CN1296281A - 磁控管的噪声滤除器和制造噪声滤除器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁控管噪声滤除器和消除噪声的方法。本发明的磁控管噪声滤除器包括:一个固定在磁控管一侧上的屏蔽盒,一个安装在该屏蔽盒一侧上的贯通式电容器,和一个与磁控管的阴极终端和电容器的终端连接的组合式扼流线圈。该组合式扼流线圈又包括一个绕在一根有一定直径的杆周围的紧绕线部分;和一个与该紧绕线部分连接的松绕线部分。可以消除带宽在100MHz以下,和在几百MHz以上的高频带宽上所产生的噪声。

Description

磁控管的噪声滤除器和制造 噪声滤除器的方法

本发明涉及一种可以消除由于磁控管内部工作空间中的直流磁场强度不同，和当阴极产生的电子在该内部工作空间旋转时，与该内部工作空间中剩余的气体碰撞所产生的噪声的噪声滤除；更具体地说，涉及通过优化扼流线圈的长度，可以消除在带宽大于几百MHz的高频带上产生的噪声的一种磁控管的噪声滤除器，和该噪声滤除器的制造方法。

一般，在磁控管中，当阴极终端的灯丝被通入的电流加热，并输出热电子时，所输出的热电子在安装在该磁控管内部空间中的磁铁产生的磁场和与磁场垂直的电场作用下，作圆周运动；并且射频波通过一个射频输出终端，输出至外面去。

当磁控管在工作状态时，在该磁控管的内部空间中作圆周运动的电子与保留在该内部工作空间中的气体碰撞，从而产生噪声。这时，噪声的频率范围为几MHz～几十MHz。为了消除噪声，可以使用如图1所示的通常的磁控管噪声滤除器。

如图1所示，通常的磁控管噪声滤除器包括一个固定在磁控管下部的屏蔽盒10，一个安装在屏蔽盒10旁边的贯通式电容器20，一个将该贯通式电容器20的终端与磁控管的阴极终端30连接起来的扼流线圈40，和一根安装在该扼流线圈40中的铁氧体杆50。下面将详细地说明该磁控管的噪声滤除器。

该扼流线圈40的结构是这样的：具有一定长度的第一个终端部分40-1与阴极终端30连接；第一个弯曲部分40-2从第一个终端部分40-1伸出并弯曲过来；一个线圈在上面缠绕多次，形成一定直径的绕线部分(扼流线圈40-3)，从该第一个弯曲部分40-2伸出；在该绕线部分40-3的一个末端，形成第二个弯曲部分40-4；在该第二个弯曲部分40-4的末端，形成第二个终端部分40-5，使该第二个终端部分40-5与电容器20的终端连接。

图2表示图1所示的磁控管噪声滤除器的等效电路。如图2所示，扼流线圈的阻抗Z₁由扼流线圈40的电感部分L_L，代表扼流线圈功率损失的电阻部分R_L和电容部分C_L组成。另外，该阻抗Z_L通过上述贯通式电容器20接地，形成一个低通滤波器。

图3表示图2所示的等效电路的衰减比特性曲线。如图3中的虚线图所示，共振带在大约300MHz和1GHz(千兆赫)之间产生。

具有上述特性的噪声滤除器，可以根据图2所示的通常的磁控管噪声滤除器的等效电路进行分析。

在较低频波的情况下，因为可以检测出共振点，因此，该噪声滤除器可以消除噪声。然而，当频率增加至超过几百MHz时，因为不能检测出共振点，和不能根据频率的增加，预测出共振点将在那里产生，因此，该噪声滤除器不能有效地消除噪声。

图4表示采用通常的磁控管的一个产品的电-磁干涉(EMI)特性曲线。如图所示，超过EMI发射参考标准(radiating standard refereuce)的噪声，在100MHz以下，500MHz左右和700～800MHz处产生。

为了解决上述通常的磁控管噪声滤除器的问题，根据另一个通常的实施例，在磁控管的扼流线圈中再加入一个线圈，形成一个具有二层线圈结构的噪声滤除器(没有示出)。即：为了提高根据第一个实施例的噪声滤除器的噪声衰减能力，增加了扼流线圈的圈数，以增大阻抗。在这种情况下，扼流线圈的尺寸增大。另外，由于电压高，有关安全距离的边界值降低。在这种情况下，不可能连续不断地增加扼流线圈的尺寸，来提高噪声滤除器消除噪声的能力。另外，为了增加阻抗，当通过增加扼流线圈的圈数，以增大扼流线圈的尺寸时，扼流线圈的温度升高，会造成温度损失。因此，为了满足安全距离和温升的条件，和消除辐射噪声，必需分别对所有的磁控管进行滤除噪声的实验。即使基于实验得到了上述条件，也不可能制造出满足上述条件的磁控管噪声滤除器。因此，要在磁控管的扼流线圈中加入一个线圈，形成二层的噪声滤除器结构。

然而，在通常技术的第一个实施例中，由扼流线圈和贯通式电容器组成的噪声滤除器有一个问题，即：不能消除在100MHz以下，500MHz附近，和700～800MHz频带宽度上产生的噪声。另外，在根据通常技术的第二个实施例，具有一个附加的扼流线圈的二层结构的噪声滤除器中，也不可能完全消除噪声，并且噪声滤除器的价格昂贵。

因此，本发明的一个目的，是要提供一种可以消除在高频的带宽上产生的噪声的磁控管噪声滤除器。

本发明的另一个目的，是要提供一种制造可以消除在高频带宽上产生的噪声的磁控管噪声滤除器中的扼流线圈的方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一个磁控管噪声滤除器，它包括一个固定在磁控管一侧上的屏蔽盒；一个安装在该屏蔽盒一侧上的贯通式电容器；和一个与磁控管的阴极终端和电容器的终端连接的组合式扼流线圈；该组合式扼流线圈又包括：围绕着具有一定直径的一根杆的紧绕线部分；和与该紧绕线部分连接的一个松绕线部分。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种制造磁控管噪声滤除器的方法，该滤除器包括有磁控管的阴极终端，一个贯通式电容器和一个与该阴极终端连接的扼流线圈，该方法包括下列步骤：得出在高频带宽上的一个确定的共振点；设定该扼流线圈铜线的实际长度，以增大相对于该共振点的共振频率的衰减比；将具有设定长度的铜线缠绕在一根铁氧体上，形成一个紧绕线部分；求出相对于从该磁控管内部反射的振荡频率的共振点；和设定扼流线圈的铜线的实际长度，以得到该共振点，并在距离该紧绕线部分一定距离的部分上，形成一个松绕线部分。

通过结合只是示例性，而不是对本发明的限制的附图所示的实施例的说明，可以更好地理解本发明。

图1为表示通常的磁控管噪声滤除器的图；

图2为表示图1所示的噪声滤除器的等效电路的图；

图3为表示图1所示的噪声滤除器中的扼流线圈的衰减比特性曲线；

图4为表示在通常的磁控管中产生的EMI噪声的特性曲线；

图5为表示根据本发明的磁控管噪声滤除器的结构的图；

图6为表示根据本发明的磁控管噪声滤除器中的扼流线圈的衰减比特性曲线的图；

图7A为表示用于分析根据本发明的噪声滤除器的一个传输线模型的图；

图7B为表示根据本发明的噪声滤除器中的扼流线圈的等效电路的图；

图8为表示根据本发明的噪声滤除器的EMI噪声特性曲线的图。

现在参照附图来说明根据本发明的磁控管噪声滤除器的结构和工作。

图5表示根据本发明的磁控管噪声滤除器的结构的图。该噪声滤除器包括一个固定在磁控管下部的屏蔽盒100，一个安装在该屏蔽盒100的一侧上的贯通式电容器200，和一个将该贯通式电容器200的终端800与磁控管阴极终端700连接起来的组合式的扼流线圈400。

该组合式扼流线圈400包括一个具有许多紧密接触，每一个都有一定直径的匝圈的紧绕线部分401；和离该紧绕线部分401一定距离的，与该紧绕线部分401连接的一个松绕线部分402。具体地说，该紧绕线部分401包括一个有一定直径的铁氧体600；而该松绕线部分402不包括该铁氧体600。

结构如上所述的磁控管噪声滤除器，可以有效地消除高频产生的噪声。下面更具体地来说明根据本发明的磁控管噪声滤除器及其制造方法。

首先说明该噪声滤除器的主要零件-扼流线圈的制造方法。即：通过将扼流线圈的铜线长度与测量频率的电子波的波长比较，如果该铜线的长度比电子波的波长小，则如图2或图7B所示，可根据通常的低通滤波器的等效电路，分析该噪声滤除器的频率特性。

但是，当扼流线圈的铜线长度比电子波的波长大时，由于在该铜线中传播的信号相位不同，因此不能利用通常的低通滤波器的等效电路来分析该噪声滤除器的频率特性。

因此，在扼流线圈的铜线长度比电子波的波长大的情况下，如图7A所示，该噪声滤除器的扼流线圈应根据传输线模型来考虑，这样来分析该噪声滤除器。即：在较低频的频带宽(图6中的频带1)范围内，可以根据通常的低通滤波器的等效电路来分析；而在较高频的频带宽(图6中的频带2和3)范围内，应根据传输线模型来分析；这样，就可在从低频至高于几个GHz的高频的频带宽范围内，分析该噪声滤除器的频率特性。

因此，分析该噪声滤除器的频率特性时，要比较扼流线圈的铜线长度和电子波的波长。根据比较的结果，如果扼流线圈的铜线长度大于电子波的波长的1/4，则应根据传输线模型来分析该噪声滤除器。现在来详细说明分析该噪声滤除器的方法。

为了确定扼流线圈的铜线长度，将扼流线圈与一个网络分析器连接，将具有一定频率的信号输入该扼流线圈(输入至与磁控管的阴极终端连接的一侧)，并且使输入信号到达扼流线圈的表面A。这时，由于在扼流线圈的表面A之前和之后的部分上的阻抗不同，输入信号的一部分从表面A反射出来，只有一部分输入信号传输至该扼流线圈的内部。

由于输入扼流线圈中的信号在该扼流线圈之前和之后具有不同的阻抗，因此，在扼流线圈的表面B上(与电容器终端连接的一侧)，信号的一部分被反射入扼流线圈的内部，并传输至表面A；而一部分信号则通过表面B，输出至与电容器连接的终端上。

在表面A上，通过表面A传输的信号和从表面B反射出来并返回至表面A的信号重叠。

如果通过表面A的信号相位和从表面B反射回去的信号的相位相同，则在表面A上的反射量大大改变。如果信号反射量大，则从表面A传至表面B的能量最小，因此，频率衰减比增大。

因此，当通过测量扼流线圈的铜线长度，使它满足上述条件，来制造扼流线圈时，可以制造出能够消除噪声的滤除器。

详细地说，阻抗改变的表面A和表面B的反射系数可用以下方程式(1-1)和(1-2)表示。 ${\mathrm{\Γ}}_A=\frac{Z_1-Z_L}{Z_1+Z_L}\·\·\·\·\·\·(1-1)$ ${\mathrm{\Γ}}_B=\frac{Z_0-Z_L}{Z_0-Z_L}\·\·\·\·\·\·(1-2)$ ${\mathrm{\Γ}}_B=-{\mathrm{\Γ}}_A={\mathrm{\Γ}}_A{e}^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\·\·\·\·\·(1-3)$ 式中，Γ_A-表面A上的反射系数；Γ_B-表面B上的反射系数；Z_L-扼流线圈的阻抗；Z₁-扼流线圈的输入阻抗；Z₀-扼流线圈的输出阻抗。

特别是，如果Z₁和Z₀相同，则可得出上述的方程式(1-3)。式(1-3)表示，表面A和表面B上的反射系数大小相同，但相位相差180°。因此，从表面A行进至表面B的信号相位为180°。这意味着，从表面B反射出来，返回至表面A的信号，比从表面A至表面B的信号，差λ/2。

在表面A和表面B之间的扼流线圈的铜线长度，相差输入信号的波长的λ/4(或相位差为90°)。

这样，传输线的电气长度l为： $l=n\frac{\mathrm{\λ}}{2}+\frac{\mathrm{\λ}}{4},n=0,\±1,\±2,\±3\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$ 式中n-共振点；

λ-输入信号的波长。

这时，式(2)表示当信号在自由空间中传输时，二个点之间的距离。扼流线圈铜线的实际长度d可用下式(3)表示： $d=k\frac{V}{f}\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$ 式中k-比例常数；v-速度系数；f-共振频率。

因此，扼流线圈的铜线实际长度d，可根据式(3)，通过确定未知常数k×v而得到。

为了确定未知常数k×v，验证了当扼流线圈铜线长度增加时，共振点向着低频移动的现象；并且通过使根据式(3)得出的第二个共振点与第三个共振点相适应，可将扼流线圈的铜线长度和共振频率的相互关系表示如下。

表1

这样，根据上表，可将扼流线圈铜线的实际长度d与比例常数k×v的相互关系表示如下。

第二个共振点：d=(0.49log f)λ……(4-1)

第三个共振点：d=(0.36log f)λ……(4-2)

式中： $\mathrm{\λ}=\frac{3\×{10}^8\[m/s\]}{f\[\mathrm{Hz}\]}$

因此，根据式(4)，可以得到扼流线圈铜线的实际长度d。如图5所示，该铜线紧密地缠绕在上述铁氧体600上，形成上述紧绕线部分400。这时，当将该紧绕线部分400安装在屏蔽盒100中时，必需满足以下二个条件。

首先，为了防止由于放电产生的火花，在该屏蔽盒100中，该扼流线圈的上、下、左、右必需有大于最小为15.5mm的稳定的距离。为了能够得到理想的稳定距离，上述铁氧体杆600的直径φ为5.6～6.0mm，从而使该紧绕线部分400的直径增大。

第二，必需解决温度损失的问题。温度损失问题是由：(1)从磁控管通过阴极终端传输的温度，(2)扼流线圈阻抗产生的温度，和(3)在磁控管内部反射的振荡频率分量(2.45GHz)产生的。

在上述(1)～(3)原因中，不可能完全消除(1)和(2)原因，因为它们是由磁控管固有的特性造成的。然而，第(3)个原因可以完全消除。即：利用根据本发明的传输线模型，可以求出共振点相对于作为在磁控管内部反射的磁控管基波分量的振荡频率2.45GHz(图6中的频带3)的位置。然后，通过增大具有上述共振点的共振频率的衰减比，可以设定扼流线圈的铜线长度。

如图5所示，通过形成上述具有一定直径和一定距离的松绕线部分500，可以得到扼流线圈铜线的长度。该松绕线部分的直径，与在该紧绕线部分中的铁氧体杆600的直径相同。

这样，通过形成该松绕线部分500，解决由于磁控管的振荡频率分量反射引起的温度损失问题，就可设计出磁控管的噪声滤除器。

因此，在根据本发明的磁控管噪声滤除器中，利用紧绕线部分400可消除大于几百MHz的EMI噪声；而得到磁控管基本振荡频率的2.45GHz频带宽的噪声；并通过增大具有按上述方法得出的共振点的共振频率的衰减比，而设定扼流线圈铜线的长度。然后，再形成具有一定距离的松绕线部分，解决温度损失的问题，就可得到理想的宽的频带宽特性。

图8为表示根据本发明的磁控管噪声滤除器的EMI噪声特性曲线。从图中可看出，超过EMI发射参考标准的噪声被消除，并且在低频的带宽和高频的带宽上，该噪声不会从磁控管输出。因为在不偏离本发明的精神或基本特性的条件下，本发明可以有几种实施形式，因此应该理解，除非另有说明，上述实施例不受以上说明中的任何细节限制。还应当理解，广义上来说，所有细节都在所附的权利要求书规定的本发明的精神和范围内。因此，所有在权利要求书的精神和范围内的改变和改进，或与这些精神和范围相当的改变和改进，都包括在所附的权利要求书中。

Claims (10)

1．一种磁控管的噪声滤除器，它包括：

一个固定在磁控管一侧上的屏蔽盒；

一个安装在该屏蔽盒一侧上的贯通式电容器；和

一个与磁控管的阴极终端和电容器的终端连接的组合式扼流线圈；

该组合式扼流线圈包括：

(a)围绕着具有一定直径的一根杆的紧绕线部分；和

(b)与该紧绕线部分连接的一个松绕线部分。

2．如权利要求1所述的噪声滤除器，其特征在于，所述杆为一个铁氧体。

3．如权利要求1所述的噪声滤除器，其特征在于，所述松绕线部分不缠绕在该杆上。

4．如权利要求1所述的噪声滤除器，其特征在于，所述松绕线部分包括在2.45GHz处的共振点。

5．如权利要求1所述的噪声滤除器，其特征在于，所述松绕线部分的直径与紧绕线部分的直径相同。

6．一种制造磁控管噪声滤除器的方法，该滤除器包括有磁控管的阴极终端，一个贯通式电容器和一个与该阴极终端连接的扼流线圈，该方法包括下列步骤：

得出在高频带宽上的一个确定的共振点；

设定该扼流线圈铜线的实际长度，以增大相对于该共振点的共振频率的衰减比；

将具有设定长度的铜线缠绕在一根铁氧体上，形成一个紧绕线部分；

求出相对于从该磁控管内部反射的振荡频率的共振点；和

设定扼流线圈的铜线的实际长度，以得到该共振点，并在距离该紧绕线部分一定距离的部分上，形成一个松绕线部分。

7．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述求取共振点的步骤，可利用传输线模型实现。

8．如权利要求6所述的方法，其特征在于，共振点与扼流线圈铜线实际长度d之间的相互关系为：

d=(0.49log f)λ和d=(0.36log f)λ

式中： $\mathrm{\λ}=\frac{3\×{10}^8\[m/s\]}{f\[\mathrm{Hz}\]}$ 。

9．如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述形成紧绕线部分的步骤中，增加缠绕铜线的直径。

10．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述松绕线部分的直径与紧绕线部分的直径相同。

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