CN1655311A - 磁控管 - Google Patents

Abstract

在磁控管(41)中，当极片平坦部的半径为Rp，大直径均压环(51)的内周半径为Rs2，Rp≥Rs2，小直径均压环的外周半径为Rs1，在阳极叶片的前缘中内切的圆半径为Ra，以及轴向上极片之间的最小长度为Lg时，设置Ra、Rs1、Rs2和Lg的值，以便确定下面的公式1和2：公式1：1.85Ra≤(Rs1+Rs2)/2≤1.96Ra；公式2：2.84Ra≤Lg≤3.0Ra。

Description

磁控管

技术领域

本发明涉及用于射频加热装置如微波炉的磁控管。

背景技术

附图8是传统的磁控管的纵向剖视图，该磁控管合并到微波炉中。附图9是放大的纵向剖视图，其表示了附图8所示的磁控管的主要部分。在附图8和9中，磁控管1包括沿中心轴垂直提供的阴极3；同轴环绕阴极3的阳极圆柱体5；输入极片7，该输入极片提供在阳极圆柱体5下部开口的末端；从第一金属管9突出的阴极端导杆31，该第一金属管覆盖输入极片7；输出极片13，该输出极片提供在阳极圆柱体5上部开口的末端；覆盖输出极片13的第二金属管15；以及微波辐射天线19，该微波辐射天线通过绝缘管17从第二金属管15突出，所述绝缘管由陶瓷构成。

多个径向排列以面向阳极圆柱体5的中心轴的阳极叶片20(偶数阳极叶片)，该阳极叶片连接于阳极圆柱体5的内壁表面。进一步，在阳极圆柱体5的半径方向上，将用于连接均衡环(均压环，equalizing ring)的环形啮合凹部20a，和用于无接触地插入均压环的环形插入凹部20b提供在每一个阳极叶片20的上部和下部边缘，并且，所述凹部在上部和下部边缘彼此相反地排列。

进一步，将小直径均压环22和大直径均压环24之一连接于环形啮合凹部20a，所述小直径均压环和大直径均压环与阳极圆柱体5同轴排列，以便将在圆周方向上排列的阳极叶片20每隔一个电连接。

在由铁氧体构成的第一环形永久磁体21中，所述第一环形永久磁体环绕第一金属管9并且与输入极片7的外边缘表面重叠，其一磁极磁耦合于所述输入极片7。此外，在由铁氧体构成的第二环形永久磁体23中，所述第二环形永久磁体环绕第二金属管15并且与输出极片13的外边缘表面重叠，其一磁极磁耦合于所述输出极片13。

而且，用于将第一环形永久磁体21的另外磁极磁耦合于第二环形永久磁体23的另外磁极的框架形轭25具有通孔25a，以便在其下端穿过所述阴极端导杆31。

将多个散热片27以多级方式安装在阳极圆柱体5的外周表面，并且将阻止电磁波向装置外侧泄漏的金属过滤箱29安装于所述框架形轭25的下端的外表面。此外，将阴极端导杆31牢固地焊接于第一金属管9，所述阴极端导杆31具有小于框架形轭25的通孔25a的直径。阴极端11a穿过阴极端导杆31，并且，将所述阴极端11a电连接于导线11，所述导线电连接于阴极3。

直通型(through type)电容器33安装在过滤箱29的侧面部分，并且，扼流圈35的一端连接于阴极端导杆31的阴极端11a，所述阴极端导杆提供在过滤箱29中。该扼流圈35构成LC滤波电路以阻止电磁波的泄漏，并且，该扼流圈的另一端连接于电容器33的直通电极(tbrough electrode)。

在具有上述结构的磁控管1中，为了阻止到微波辐射天线19的谐波噪声泄漏，将在轴向上具有大约四分之一波长长度的扼环37牢固地铜焊于第二金属管15。

因此，在该磁控管中，具有阻止30到1000MHz的相对低频分量，基准波分量(带宽和边带级)，和具有大于4GHz频率的谐波分量的不必要辐射(噪声泄漏)的限制，特别地，对第五谐波加以严格的限制，所述第五谐波是一谐波分量。

这样，仅使用扼环37，很难完全地清除不必要辐射的限制。

通常，当基准波的波谱具有几乎没有边带(side band)的良好波形时，n级波(谐波)的波谱同样良好，这样，可以减少不必要的辐射。进一步，极片的小直径平坦部的半径Rp(从基点到磁控管的中心轴的距离，所述基点包括深拉锥形部分的倒角，即，从平坦部的虚延长线和深拉锥形部分的虚延长线的交点到磁控管的中心轴的距离)极大地影响在基准波的波谱上边带(side band)的产生，所述极片通过深拉形成漏斗形状。

每个极片7或13的平坦部都是靠近每个阳极叶片20的末端表面的平坦区域，以将磁通量集中在阳极圆柱体5的操作空间上，并且，当平坦部的半径Rp逐渐增长时，基准波波谱的变化如图10A至10E所示。

进一步，当小直径均压环22的外周半径是Rs1，大直径均压环24的内周半径是Rs2，而轴向上上下极片之间的最小长度Lg是在阳极叶片20的前缘中内切的圆的半径Ra的2.8倍时，该平坦部的半径Rp基于相应的均压环22和24的半径Rs1和Rs2而增长，附图10A至10E中表示在那时测量的基准波谱。

附图10A表示当Rp＜Rs1时的波谱，附图10B表示当Rp＝Rs1时的波谱，附图10C表示当Rp＝(Rs1+Rs2)/2时的波谱，附图10D表示当Rp＝Rs2时的波谱，以及，附图10E表示当Rp＞Rs2时的波谱。

可以从附图10A至10E中看出，当极片的平坦部的半径Rp大时，边带的产生相对地减少，这样，得到良好的波谱。实际上，如附图11所示，当测量2.4GHz频率附近的噪声级时，如果平坦部的半径Rp大于小直径均压环22的外周半径Rs1，则所述噪声级快速地衰减。

因此，在传统的技术中，从这种观点看，通常将极片平坦部的半径Rp设置为等于或者大于大直径均压环24的内周半径Rs2，从而阻止了不必要波的泄漏。

进一步，为了对抗噪声，提供一种方法，其中，将轴向上阳极叶片的长度设置为小于轴向上极片间(中心平坦部之间)的最小长度的70％，以便使操作空间中磁场强度的分布在轴向上一致，从而减少所谓的线路噪声(例如，参见日本待审专利申请公开No.6-223729)。

如上所述，在传统的磁控管中，将极片平坦部的半径Rp设置为等于或大于大直径均压环24的内周半径Rs2，从而阻止了不必要波的泄漏。然而，另一个方面，这种结构具有另一个振荡效率恶化的问题。

进一步，在专利文献1中描述的磁控管中，实现线路噪声的减少，但是并没有提高振荡效率。

为了阻止不必要波的泄漏，以及提高振荡效率，本发明详细地分析了轴向上上下极片之间的最小长度与每个阳极叶片或每个均压环之间的关系，并且得到了新的认识。

发明内容

本发明已经解决了上面认识中所考虑的上述问题，并且，本发明的目的在于提供一种磁控管，该磁控管能够充分地减少不必要的辐射，并且提高振荡效率。

为了实现上述目的，根据第一方面，本发明提供一种磁控管，该磁控管包括：阳极圆柱体，多个阳极叶片，提供该多个阳极叶片使其从阳极圆柱体的内壁表面向中心轴突出；大直径均压环和小直径均压环，用于将该多个叶片每隔一个电连接起来；以及，一对漏斗形的极片，该极片提供在轴向上阳极圆柱体的两个开口的末端，其中，靠近该阳极叶片的上部或下部边缘的极片平坦部的半径Rp等于或大于该大直径均压环的内周半径Rs2，并且，当小直径均压环的外周半径为Rs1，大直径均压环的内周半径为Rs2，在该阳极叶片的前缘内切的圆半径为Ra，以及轴向上极片间的最小长度为Lg时，则设置Ra、Rs1、Rs2和Lg的值，以便满足下面的公式1和2：

公式1    1.85Ra≤(Rs1+Rs2)/2≤1.96Ra，和

公式2    2.84Ra≤Lg≤3.0Ra。

根据本发明人的分析，磁控管的不必要辐射和振荡效率轻微地受到极片的平坦部半径Rp与小直径均压环的外周半径Rs1的比值，大直径均压环的内周半径Rs2，和在阳极叶片的边缘中内切的圆的半径Ra，以及极片平坦部的半径Rp的影响。

例如，第五谐波的噪声泄漏量具有向下呈凸曲线的特性，其中，泄漏量在[(Rs1+Rs2/2)]÷Ra＝1.90附近最小。因此，设置Rs1，Rs2和Ra的值，以便[(Rs1+Rs2/2)]÷Ra包括在合适的范围内，在最小值附近，这样，可以最小化噪声泄漏，并且充分地减少不必要的辐射。

而且，振荡效率在靠近漏斗形极片的阳极叶片的平坦部半径Rp大于大直径均压环的内周半径Rs2的点的附近具有拐点。当平坦部半径变得大于与该拐点对应的半径时，操作效率快速地降低。然而，甚至在平坦部的半径Rp大于大直径均压环的内周半径Rs2的纯净(clean)波谱中，本发明也可以通过优化轴向上极片之间的最小长度Lg，以阻止振荡效率的减少。即，当将轴向上上下极片之间的最小长度Lg设置在2.84Ra＜Lg＜3.0Ra的正常范围内时，可以在纯净波谱上得到高振荡效率，其中，平坦部的半径Rp大于大直径均压环的内周半径Rs2。

因此，当在公式1和2的设置范围内设置Ra、Rs1、Rs2和Lg的值时，则基准波分量具有纯净波谱，并且可以充分地减少谐波分量的不必要辐射，以及相对低的频率分量，该频率分量具有30到1000MHz的频率范围。这样，可以阻止振荡频率的减少，并且提高振荡效率。

而且，优选地，在该磁控管中，将轴向上每个阳极叶片的长度设置成大约比半径Ra大两倍。此外，当轴向上上下端部的外周之间的长度为Lk时，设置该Lk的值以满足下面的公式3：

公式3    2.3Ra≤Lk≤2.4Ra

同样地，可以通过优化轴向上上下部的外周之间的长度，稳定地得到暗电流特性和负载稳定性，所述负载稳定性确定磁控管的可靠性。

附图说明

附图1是表示根据本发明实施方式的磁控管的纵向剖视图。

附图2是表示根据本发明实施方式的均压环的尺寸与第五谐波噪声之间的关系的曲线图。

附图3是表示根据本发明实施方式的极片平坦部的尺寸和振荡效率之间关系的曲线图。

附图4是表示根据本发明实施方式的极片平坦部的尺寸和50MHz频带的噪声之间的关系的曲线图。

附图5是表示根据本发明实施方式的振荡效率与上下极片间的尺寸之间的关系的曲线图。

附图6是表示根据本发明实施方式的负载稳定性与上下端部的外周间的尺寸之间的关系的曲线图。

附图7是表示根据本发明实施方式的暗电流与上下端部的外周间的尺寸之间的关系的曲线图。

附图8是传统的磁控管的纵向剖视图。

附图9是表示传统的磁控管的主要部件的纵向剖视图。

附图10A至10E是表示随着磁控管的极片平坦部的半径的增长，在基准波谱上，边带的产生减少的曲线图。

附图11是表示噪声级与磁控管的极片平坦部的半径之间的相关性的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的磁控管的优选实施方式。

附图1是表示根据本发明实施方式的磁控管的纵向剖视图。

根据本发明实施方式的磁控管41与附图8和9所示的传统的磁控管1具有相同的结构，除了用输入极片41替换输入极片7，用输出极片45代替输出极片13，用阳极叶片47代替阳极叶片20，用小直径均压环49代替小直径均压环22，以及用大直径均压环51代替大直径均压环24。在本实施例中，与传统磁控管相同的元件具有相同的附图标记，这样，为了简化说明，将省略对其的描述。

在本实施例的磁控管41中，小直径平坦部43b或45b的半径Rp等于或大于大直径均压环51的内周半径Rs2，所述半径Rp从磁控管的中心轴到通过深拉以漏斗形状形成的极片43的深拉锥形部分43a或45a的虚延长线和靠近每个阳极叶片47的上端圆周的平坦部43b或45b的虚延长线的交点P1，并且，计算输入极片43，输出极片45，阳极叶片47，小直径均压环49，以及大直径均压环51相对于在阳极叶片47的前缘内切的圆半径Ra的适当的尺寸比。

换句话说，根据本实施例的磁控管41，极片43和45分别牢固地连接于阳极圆柱体5的下端和上端，所述阳极圆柱体相对于磁控管的中心轴垂直地排列，将多个阳极叶片47连接于阳极圆柱体5的内部墙壁表面，以便它们径向排列以面向该阳极圆柱体5的中心轴。此外，在该阳极圆柱体5的半径方向上，在每个阳极叶片47的上部和下部边缘分别提供连接小和大均压环的环形啮合凹部47a和非接触地插入小和大的均压环的环形插入凹部47b，这样，该凹部的上部和下部边缘在排列上彼此相反。

进一步，将小直径均压环49或大直径均压环51连接于相应的阳极叶片47的环形啮合凹部47a，所述小直径均压环或大直径均压环与阳极圆柱体5的中心轴同轴地排列，以便排列在圆周方向的阳极叶片47每隔一个电连接。此外，微波辐射天线(参见附图8中的附图标记19)连接于多个阳极叶片47中的一个的上部边缘，以便非接触地穿过输出极片45。

而且，当小直径均压环49的外周半径是Rs1，大直径均压环51的内周半径是Rs2，在阳极叶片47的前缘中内切的圆半径是Ra，以及轴向方向上，输入极片43和输出极片45之间的最小长度是Lg，则设置Ra、Rs1、Rs2和Lg的值，以便确定下面的公式1和2：

公式1  1.85Ra≤(Rs1+Rs2)/2≤1.96Ra

公式2  2.84Ra≤Lg≤3.0Ra

而且，在根据本实施例的磁控管41中，轴向方向上每个阳极叶片47的长度大约比在该阳极叶片47的前缘内切的圆半径Ra大两倍。当在上端部分53和下端部分55的外周之间的长度是Lk时，所述上端部分和下端部分分别在轴向上支撑阴极3的上端和下端，设置Lk的值，以便满足下面的公式3：

公式3    2.3Ra≤Lk≤2.4Ra

进一步，当在输出极片45(或输入极片43)上进行深拉时，由于倒角(R部分)的产生，交点P1位于锥形部分45a的虚延长线和平坦部45b的虚延长线上。然而，如果进行该过程而没有产生倒角，则将该锥形部分45a和平坦部45b之间的基点用作交点P1。

在具有上述结构的本发明的磁控管41中，根据本发明人的检验和分析，如附图2的A2点所示，包括第五谐波噪声的谐波噪声的泄漏量具有呈向下的凸曲线的特性，其中，该泄漏量在[(Rs1+Rs2/2)]÷Ra＝1.90的附近最小，并且，将Rs1，Rs2和Ra的值设置为满足公式1的范围。因此，可以将第五谐波的噪声泄漏量最小化到54到55dBpW范围。

进一步，如图3所示，在极片43或45的平坦部43b或45b的半径Rp大于大直径均压环51的内周半径Rs2的点附近，振荡效率具有拐点B2。当平坦部的半径大于对应于拐点B2的半径时，操作效率快速地下降。然而，如图4所示，在小直径均压环49的外周半径Rs1附近，50MHz低频带的噪声具有拐点C1。当平坦部的半径小于对应于拐点C1的半径时，噪声快速地增长。当平坦部的半径等于或大于半径Rs2时，例如，对应于拐点C3的半径，低频特性稳定。此外，如图10所示，当Rp的值等于或大于Rs2的值时，指示基准波带特性的2.4GHz频率的噪声级具有稳定的低噪声特性。

附图5表示优化轴向上上下极片之间的最小长度Lg以提高振荡效率，同时保持该稳定的低噪声特性的情形。

振动效率和轴向上极片间的长度之间的关系具有向上呈凸曲线的特性，其中，在Lg÷Ra＝2.95附近得到最大值，设置Ra、Rs1、Rs2、Rp和Lg的值，以便确定公式2。因此，可以提高振荡效率，并且阻止低频带的噪声泄漏。

而且，对于轴向上上下极片之间的最小长度Lg，设计值和实际长度之间的差异在大约0.05mm到0.15mm的范围内。将实际长度设置为小于设计值，这是因为，当第一和第二金属管9和15牢固地焊接于阳极圆柱体5时，由于将力施加于阳极叶片47以便牢固地连接相应的元件，随温度增长而软化的阳极圆柱体5的两个端部将在轴向上变形。在本实施方式中，长度Lg表示实际长度。

也就是说，在根据本实施方式的磁控管41中，将Rs1，Rs2和Rs的值设置为满足公式1，这样，可以将谐波噪声的泄漏量限制在预定的等级之下，所述谐波噪声包括第五谐波噪声。进一步，将Ra和Lg的值设置为满足公式2，这样，可以提高振荡效率，以及阻止低频带的噪声泄漏。最后，可以充分地减少总频带内不必要的辐射，并且阻止振荡效率的减少，从而提高振荡效率。

而且，轴向上每一个阳极叶片47的长度大约比在该阳极叶片47的前缘内切的环形半径Ra大两倍。当轴向上上下端部的外周之间的长度为Lk时，在Lk的值与负载稳定性之间的关系中，如图6所示，在Lk/Ra的值小于拐点E1即小于2.3的范围内，该负载稳定性快速地恶化。这是确定磁控管可靠性的重要特性，并且涉及平均阳极电流值，其中，从该磁控管看到的负载中产生模变(VSWR：4.0，全相位)。当所述平均阳极电流值大于550mA时，从过去的结果看，没有问题从市场上的微波炉出现。

相似地，当考虑暗电流时，如果Lk/Ra的值大于拐点E2，其中，如图7所示，Lk/Ra为2.4，则该暗电流快速地恶化。当暗电流大时，则出现如振荡效率退化和基准波谱紊乱的问题。

根据本发明人的比较实验，在传统的磁控管的情况下，其中，设置相应元件的半径，以便确定关系Rp≥Rs2，Lg÷Ra＝2.78和[(Rs1+Rs2)/2]÷Ra＝1.84，没有产生基准波边带，并且确定了良好的波谱。进一步，得到下面的结果：如图3的B3点所示，振荡效率为72.2％，如图2的A1点所示，第五谐波的噪声为59dBpW，以及如图4的C3点所示，50MHz频带的噪声为24dBμV/m。

另一方面，在根据本发明的磁控管的情况下，其中，设置相应元件的半径，以便确定关系Rp≥Rs2，Lg÷Ra＝2.86和[(Rs1+Rs2)/2]÷Ra＝1.91，没有产生基准波边带，并且没有确定良好的波谱。然而，得到下面的结果：如图5的D1点所示，振荡效率为73.8％，如图2的A2点所示，第五谐波的噪声为54dBpW，以及如图4的C3点所示，50MHz频带的噪声为24dBμV/m。即，可以确定，振荡效率提高了1.6％，而第五谐波的噪声提高了5dB。这样，该结果证明，本发明是有用的。

进一步，在具有上述相同结构和尺寸的磁控管中，除了关系Rs1＜Rp＜Rs2，可以得到下面的结果：如图3的B1点所示，振荡效率为73.6％，如图2的A2点所示，第五谐波的噪声为54dBpW，以及如图4的C2点所示，50MHz频带的噪声为26dBμV/m。即，可以确定，50MHz频带的噪声增长了2dB，而基准波波谱退化。

如上所述，根据本实施方式的磁控管41，设置Rs1，Rs2和Ra的值，以便在基准波的最佳条件下如Rp≥Rs2，满足公式1。因此，可以在预定的等级下限制包括第五谐波噪声的谐波噪声的泄漏量。进一步，由于设置Ra和Lg的值以满足公式2，可以提高振荡效率，并且阻止低频带的噪声泄漏。最后，可以在全频带内充分地减少不必要的辐射，并且阻止振荡效率的减少，从而提高振荡效率。

而且，由于优化了轴向上上下端部的外周之间的长度Lk，因而可以得到稳定的暗电流特性，以及确定磁控管41的可靠性的负载稳定性。

工业实用性

本发明可以应用于微波炉的磁控管。

Claims (2)

1.一种磁控管，包括：

阳极圆柱体；

多个阳极叶片，提供该多个阳极叶片使其从阳极圆柱体的内壁表面向一中心轴突出；

大直径均压环和小直径均压环，用于将该多个叶片每隔一个电连接起来；以及

一对漏斗形的极片，该极片提供在轴向上阳极圆柱体的两个开口的末端，

其中，靠近该阳极叶片的上部或下部边缘的极片平坦部的半径Rp等于或大于大直径均压环的内周半径Rs2，并且

当小直径均压环的外周半径为Rs1，大直径均压环的内周半径为Rs2，在该阳极叶片的前缘内切的圆半径为Ra，以及轴向上极片间的最小长度为Lg时，设置Ra、Rs1、Rs2和Lg的值，以便满足下面的公式1和2：

公式1    1.85Ra≤(Rs1+Rs2)/2≤1.96Ra，和

公式2    2.84Ra≤Lg≤3.0Ra。

2.根据权利要求1所述的磁控管，其中，将轴向上每个阳极叶片的长度设置成大约比半径Ra大两倍，并且

当轴向上该上下端部的外周之间的长度为Lk时，设置该Lk的值以满足下面的公式3：

公式3    2.3Ra≤Lk≤2.4Ra。

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