CN87107007A - 磁控管 - Google Patents

Abstract

本发明磁控管具有内装多个谐振腔的阳极圆柱；在垂直于阳极圆柱轴线方向上设置的输出天线；设置于叶片内的一对环圈；一端直接连接于环圈上，另一端连接于输出天线上的天线引线；以及设置于阳极圆柱一端上的排气管。这样来提供体积小、效率高、噪声低的磁控管。

Description

本发明是关于磁控管的，更详细地说，是借助电子作用范围的改进磁控管。

近年来，正在广泛普及的电子作用范围磁控管，为实现供、求两个方面对于体积小、重量轻、价格低等要求的技术改进，并未达到饱和。根据上述情况，对于这种借助电子作用范围的磁控管，也要求减小体积、减轻重量、提高效率、降低噪声、降低价格。

关于第一课题（即减小体积、减轻重量），首先可以考虑改进磁路。通用的磁控管利用铁氧体磁体，考虑过变成利用铝镍钴合金或钐钴合金来减小磁路的体积和重量。但是，鉴于降低价格这一重要的市场趋势，不能用上述两种磁性材料取代铁氧体磁体。

作为利用铁氧体磁体而能解决第一个课题的其它手段，可以考虑改进磁控管的输出部分构造。也就是说，通用磁控管的输出天线是平行于阳极圆柱轴线方向设置的;现在的磁控管，把输出天线设置在垂直于阳极圆柱轴线的方向上。这种构成的优点是，能够减小与输出天线长度方向有关的磁控管主体结构的尺寸。如果利用这一点，可以求得电子作用范围磁控管的主体小型化。

关于第二个课题（即提高效率），因为这一效率由把作为阴极部分放出的电子运动能转换成高频能的变换率的电子效率与把作为阳极谐振电路所产生的高频能向阳极外导出的导出率的电路效率的乘积来决定，所以，第二个课题归结为提高电子效率或提高电路效率。

作为提高电子效率的手段，可以考虑：把可作为阳极谐振电路的谐振腔数的阴极直径与包围阴极的阳极内径的相对结构最佳化（即作为空间的最佳化）;把该作用空间内的磁场分布均匀化;把作用空间内高频场的作用最佳化（即把高频场对于电子的作用最佳化），等等。

这些手段中的前两种，大体可以利用过去各种方法所形成的技术建立起来。例如，对于作用空间的最佳化，为了产生稳定的π模振荡，可以把阴极半径r_c与阳极内半径r_a之比对于谐振腔个数N设计成满足下式：

(γc)/(γa) ≈ (N-4)/(N+4)

还有，对于磁场分布的均匀化，可以对应于把设置在作用空间轴线两端的极靴形状搞好。

可是，关于高频场对于电子作用的最佳化，还没有能明确谈及到的方法与结构。对此，后文将论述。

另一方面，作为提高电路效率的方法，可以考虑：提高谐振电路的Q值的方法（即减小谐振腔内的损耗）;加大负载电路与谐振电路之间的耦合的方法。

通常，是在用前一种方法设计的谐振电路中，引入后一种方法。但是，由于耦合度的增大，噪音成比例的增大。因此，虽然下述课题解决了降低噪声及与之有联系的问题，但是，必须选择把噪声抑制在指标以内的最佳的耦合度。

关于第三个课题（降低噪声），多半利用附加了对发生了的噪声的滤波电路来进行抑制的。其中，也可以考虑对于噪声的发生本身来进行抑制。例如，谐振腔群是由叶片形成的，在位于阴极对面的叶片的前端侧面长度方向的边缘上进行适当的切削加工，来抑制前端侧面附近电子的紊流运动，从而抑制噪声;或者，把设置于作用空间轴线两端的极靴与阳极绝缘开来，以抑制阴极长度方向流出的电子流，从而抑制噪声。

作为解决上述各个课题的手段，在美国专利USP    No    4，310，786中所公开的各种结构，是很有兴趣的。

在它举的实例中，所示磁控管结构的主要特征是阴极的支撑结构。也就是说，利用一对与阳极绝缘开来的极靴把阴极支撑起来。还有，第二个特征是把一对环圈设置于叶片内阳极圆柱轴线的中点上;第三个特征是，把输出天线设置在垂直于阳极圆柱轴线的方向上。因此，如果参照上述各个课题，这是具有体积小、噪声低的一种结构。

至于效率，可以认为它比过去通用的磁控管低，其理由详述于后。

还有，关于第二个特征模式分隔环圈的构成，可以考虑各种构成，美国专利USP    No    3，553，524示出了其中一部分。它记述了：如果利用过去的实例，为了能够稳定地维持π模振荡，模式分隔环圈的位置与通用磁控管中设置于叶片的上、下相比较，设置于叶片内较好。但是，美国专利USP    No    4，310，786表明，由于其所示的环圈设置结构使生产成本提高了，所以，在通用磁控管中难于利用;然而，如果利用美国专利USP    No    4，056，756和美国专利USP    No    4，179，639中所公开的方法，这一问题也能得到解决。

可是，关于在叶片内设置环圈的具体作用，尚不十分明确。

本发明的主要目的是提供体积小、效率高、噪声低，并且生产成本与广泛应用的磁控管相同的磁控管。

本发明的另一个目的是弄清在叶片内设置的环圈对于降低噪声的作用，提供设置了这种环圈的改进磁控管。

本发明的再一个目的是在垂直于轴线方向来设置输出天线的磁控管中，提供改进的输出结构。

本发明的进一步目的是提供有精密制造的上述新输出结构的，改进结构的磁控管。把天线引线的一端与输出天线里面钎焊起来，把用来对阳极圆柱内部进行真空排气的排气口，设置于阳极圆柱的一个端面上。

与现有技术相比，本发明的特征和有效的作用为：

①通过把输出天线和排气管设置在阳极圆柱的不同位置上，能够消除把排气管切断封口时天线引线中的应力，尽管把天线引线直接连接到环圈上，也能消除环圈或叶片的变形。

②为了增加选择排气管内径的自由度，将其内径增大，能够高效率地进行阳极圆柱内部的真空排气处理。

③通过在叶片内设置环圈，能使在天线引线的延续的空间中电场强度的分布有条不紊，能够抑制电波沿天线引线传输时不需要的辐射。

④通过在叶片内设置环圈，能够完全抑制向阴极心柱方面不需要的辐射。

附图的简单说明：

图1为过去通用磁控管的剖面图，图2为过去阳极构件上高频电场的分布，图3为本发明阳极构件上高频电场的分布，图4为过去另一种磁控管主要部分的剖面图，图5为示出本发明一个实施例的磁控管剖面图，图6为图5主要部分中一部分的剖面轴侧图。

实例：

图1示出过去一般磁控管的结构。同图中，1为阳极圆柱;2为设置于阳极圆柱内的多个叶片;3为由两对环组成的模式分隔环圈，把3设置于叶片的阳极圆柱轴线两端、与多个叶片中的每隔一个叶片分别交互连接起来;4为天线引线，其一端在所需位置上连接于多个叶片中的任意一个叶片上，该引线穿过设置于阳极圆柱端的极靴5上的耦合孔6，其另一端延长到设置于阳极圆柱轴线方向的输出天线7上。这个天线引线4与排气管8（在对阳极圆柱内部进行真空排气时，排气管8构成排气路径）同时切断，如图所示，天线引线4在排气管的切断位置上与排气管整体的连接固定起来。

还有，9为阴极，由位于阳极圆柱中心、与阳极圆柱同心设置的螺旋形灯丝构成，在9的两端设有端帽10和11。各个端帽分别与设置于阳极圆柱轴线方向上的支撑引线12和13相连接。各个支撑引线用银铜钎焊在由陶瓷材料组成的阴极心柱14上，该陶瓷材料设置于输出天线对侧的阳极圆柱端面上;该阴极心柱14，通过银铜钎焊的阴极侧管15，固配于阳极圆柱的端面上。16为阴极心柱，方面的极靴，17、18为用来抑制向阴极心柱方面不需要辐射的介质构件和金属管，19、20为铁氧体永久磁铁，21为压配于阳极圆柱上的散热片，22、23为形成磁路的轭铁，24为有芯扼流圈，25为穿板电容器，26为滤波盒。

在这样的过去磁控管的结构下，一种提高输出效率的手段是：可以是把天线引线与叶片的连接位置限于阳极圆柱的中部。可是，正如从过去磁控管的结构可以弄清的那样，由于在叶片的侧端设有模式分隔环圈，使连接位置在结构上受到了限制。还有，如果从特性的观点来看，如后所述，在设置模式分隔环圈附近的空间内，由于电磁场强度的分布非常紊乱，为使不需要的电波不耦合到天线引线中去，把天线引线从叶片的连接位置移向阳极圆柱的内壁，但这种结构，效率已经降低了。总之，过去磁控管的结构很难说能够同时满足输出效率高和抑制不需要的辐射这两点。

图2示出本发明的发明者们所测定的在过去磁控管阳极结构中叶片侧端面上高频电场的分布。同图中，27为阳极圆柱的内壁，28、29为阳极圆柱中相向的两个叶片，30-33为模式分隔环圈，34为天线引线的连接部分。从图可以看出，在把模式分隔环圈设置于叶片侧端的过去的结构中，在模式分隔环圈附近高频电场的分布是非常紊乱的。另外，还可以看出，在相向的两个叶片之间，形成了一定强度的高频电场;在插入安装阴极的空间内，也存在着一定强度的高频电场。这表明，在阳极圆柱内产生的微波能量中有一部分耦合到阴极;还有，可以认为，从阴极发射出来电子的运动是紊乱的，助长了通过阴极支撑引线向阴极心柱方面不需要的辐射。

另一方面，把贝弗利·D·孔普弗（Beverly    D    Kumpfer）等人在美国专利USP    No    4，310，786中公开的环圈设置于叶片内，对于这样的阳极结构，测定其叶片侧端高频电场强度的分布，得出以下结果。图3示出其高频电场强度的分布特性。同图中，35为阳极圆柱的内壁，36、37为一对环圈。与过去构成的阳极结构及其重要特性方面，有两点不同。第一点，叶片侧面上高频电场强度的分布有条不紊;第二点，高频电场强度的分布对于轴线大体对称，在相向叶片间的空间内，高频电场强度显著下降，所以，微波能量向阴极的耦合变弱。也就是说，如果利用这样的阳极结构，微波难 于使电子的运动紊乱;可以认为，显著地抑制了耦合到阴极和泄漏到阴极的不需要的辐射。

可是，上述美国专利中公开的输出结构（即把天线引线的一端作为环状，把其前端连接到叶片上的微波能量引出结构），有以下缺点。这就是，难于把磁控管的效率提高到利用图1所示的输出引出结构时的效率。其理由在于只有一对环圈的结构。也就是说，众所周知由相邻叶片及阳极圆柱内侧所形成小谐振腔决定的谐振频率，与没有环圈时的空腔电感量Lr、电容量Cr或由于安装了环圈而产生的电容量Cs有关。另外，从振荡模式分离度的观点来看，有必要使Cr与Cs保持为适当的比例。总之，为了用一对环圈得到过去用两对环圈得到的电容值，有必要延长设置于小谐振腔内环圈的长度。即，环圈的直径必须比过去还要大。为此，必须把天线引线至叶片的连接位置比过去还要向阳极圆柱的内壁移动，这使耦合减弱，引起效率降低。如果采用过去的技术而力图提高效率的话，把天线引线延长即可，但是，根据上述，这种延长只能在阳极圆柱的外部来实现，因此，这意味着把输出天线延长;这只能与小型化的要求相反或者形成不实用的结构。本发明的发明者们对于这一课题的改进提出过把天线引线直接连接到环圈上去的结构。图4示出这种结构的一例。同图中，38为阳极圆柱;39-48为叶片;49、50为一对环圈，它们与多个叶片中的每隔一个叶片分别交互连接起来。51为在垂直于阳极圆柱轴线方向上，从阳极圆柱设置的天线侧管;52为与天线侧管银铜钎焊的陶瓷侧管，53为在陶瓷侧管上银铜钎焊的排气管。54为天线引线，其一端连接于环圈上，该引线在耦合孔55、天线侧管、陶瓷侧管之内同心地设置起来;当对阳极圆柱内部的真空排气进行到给定真空度 以后，天线引线与排气管一起切断封口，在此切断位置上，把该引线的另一端固定起来。图中，以点划线示出切断前的排气管及天线引线，在图中以箭头示出的方向上把它们夹紧切断。这时，由于天线引线体积的变化，使天线引线倒向阳极圆柱方面;一面是使天线引线连接起来的环圈向阳极圆柱的中心方向变形，一面是与这个环圈连接起来的叶片（图中39）也由于切断时的应力而弯向相邻叶片（图中40），最坏的情况是：如果环圈彼此之间或者叶片彼此之间接触起来，就不能正常地进行工作了。

如上所述，作为抑制不需要辐射的手段，把环圈放置于叶片内;与此同时，作为提高输出效率的手段，把天线直接连接到环圈上。当利用这样的构成时，天线引线在排气管内，在把排气管切断封口的过程中，环圈或叶片产生变形，引起磁控管不能正常工作的问题。

本发明解决了这一问题，下面参照附图来说明一个实施例。

图5为示出本发明一个实施例的磁控管剖面图，图6为其主要部分的轴侧图。

图中，56为阳极圆柱;57为在阳极圆柱内设置的多个叶片;58、59为直径不同的一对环圈，把它们设置于叶片的阳极圆柱轴线方向中点附近的同一平面上，与此同时，与多个叶片中的每隔一个叶片分别交互连接起来;60为天线引线，其一端在多个叶片中相邻的任意两个叶片（图中的57a、57b）的中点附近、与直径较大的那个环圈59连接起来。该天线引线从这个环圈的连接点开始，沿着垂直于阳极圆柱轴线的方向延长，穿过设置于阳极圆柱侧面上的耦合孔61，其另一端延长到输出天线62处。63为在阳极圆柱的轴线上、与阳极圆柱同心设置、由螺旋形灯丝构成的阴极，在63的两 端设有端帽64和65。各个端帽分别与设置于阳极圆柱轴线方向上的支撑引线66和67相连接。这些支撑引线用银铜钎焊和支撑在由陶瓷材料组成的阴极心柱68上，该陶瓷材料设置于阳极圆柱的端面上。该阴极心柱68通过银铜钎焊的阴极侧管69焊接于阳极圆柱端面上。排气管70设置于阳极圆柱的另一端面上，当对阳极圆柱内部进行真空排气处理以后，如图所示，把排气管70切断封口。输出天线62由陶瓷侧管71、天线封口管72和天线间隙73构成，天线引线的一端钎焊于天线封口管上。74、75为极靴，76、77为铁氧体永久磁铁，78、79为形成磁路的轭铁，80为压配于阳极圆柱上的散热片，81、82为绝热板，用来隔绝从阳极圆柱向永久磁铁的辐射热。83为滤波盒，84为扼流圈，85为穿板电容器。

还有，输出天线62通过第一金属管86和第二金属管87设置于阳极圆柱56的侧壁上。第一金属管和第二金属管用分别设置于一端的法兰盘连接安装上去，就是在法兰盘外缘进行焊接。在法兰盘的输出天线方面安装圆形金属板89，圆形金属板89支承着金属密封垫板88。利用圆形金属板89和轭铁79，把金属密封垫板88固定支承于输出天线62的根部。

在上述构成中，通过把排气管设置于与输出天线不同的位置上，能够在进行排气以前就把天线引线在给定的设置状态下加以固定，与此同时，还能消除在排气管切断封口过程中环圈和叶片的变形。

还有，天线封口管的形状以在该管侧面具有能够固定支撑天线引线的部分为宜。另外，排气管的内径可以大到图示阴极心柱内径左右，以有利于对阳极圆柱内部进行真空排气处理为宜。

Claims (4)

1、一种磁控管，其特征在于具有阳极圆柱；以放射状设置于所述阳极圆柱内的多个叶片；直径不同的一对环圈，把它们设置于所述叶片内，与此同时，与多个叶片分别交互连接起来；在垂直于所述阳极圆柱轴线方向上设置的输出天线；天线引线，其一端与所述环圈连接起来，该引线穿过设置于所述阳极圆柱侧面的耦合孔，其另一端支撑固定于所述输出天线内；以及，设置了所述阳极圆柱一个端面上的排气管。

2、根据权利要求1中所述的磁控管，其特征在于输出天线通过第一金属管和第二金属管，连接于阳极圆柱的侧壁上;所述第一金属管和第二金属管分别在一端设有法兰盘，把该法兰盘的外缘一体地焊接连接起来。

3、根据权利要求1中所述的磁控管，其特征在于把一对环圈设置于阳极圆柱轴线方向上叶片中点的同一平面上。

4、根据权利要求1中所述的磁控管，其特征在于天线引线由相邻叶片的中点附近直线地延长开来。

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