DE2901680A1

DE2901680A1 - Magnetron fuer einen mikrowellenherd

Info

Publication number: DE2901680A1
Application number: DE19792901680
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Takahashi; Norio Tashiro
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-01-18
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS633417B2; JPS5496964A; US4233540A; DE2901680B2; GB2012477A; GB2012477B

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

*" <C " Registered Representatives

before the European Patent Office

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, £io^!5"u _on

² D-8000 München 80

Kawasaki-shi, Japan

1 Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

17. Jan. 1979

53P593-3

Magnetron für einen Mikrowellenherd

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein mit ungedämpften Wellen arbeitendes Magnetron, insbesondere für Mikrowellenherde, das mit einer verbesserten Heizfaden-Kathode in Form einer Spule bzw. Wendel versehen ist.

Ein mit ungedämpften Wellen arbeitendes Magnetron (continuous wave magnetron) für Mikrowellenherde umfaßt eine hohlzylindrische Anode mit einer Anzahl von Rippen und eine koaxial dazu angeordnete, spulen- oder wendeiförmige (coiled) Kathode. Diese Kathode, die aus Thorium-Wolfram besteht und deren Oberfläche gekohlt bzw. geschwärzt ist, wird unmittelbar beheizt. Die Kathode besitzt also ein schnelles Ansprechen, so daß sie sich für Mikrowellenherde eignet. Sie beginnt mit der Emission von Elektronen innerhalb einer Zeitspanne von einigen Sekunden nach dem gleichzeitigen Einschalten des Anoden- und des Kathodenstroms. Bei den üblichen Mikrowellenherden ist die Anodenstromversorgung keine perfekte Gleichspannung, weshalb der Anodenstrom ein pulsierender Strom ist.

Zur Verhinderung einer Streustörung (noise leak) vom Kathodenschaft eines solchen Magnetrons ist dessen Eingangsabschnitt

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mit einem Filterkreis versehen, der von einem Abschirmgehäuse umgeben ist. Der Filterkreis vermag jedoch nicht Leitungsrauschen in einem vergleichsweise niederfrequenten Band (z.B. 0,5 - 1,5 MHz) zu unterdrücken. Leitungsrauschen variiert in Abhängigkeit von der Belastung des Magnetrons oder von seinem Eingangsstrom. Das Leitungsrauschen besitzt beispielsweise die Frequenzverteilung gemäß Fig. 1.

Die Erfindung beruht nun auf der Feststellung, daß dieses in einem vergleichsweise niedrigen Frequenzband erzeugte Leitungsrauschen eng mit einer Schwingungserscheinung verbunden ist, die in der Wellenform des Anodenstroms zu beobachten ist und die - durch einen Oszillographen wiedergegeben in Fig. 2 veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 2 tritt diese Erscheinung bei bestimmten AnodenStrompegeln auf. Außerdem wird der Pegel bzw. das Spektrum des Leitungsrauschens sehr stark durch die Lastimpedanz des Magnetrons beeinflußt. Das Spektrum besitzt in diesem Fall eine Spitze bzw. einen Scheitel zwischen 0,5 MHz und 1,5 MHz. Trägt man nun diese maximalen Rausch- oder Störpegel zwischen 0,5 MHz und 1,5 MHz auf ein Smithsches■Leitungsdiagramm auf, so erhält man die Verteilung der maximalen Rauschpegel gemäß Fig. 3, aus welcher hervorgeht, daß der Rausch- oder Störpegel im Schwingungsloch- oder Senkenbereich (sink region) niedrig und im Antisenkenbereich (anti-sink region) hoch ist. Eine Untersuchung dieser Schwingungserscheinung ergibt, daß ein Leitungsrauschen der Art gemäß Fig. 1 auf folgende Weise erzeugt wird.

Da das Mikrowellenfeld im Wechselwirkungs- bzw. Koppelraum beim hohen Welligkeitsfaktor-Äntisenkenbereich groß ist, ist das Rückbombardement von Elektroden an der Kathode in diesem Bereich stark. Infolgedessen steigt die Kathodentemperatur bei abnehmender Wärmeemission an. Gleichzeitig nimmt auch die Sekundär(elektronen)emission zu. Demzufolge erhöht sich die Elektronenwolkendichte in der Nähe der Kathode, so daß nahe

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der Kathodenoberfläche eine virtuelle Kathode entsteht. Wenn sich der Anodenstrom unter diesen Bedingungen erhöht und einen bestimmten Wert erreicht, wird die Elektronenwolke in der Nähe der Kathode instabil, so daß eine Schwingungserscheinung im Anodenstrom induziert wird. Diese Erscheinung führt zu hochpegeligem Leitungsrauschen.

Die Erfindung bezweckt nun die Unterdrückung bzw. Dämpfung der Entstehung von Leitungsrauschen bei einem Magnetron für Mikrowellenherde.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Magnetrons, bei dem die Dicke des die Spulen- oder Wendelkathode bildenden Heizfadens in Axialrichtung der Kathode sowie der Teilungsabstand bzw. die Steigung der Windungen der Wendelkathode in deren Axialrichtung so bemessen sind, daß Leitungsrauschen verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Magnetron, insbesondere für Mikrowellenherde, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es eine hohlzylindrische Anode mit einer Anzahl von Anodenflügeln bzw. -rippen und eine koaxial zur Anode angeordnete Kathode mit einem wendeiförmigen Heizfaden aufweist und daß das Verhältnis von Dicke d des Heizfadens, in Axialrichtung der Kathode gesehen, zur Steigung ρ der Windungen des Heizfadens, in Axialrichtung der Kathode, bei 0,3 oder darunter liegt.

Vorzugsweise beträgt die Dicke d des Heizfadens 0,4 bis 0,8 mm.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine graphische Darstellung der Frequenzspektrumverteilung des bei einem üblichen Magnetron erzeugten Leitungsrauschens,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Wellenform des Anodenstroms eines bisherigen Magnetrons,

Fig. 3 ein Smithsches Leitungsdiagramm, in welchem die Pegel des von einem bisherigen Magnetron erzeugten Rauschoder Störsignals (noise) aufgetragen sind,

Fig. 4 einen lotrechten Schnitt durch den Hauptteil eines für Mikrowellenherde vorgesehenen Magnetrons mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig„ 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen lotrechten Teilschnitt durch einen Abschnitt einer Spulen- bzw. Wendelkathode gemäß der Erfindung,

Fig. 6A bis 6F graphische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Leitungsrauschenpegel und der Phase einer stehenden Welle, und die Beziehung entsprechend einem spezifischen Verhältnis d/p zwischen der Dicke d eines die Wendelkathode bildenden Heizfadens, in Axialrichtung der Kathode gesehen, und der Steigung der Windungen der Wendelkathode, ebenfalls in Äxialrichtung derselben, und

Fig. 7 eine graphische Darstellung, in welcher die Kurve a die Beziehung zvjischen dem genannten Verhältnis d/p und dem höchsten Rauschpegel und die Kurve b die Beziehung zwischen diesem Verhältnis d/p und der Phasenbreite bei einem Rauschpegel von 20 dB oder weniger angeben.

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Das in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäße Mikrowellenherd-Magnetron umfaßt eine Anode in Form einer Anzahl von Anodenflügeln bzw. -rippen 2 und eines Anoden- Hohlzylinders 4 sowie eine koaxial zur Anode angeordnete Kathode in Form eines wendeiförmigen Heizfadens 12, napfförmiger Endkappen 14 und 15, welche die Enden des Heizfadens 12 haltern, einer die Endkappe 15 tragenden Tragstange 16 und eines die Endkappe 14 halternden Hohlzylinders 18. Der als direkt beheizte Kathode wirkende Heizfaden 12 besteht vorzugsweise aus einem Thorium-Wolfram-Draht mit gekohlter bzw. geschwärzter (carburized) Oberfläche. In einem Raum zwischen dem Heizfaden 12 und den freien Enden der Anodenrippen 2 werden Elektronen hin- und hergeschleudert.

Gemäß Fig. 5 ist die Dicke d des wendeiförmigen Heizfadens 12 in Axialrichtung der Kathode auf den Teilungsabstand bzw. die Steigung ρ der Windungen des Heizfadens in Axialrichtung der Kathode abgestimmt. Genauer gesagt: das Verhältnis von Dicke d zu Steigung ρ beträgt o,3 oder weniger. "Dikke d" und "Steigung p" sind dabei Durchschnittswerte bei einem wendeiförmigen Heizfaden 12. Die den Enden der Rippen 2 zugewandten Oberflächenabschnitte der Windungen des Heizfadens 12 stellen Elektronen emittierende Flächen dar.

Es wurden sechs verschiedene Magnetrons A-F hergestellt, die sich auf die in der folgenden Tabelle angegebene Weise bezüglich der genannten Dicke d und der Steigung ρ voneinander unterschieden. Drei Magnetrons jedes Typs wurden unter verschiedenen Lastimpedanzen untersucht, die durch Verschiebung bzw. Einstellung eines Stehwellengenerators auf VSWR (Welligkeitsfaktor) = 2 eingestellt wurden. Die Ergebnisse sind in den Fig. 6A bis 6F veranschaulicht. Die Magnetrons wurden bei einer Grundschwingungsfrequenz von 2450 MHz betrieben, und der Rauschpegel wurde anhand des höchsten Pegels im Frequenzband von 0,5 - 1,5 MHz gemessen. Die Tabelle zeigt auch die Phasenbreite, bei welcher der Rauschpegel 20 dB oder

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weniger beträgt, wenn die Reflexionsphase durch Verstellung bzw. Einstellung des Stehwellengenerators auf VSWR = 2 geändert wird.

Tabelle

	0	A	0	B	0	C	0	D	0	E	0	F
Magnetron Typ	1	,6	1	,6	1	A	1	,6	1	,6	2	,6
Dicke d (mm)	0	,2	0	A	0	,0	0	,6	0	,8	0	,1
Steigung ρ (mm)		,5		,43		,4		,38		,33		,29
Verhältnis d/p		20		22		31		28		44		47
Phasenbreite des		19		18		35		39		50		54
Rauschpegels, 2OdB		21		24		35		36		45		54
oder darunter, (mm)
Mittlere Phasen		20,0		21,3		33,7		34,3		46,3		48,7
breite

Das Magnetron Typ A entspricht den bisherigen Magnetrons. Beim beschriebenen Versuch wurde der WRlligkeitsfaktor VSWR mit 2 gewählt, weil nämlich bei den gebräuchlichen Mikrowellenherden die Lastimpedanz VSWR bei der Phase des Antisenkenbereichs, in welchem der Rauschpegel hoch ist, selten über 2 liegt.

Die Ergebnisse des Versuchs sind in Fig. 7 zusammengefaßt, aus der deutlich hervorgeht, daß bei einer Verkleinerung des Verhältnisses d/p von 0,5 aus die Phasenbreite, bei welcher der Rauschpegel 20 dB oder weniger beträgt, plötzlich ansteigt, während sich der höchste Rauschpegel verringert. Dies bedeutet, daß mit sich verkleinerndem Verhältnis d/p der Rauschpegel zunehmend verkleinert wird. Wenn das Verhältnis d/p auf etwas

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unter 0,3 verringert wird, nimmt die Phasenbreite, bei welcher der Rauschpegel 20 dB oder weniger beträgt, wieder zu, wenn auch langsam. Wenn jedoch das Verhältnis d/p wesentlich unter 0,3 zu liegen kommt, arbeitet das Magnetron nicht mehr stabil, weil die Kathode weniger Elektronen als erforderlich emittiert.

Die Dicke d des Heizfadens 12 entspricht in den meisten Fällen praktisch seinem Durchmesser. Wenn der Durchmesser bzw. die Dicke d des Heizfadens 12 zu klein ist, wird der gekohlte Thorium-Wolfram-Heizfaden 12 mechanisch zu schwach, um in der Praxis eingesetzt werden zu können. Ist der Durchmesser des Heizfadens 12 dagegen zu groß, so wird auch die Steigung ρ zu groß, um ein geeignetes Verhältnis d/p zu liefern. Dabei wird es schwierig, die Außenfläche des Wendelheizfadens zylindrisch zu gestalten. Versuche haben gezeigt, daß die Dicke d des Heizfadens, in Axialrichtung der Kathode, vorzugsweise 0,4 - 0,8 mm betragen sollte.

Die Erfindung ermöglicht die Reduzierung von Leitungsrauschen von etwa 0,5 - 1,5 MHz auf einen sehr niedrigen Pegel. Diese Rauschpegelreduzierung ist in einem beträchtlichen Bereich um die Senkenphase herum möglich. Auch außerhalb dieses speziellen Bereichs kann der Rauschpegel ausreichend gesenkt werden. Diese Rauschpegelsenkung wird dadurch möglich, daß beim beschriebenen Magnetron keine überschüssigen Elektronen in der Nähe der Kathode verweilen und im Anodenstrom keine Schwingungserscheinung auftritt.

üblicherweise befindet sich die Lastimpedanz von Mikrowellenherden in der Nähe des Senkenbereichs, so daß die Magnetrons der Mikrowellenherde mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Aus diesem Grund kann mit dem erfindungsgemäßen Magnetron das in Mikrowellenherden erzeugte Rauschen äußerst wirkungsvoll unterdrückt werden.

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Leerseife

Claims

Patentansprüche

' 1J Magnetron, insbesondere für Mikrowellenherde, dadurch gekennzeichnet, daß es eine hohlzylindrische Anode (4) mit einer Anzahl von Anodenflügeln bzw. -rippen (2) und eine koaxial zur Anode angeordnete Kathode mit einem wendeiförmigen Heizfaden (12) aufweist und daß das Verhältnis von Dicke d des Heizfadens (12), in Axialrichtung dor Kathode gesehen, zur Steigung ρ der Windungen des Heizfadens (12), in Axialrichtung der Kathode, bei 0,3 oder darunterliegt.
2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d des Heizfadens 0,4 - 0,8 mm beträgt.
3. Magnetron nach Anspruch 1_r dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Dicke d und Steigung ρ so groß ist, daß die Kathode genügend Elektronen emittiert.

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