用第1实施形态的磁控管的微波炉中3次谐波周边频段噪声电平的图形。
图5是示出本发明所涉及第2实施形态磁控管的主要部分的剖面图。
图6是示出第2实施形态的磁控管中主要部分的尺寸的放大剖面图。
图7是示出3次谐波用扼流器小径部的直径与抑制频带的关系的曲线。
图8是示出采用第2实施形态的磁控管的微波炉中3次谐波周边频段噪声电平的图形。
图9是示出采用第2实施形态的磁控管的微波炉中各次谐波周边频段噪声电平的图形。
图10是示出已有磁控管主要部分的剖面图。
图11是示出采用已有磁控管的微波炉中各次谐波噪声电平的曲线。
图12是示出一例将采用已有磁控管的微波炉所输出3次谐波周边频段噪声电平在细分范围中画出的图形。
希望考虑部分或全部附图按照以图示为目的概要表现描绘，未必限于忠实画出这里所示要素的实际相对大小和位置。
发明详述
下面，参照附图详细说明本发明所涉及较佳形态的磁控管。
第1实施形态
图1是示出本发明所涉及磁控管的第1实施形态的主要部分的剖面图。图2是示出第1实施形态的磁控管中主要部分尺寸用的放大剖面图。图3是示出第1实施形态的磁控管中天线簧片的叶片端部至3次谐波抑制用扼流器的长度与噪声电平的关系的曲线。图4是详细示出采用第1实施形态的磁控管的微波炉中3次谐波周边频段噪声电平的图形。
如图1所示，第1实施形态的磁控管中，圆筒状的阳极圆筒1在内壁装定板状的多个叶片2，各叶片2朝向阳极圆筒1的中心轴，按等间隔配置。阳极圆筒1的内部沿其中心轴按上下方向设置阴极5，阴极5的上下两端分别固定在端帽6上。图1中省略示出阴极5的下方部分。各叶片2的上下端部分别利用大小配对的带状环3、4间隔一个加以电连接。圆筒状的阳极圆筒在上下开口端以磁极片7为中介，密封金属管8。
阳极圆筒1的上方(输出侧)开口端上加封的金属管8的内部，其上方实质上同轴地设置抑制3次谐波用的筒状3次谐波抑制用扼流器15和抑制5次谐波用的筒状5次谐波抑制用扼流器10。如图1所示，一个叶片2上固定天线簧片17的一个端部(下端部)，天线簧片17穿通磁极片7，沿金属管8的中心轴往上方导出该管8的内部。而且，天线簧片17贯穿金属管8的内部，并继续贯穿，不接触由陶瓷圆筒11的排气管16构成的输出部20的侧壁内表面。天线簧片13的前端与排气管16一起，压接并固定在输出部20的前端部分。
如以上所述那样，第1实施形态的磁控管中，具有利用天线簧片17取出叶片2所发微波能量的结构。第1实施形态的磁控管中的天线簧片17结构上做成从叶片2的端部到5次谐波抑制用扼流器15的端部的电长度L1为3次谐波波长(λ)1/2。图1中示出该电长度L1。
利用以上那样构成的第1实施形态磁控管，则本发明者们根据实验证实能大量抑制3次谐波成分和3次谐波边带成分。
本发明者们对第1实施形态的磁控管进行实验及其分析，下面说明其详说。
第1实施形态的磁控管中，利用金属管8及其内侧配置的3次谐波抑制用扼流器15构成对3次谐波及其高边带的四分之一波形型扼流器。又利用3次谐波抑制用扼流器15及其内侧配置的5次谐波抑制用扼流器10构成对5次谐波及其高边带的四分之一波形型扼流器。
下面，用图1的放大剖面图中符号A～J说明第1实施形态磁控管中各四分之一波形型扼流器的具体尺寸。
对3次谐波及其高边带的四分之一波形型扼流器的3次谐波抑制用扼流器15的内直径(J)为约12mm，该3次谐波抑制用扼流器15的沟道深度(E)为10.2mm，半径方向的沟道宽度(I)为约2.8mm。
对5次谐波及其高边带的四分之一波形型扼流器的5次谐波抑制用扼流器10的内直径(H)为约9mm，其沟道深度(F)为约5.4mm，半径方向的沟道宽度(G)为约1.5mm。
以上那样构成的第1实施形态的磁控管中，分别采用5次谐波抑制用扼流器10和3次谐波抑制用扼流器15的四分之一波形型扼流器对各自的高次谐波独立起作用，对各高次谐波发挥最大抑制作用，取得优良的抑制效果。
再者，第1实施形态的磁控管中，接合并固定在陶瓷圆筒11上端部的排气管16的内侧上形成往阴极方向(平行于往天线簧片17下方导出的方向的方向)伸出的圆筒部18。利用该圆筒部18和天线簧片17构成对3次谐波低边带的四分之一波形型扼流器。第1实施形态的磁控管中，对3次谐波低边带的四分之一波形型扼流器的具体尺寸为：沟道深度(A)约10.2mm，半径方向的沟道宽度(C)约1.9mm。圆筒部18的内直径(D)为6.0mm，排气管16的内表面与圆筒部18的外表面之间的距离(B)为2.9mm。第1实施形态的磁控管中，上述沟道深度(A)、半径方向的沟道宽度(C)、圆筒部18的内直径(D)以及排气管16的内表面与圆筒部18的外表面之间的距离(B)取得抑制3次谐波的效果，尤其是沟道深度(A0和半径方向的沟道宽度(C)有助于抑制3次谐波低边带。
发明者们用以上那样构成的第1实施形态的磁控管，对装定天线簧片17的叶片2的端部至3次谐波抑制用扼流器15的端部的天线簧片17的长度L1作种种改变，进行这些情况下3次谐波外部辐射噪声电平的比较实验。图3的曲线示出该实验结果。图3中，横轴表示天线簧片17的长度L1[mm]，纵轴表示外部辐射噪声电平[dBpW]。
从图3可知，本发明所涉及第1实施形态的磁控管的结构中，从连接天线簧片17的一个叶片2的端部到3次谐波抑制用扼流器的天线17的长度L1为20.4mm左右，能将3次谐波抑制到最小。
本发明者们作为在2.45GHz波段基波振荡频率输出功率约1000W带烤炉功能的微波炉用磁控管，采用以上那样构成的本发明第1实施形态的磁控管和已有磁控管进行有关3次谐波辐射电平的比较实验。测量方法为：在电波暗室内设置装有被测磁控管的微波炉，该微波炉内部配置水负载，在离开微波炉3m处连接接喇叭天线和对该喇叭天线所发信号按各频率成分测量其电平的测量仪，以测量外部辐射噪声电平。图4中示出该测量结构。图4是示出在采用第1实施形态磁控管的微波炉所造成3次谐波周边频段细分范围进行测量并画出的外部辐射噪声电平的图形。图4中，横轴是振荡频率[GHz]，纵轴是3次谐波的外部辐射噪声电平[dBpW]。
采用已有的磁控管的微波炉的情况下，如图12所示，在作为3倍基波(2.45GHz)的7.3GHz附近，噪声电平为80dBpW，作为高边带的8.3GHz附近则是95dBpW，作为低边带的6.9GHz附近则是87dBpW。
另一方面，采用本发明第1实施形态的磁控管的微波炉的情况下，利用将天线簧片17中从叶片2的端部到3次谐波抑制用扼流器15的端部的电长度L1做成3次谐波波长(λ)的1/2，如图4所示，3次谐波7.35GHz附近的噪声电平降低到45dBpW，利用金属管8的圆筒部和3次谐波抑制用扼流器15，使得作为3次谐波高边带的8.3GHz附近其电平降低到63dBpW，利用排气管16和天线簧片17，则能够使其3次谐波低边带降低到52dBpW。
这样，根据本发明第1实施形态的磁控管，不使输出部结构复杂化和大型化，就能得到能可靠抑制3次谐波且发挥实用上优良效果的磁控管。
第2实施形态
下面说明本发明第2实施形态的磁控管。图5是示出本发明第2实施形态的磁控管的主要部分的剖面图。图6是示出第2实施形态的磁控管中主要部分的尺寸用的放大剖面图。图7是示出3次谐波抑制用扼流器中小径部的直径与抑制频带的关系的曲线。图8是示出采用第2实施形态的磁控管的微波炉中3次谐波用边频段噪声电平的图形。
如图5所示，第2实施形态磁控管的3次谐波抑制用扼流器19在输出部侧(上侧)具有直径大的大径部19b，在阴极侧(下侧)具有直径小的小径部19a，形成具有高低差的圆筒形状。
第2实施形态的磁控管中，具有小径部19a和大径部19b的3次谐波抑制用扼流器19以外的结构与上述第1实施形态的结构相同。即，第2实施形态2的磁控管结构上做成天线簧片17中装定天线簧片17的叶片2的端部至5次谐波抑制用扼流器15的端部电长度L2为3次谐波波长(λ)的1/2。图5中示出该电长度L2。
利用以上那样构成的第2实施形态的磁控管，则本发明者们根据实验证实能大量抑制3次谐波成分和3次谐波边带成分。
本发明者们对第2实施形态的磁控管进行了实验及其分析，以下说明其详况。
第2实施形态的磁控管中，利用金属管8及其内侧配置的3次谐波抑制用扼流器19构成对3次谐波及其高边带的四分之一波形型扼流器。又利用3次谐波抑制用扼流器及其内侧配置的5次谐波抑制用扼流器10构成对5次谐波及其高边带的四分之一波形型扼流器。
下面，用图6的放大剖面图中符号A～J说明第2实施形态的磁控管各四分之一波形型扼流器的具体尺寸。图7是使3次谐波抑制用扼流器19中大径部19b的尺寸固定，改变小径部19a的直径，测量抑制的高次谐波成分的曲线。
图7示出的实验中，所用磁控管的5次谐波抑制用扼流器10的内直径(H)为约9mm，其沟道深度(F0为约5.3mm，半径方向的沟道宽度(G)为约1.5mm。而且，3次谐波抑制用扼流器19的大径部19b的内侧直径(J)为约12mm，该3次谐波抑制用扼流器的沟道深度(D)为10.2mm。
形成3次谐波抑制用扼流器19的大径部19b，使其具有上述尺寸，并且对小径部19a的直径作种种改变，比较该磁控管造成的3次谐波外部辐射噪声电平。图7的曲线示出该结果。
从图7可知，证实利用本发明第2实施形态的磁控管，则确保3次谐波抑制用扼流器19与天线簧片17不可能放电的距离后，小径部19a的内直径为约9mm时，在约600[MHz]这一宽频带中能抑制高频成分。所述第1实施形态的磁控管中，3次谐波抑制用扼流器15的内直径为约12mm(图2中的符号J)，因而如图7的曲线所示，在约300[MHz]的频带抑制高频成分。因此，可证实第2实施形态的磁控管结构中，利用将3次谐波抑制用扼流器19的小径部19a的内直径取为约9mm(半径方向的沟道宽度(F)约为4.8mm)，能在0.3GHz以上的宽频带中能抑制3次谐波成分的电平。
本发明者们作为在2.45GHz频段基波振汤频率输出功率约1000W带烤炉功能的微波炉用的磁控管，采用以上所述那样构成的本发明所涉及第2实施形态的磁控管和已有的磁控管，进行有关3次谐波辐射电平的比较实验。测量方法与上述第1实施形态的磁控管时相同，在电波暗室内设置装有被测磁控管的微波炉，该微波炉内部配置水负载，距离微波炉3m的地方连接喇叭天线和对该喇叭天线所发信号按各频率成分测量其电平的测量仪，以测量外部辐射噪声电平。图8示出该测量结果。图8是示出在采用第2实施形态的磁控管的微波炉所造成3次谐波周边频段的细分范围测量并画成的外部辐射噪声电平的图形。图8中，横轴是振荡频率[GHz]，纵轴是3次谐波的外部辐射噪声电平[dBpW]。
采用已有的磁控管的微波炉的情况下，如图12所示，在作为3倍基波(2.45GHz)的7.35GHz附近，噪声电平为80dBpW，作为高边带的8.3GHz附近则是95dBpW，作为低边带的6.9GHz附近则87dBpW。
如上所述，本发明第2实施形态的磁控管是3次谐波抑制用扼流器19具有大径部19b和小径部19a的形状，因而如图8的图形所示，与图4所示的第1实施形态磁控管相比，可减小3次谐波高边带(8.3GHz附近)。于是，利用第2实施形态的磁控管，则可在更亮的频带抑制噪声电平。
图9是示出采用第2实施形态的磁控管的微波炉中各高次谐波的噪声电平的曲线。如图9所示，可证实借助采用第2实施形态的磁控管，能将3次谐波噪声电平降低到约58dBpW，不影响3次谐波成分以外的高次谐波噪声抑制效果。
这样，利用本发明第2实施形态的磁控管，则输出部的结构不复杂化和大型化，就可得到能可靠抑制3次谐波且发挥实用上优良效果的磁控管。
第2实施形态的磁控管中，3次谐波抑制用扼流器19的具有大径部19b和小径部19a的形状的高低差部分是图5所示那样大致呈直角的阶梯状，但本发明不限于该形状，也可以是锥状。
从以上的说明可知，根据本发明的磁控管，则具有用不增加部件数、简单且合理的结构能可靠抑制5次谐波连同3次谐波和该3次谐波边带的优良效果。
具有某种详细程度地对本发明说明了较佳形态，但该较佳实施例当前揭示的内容在结构细节部分当然可变，可不脱离所要求发明范围和思想而实现各要素的组合和顺序的变化。

Claims (3)

1.一种磁控管，具有一端开口的圆筒状阳极圆筒、
以磁极片为中介密封所述阳极圆筒的开口端的金属管、
在所述金属管的内表面侧同轴设置的3次谐波抑制用筒状扼流器和5次谐波抑制用筒状扼流器、
在所述阳极圆筒的内表面配置成朝向其中心轴的多个叶片、
连接在所述叶片的任意位置上的天线簧片，以及
连接有以非接触方式贯穿所述磁极片和所述金属管的所述天线簧片并且对所述金属管绝缘的输出部；其特征在于，
由所述金属管和其内侧配置的所述3次谐波抑制用筒状扼流器构成对3次谐波频段的四分之一波形型扼流器，由所述3次谐波抑制用筒状扼流器和其内侧配置的5次谐波抑制用筒状扼流器构成对5次谐波频段为四分之一波形型扼流器，而且
构成从所述天线簧片中与所述叶片的接触端部至所述3次谐波抑制用筒状扼流器开口端部的电长度L1为3次谐波波长的1/2。
2.如权利要求1所述的磁控管，其特征在于，3次谐波抑制用筒状扼流器，其导入叶片上连接的天线簧片的一侧开口，该开口端侧形成直径小的小径部，输出侧形成直径大的大径部，所述小径部比所述大径部直径小，形成具有高低差的圆筒形状。
3.如权利要求1所述的磁控管，其特征在于，输出部以圆筒状绝缘物为中介安装在金属管上，并且具有与所述圆筒状绝缘物接合且固定于其上的排气管以及在所述排气管的内侧往平行于天线簧片导向方向的方向伸出的圆筒部，由所述圆筒部和所述天线簧片构成对3次谐波低边带的四分之一波形型扼流器。
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