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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines
Rauschfilters, das es ermöglicht, ein
bei einer Hochfrequenzbandbreite höher als einige wenige hundert
MHz erzeugtes Rauschen zu entfernen, indem die Länge einer Drosselspule optimiert
wird.
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2. Beschreibung des allgemeinen
Stands der Technik
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Wenn
in einem Magnetron ein Faden eines Kathodenanschlusses von einem
daran angelegten Strom erhitzt wird und dann thermische Elektronen
ausgegeben werden, bewegen sich die so ausgegebenen thermischen
Elektronen im allgemeinen kreisförmig
auf Grund eines Magnetfelds, das von einem in dem Innenraum des
Magnetrons installierten Magnet ausgebildet wird, und eines elektrischen
Felds, das in einer vertikalen Richtung bezüglich des Magnetfelds ausgebildet
wird, und Funkfrequenzwellen werden durch einen Funkfrequenzausgangsanschluss
nach außen
ausgegeben.
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Wenn
sich das Magnetron in einem Betriebszustand befindet, kollidieren Elektronen,
die sich in einem Innenraum des Magnetrons kreisförmig bewegen,
mit den im Arbeitsraum verbleibenden Gasen und erzeugen dadurch
Rauschen. Dabei beträgt
der Bereich des Rauschens einige wenige MHz bis einige wenige zehn
MHz. Um das Rauschen zu entfernen, wird ein herkömmliches Magnetronrauschfilter
wie in 1 gezeigt verwendet.
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Wie
in 1 gezeigt, enthält das herkömmliche Rauschfilter des Magnetrons
einen an einem unteren Abschnitt des Magnetrons fixierten Abschirmkasten 10,
einen bei dem Abschirmkasten 10 installierten Durchgangstypkondensator 20,
eine Drosselspule 40 zum Verbinden eines Anschlusses des
Durchgangstypkondensators 20 mit einem Kathodenanschluss 30 des
Magnetrons und einen in der Drosselspule 40 installierten
Ferritstab 50, was nachfolgend ausführlich erläutert wird.
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Die
Drosselspule 40 ist so konstruiert, dass eine erste Anschlusseinheit 40-1 mit einer
gewissen Länge mit
dem Kathodenanschluss 30 verbunden ist, ein erster gebogener
Abschnitt 40-2 sich von dem ersten Anschlussabschnitt 40-1 aus
erstreckt und von dort gebogen ist, eine gewickelte Einheit (Drosselspule 40-3),
auf der Spulen mehrmals gewickelt sind, um dadurch einen gewissen
Durchmesser von dem ersten gebogenen Abschnitt 40-2 zu
haben, ein zweiter gebogener Abschnitt 40-4 ist an einem
Ende des gewickelten Abschnitts 40-3 ausgebildet, und ein
zweiter Anschlussabschnitt 40-5 ist an einem Ende des zweiten
gebogenen Abschnitts 40-4 ausgebildet und ist mit dem Anschluss
des Kondensators 20 verbunden.
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2 veranschaulicht
eine äquivalente
Schaltung des Magnetronrauschfilters von 1. Wie darin gezeigt,
ist eine Impedanz ZL der Drosselspule bereitgestellt,
ausgebildet aus einer Induktanzkomponente LL der
Drosselspule 40, einer Widerstandskomponente RL,
welche einen Leistungsverlust der Drosselspule darstellt, und eine
Kapazitätskomponente
CL. Außerdem
ist die Impedanz ZL mit Masse durch den
Durchgangstypkondensator 20 verbunden, um dadurch ein Tiefbandpassfilter
auszubilden.
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3 veranschaulicht
eine Dämpfungsverhältniskennlinienkurve
der äquivalenten
Schaltung von 2. Wie darin gezeigt, werden
Resonanzbänder
zwischen etwa 300 MHz und 1 GHz erzeugt, wie durch den gepunkteten
Kreis angegeben.
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Das
Rauschfilter mit den oben beschriebenen Kennlinien wird auf der
Basis der äquivalenten
Schaltung des Rauschfilters des herkömmlichen Magnetrons analysiert,
wie in 2 gezeigt.
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Im
Fall der relativ niederfrequenten Welle kann das Rauschfilter Rauschen
entfernen, weil der Resonanzpunkt detektiert werden kann. Wenn jedoch
die Frequenz bis zu einer Frequenz über einigen wenigen Hunderten
MHz erhöht
wird, kann das Rauschfilter Rauschen nicht effektiv entfernen, da
der Resonanzpunkt nicht detektiert werden kann und es unmöglich ist
vorherzusagen, wo ein Resonanzpunkt gemäß der Frequenz erzeugt wird.
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4 veranschaulicht
eine Kennlinienkurve für
die elektromagnetische Interferenz (EMI) eines Produkts, in dem
das herkömmliche
Magnetron adaptiert ist. Wie darin gezeigt, wird ein Rauschen, das
eine EMI-Strahlungsnormreferenz übersteigt,
unter 100 MHz, um 500 MHz und 700–800 MHz erzeugt.
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Um
die Probleme des oben beschriebenen herkömmlichen Rauschfilters zu überwinden,
ist zusätzlich zu
der Drosselspule des Magnetrons eine Spule vorgesehen, um dadurch
ein nicht gezeigtes Filter mit einer zweistufigen Spulenstruktur
gemäß einer
weiteren herkömmlichen
Ausführungsform
auszubilden. Um nämlich die
Rauschdämpfungsfähigkeit
des Rauschfilters gemäß der ersten
Ausführungsform
zu erhöhen,
wird die Anzahl der Wicklungen der Drosselspule erhöht, um dadurch
die Impedanz zu erhöhen.
In diesem Fall nimmt die Größe der Drosselspule
zu. Ein Spielraum bezüglich
einer sicheren Entfernung nimmt auf Grund einer hohen Spannung ab.
In diesem Fall ist es unmöglich,
die Größe der Drosselspule
kontinuierlich heraufzusetzen, um die Rauschentfernungsfähigkeit
des Rauschfilters zu erhöhen.
Zudem wird zum Erhöhen
der Impedanz, wenn die Größe der Drosselspule
heraufgesetzt wird, indem die Anzahl der Wicklungen der Drosselspulen
erhöht wird,
die Temperatur der Drosselspule erhöht, wodurch ein Temperaturverlust
verursacht wird. Um der Bedingung für eine sichere Entfernung und
eine Temperaturerhöhung
zu genügen
und um Strahlungsrauschen zu entfernen, muss deshalb ein Versuch
durchgeführt
werden zum Filtern von Rauschen bezüglich jeweils aller Magnetrons.
Selbst wenn die oben beschriebenen Bedingungen auf der Basis des
Experiments erreicht werden, ist es unmöglich, das Magnetronrauschfilter
herzustellen, das den oben beschriebenen Bedingungen genügt. Deshalb
wird eine Spule zusätzlich
zu der Drosselspule des Magnetrons bereitgestellt, um dadurch eine zweistufige
Rauschfilterstruktur auszubilden.
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Bei
der ersten Ausführungsform
der herkömmlichen
Technik jedoch weist das aus der Drosselspule und dem Durchgangstypkondensator
gebildetete Rauschfilter dahingehend ein Problem auf, dass ein unter 100
MHz, in der Nähe
von 500 MHz und bei der Bandbreite von 700–800 MHz erzeugtes Rauschen
nicht entfernt wird. Außerdem
ist es bei dem zweistufigen Rauschfilter mit einer zusätzlichen
Drosselspule gemäß der zweiten
Ausführungsform
der herkömmlichen
Technik unmöglich,
das Rauschen perfekt zu entfernen, und der Preis dafür ist hoch.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Verfahrens zum Ausbilden einer Drosselspule in einem Rauschfilter
eines Magnetrons, das in der Lage ist, bei einer Hochfrequenzbandbreite
erzeugtes Rauschen zu entfernen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstehen,
die nur als Darstellung angegeben sind und somit die vorliegende
Erfindung nicht beschränken.
Es zeigen:
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1 eine
Ansicht, die ein Rauschfilter eines herkömmlichen Magnetrons veranschaulicht;
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2 eine
Ansicht, die eine äquivalente
Schaltung eines Rauschfilters von 1 veranschaulicht;
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3 eine
Ansicht, die eine Dämpfungsverhältniskennlinienkurve
einer Drosselspule von 1 darstellt;
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4 eine
Ansicht, die eine Kennlinienkurve eines EMI-Rauschens darstellt,
das in dem herkömmlichen
Magnetron erzeugt wird;
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5 eine
Ansicht, die die Konstruktion eines Rauschfilters eines Magnetrons
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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6 eine
Ansicht, die eine Dämpfungsverhältniskennlinienkurve
einer Drosselspule des Rauschfilters eines Magnetrons gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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7A eine
Ansicht, die ein Übertragungsleitungsmodell
zum Analysieren des Rauschfilters gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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7B eine
Ansicht, die eine äquivalente
Schaltung einer Drosselspule des Rauschfilters gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt sowie
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8 eine
Ansicht, die eine EMI-Rauschkennlinienkurve des Rauschfilters eines
Magnetrons gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Konstruktion und der Betrieb eines Rauschfilters eines mit der vorliegenden
Erfindung verwendeten Magnetrons wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
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5 ist
eine Ansicht, die die Konstruktion eines Rauschfilters eines Magnetrons
darstellt, das einen an einem unteren Abschnitt des Magnetrons fixierten
Abschirmkasten 100, einen auf einer Seite des Abschirmkastens 100 installierten
Durchgangstypkondensator 200 und eine Drosselspule 400 vom
kombinierten Typ zum Verbinden von Anschlüssen zwischen dem Anschluss 800 des
Durchgangstypkondensators 200 mit einem Kathodenanschluss 700 des
Magnetrons enthält.
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Hier
enthält
die Drosselspule 400 vom kombinierten Typ einen eng gewickelten
Abschnitt 401 mit mehreren eng kontaktierenden Wicklungsabschnitten
mit jeweils einem gewissen Durchmesser und einen lose gewickelten
Abschnitt 402, mit dem eng gewickelten Abschnitt 401 verbunden,
der in einer bestimmten Entfernung von dem eng gewickelten Abschnitt 401 ausgebildet
ist. Insbesondere enthält
der eng gewickelte Abschnitt 401 einen Ferrit 600 mit
einem bestimmten Durchmesser. Der lose gewickelte Abschnitt 402 enthält jedoch
nicht den Ferrit 600.
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Dementsprechend
ist das Rauschfilter des wie oben erwähnt konstruierten Magnetrons
in der Lage, das bei einer hohen Frequenz erzeugte Rauschen effektiv
zu entfernen. Insbesondere wird das Ausbildungsverfahren für das Rauschfilter
des Magnetrons gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Zuerst
wird das Verfahren zum Ausbilden einer Drosselspule erläutert, die
ein Hauptelement des Rauschfilters ist. Wenn nämlich die Länge der Kupferleitung kleiner
ist als die Wellenlänge
der Elektronikwelle durch Vergleichen der Länge der Kupferleitung der Drosselleitung
mit der Wellenlänge
der Elektronikwelle der gemessenen Frequenz, wie in 2 oder 7B gezeigt,
wird die Frequenzkennlinie des Rauschfilters auf der Basis der äquivalenten
Schaltung des herkömmlichen
Tiefbandpassfilters analysiert.
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In
dem Fall jedoch, dass die Länge
der Kupferleitung der Drosselspule größer ist als die Wellenlänge der
Elektronikwelle, da die Phase des in der Kupferleitung ausgebreiteten
Signals verschieden ist, wird die Frequenzkennlinie des Rauschfilters
nicht durch die äquivalente
Schaltung des herkömmlichen
Tiefbandpassfilters analysiert.
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Deshalb
wird in dem Fall, dass die Länge
der Kupferleitung der Drosselspule größer ist als die Wellenlänge der
Elektronikwelle, wie in 7A gezeigt,
die Drosselspule des Rauschfilters auf der Basis des Übertragungsleitungsmodells
eingestellt, so dass das Rauschfilter analysiert wird. Es wird nämlich die
relativ niederfrequentere Bandbreite (das Band 1 von 6)
auf der Basis der äquivalenten
Schaltung des herkömmlichen
Tiefbandpassfilters analysiert, und die relativ höher frequente
Bandbreite (die Bänder
2 und 3 von 6) wird auf der Basis des Übertragungsleitungsmodells
analysiert, so dass die Frequenzkennlinie des Rauschfilters in einem
Bereich von der niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz höher als
einige GHz-Frequenzen analysiert wird.
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Die
Frequenzkennlinie des Rauschfilters wird auf eine derartige Weise
analysiert, dass die Länge
der Kupferleitung und die Wellenlänge der Elektronikwelle verglichen
werden. Wenn als Ergebnis des Vergleichs die Länge der Kupferleitung bis zu
1/4 der Wellenlänge
der Elektronikwelle beträgt,
wird das Rauschfilter auf der Basis des Übertragungsleitungsmodells
analysiert. Das Verfahren, mit dem das Rauschfilter analysiert wird,
wird ausführlich
erläutert.
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Zum
Bestimmen der Länge
der Drosselspule wird die Drosselspule mit einem Netzanalysator
verbunden, und ein Signal mit einer gewissen Frequenz wird in die
Drosselspule (auf der mit dem Kathodenanschluss des Magnetrons verbundenen
Seite) eingegeben, und das eingegebene Signal erreicht die Oberfläche A der Drosselspule.
Da zu diesem Zeitpunkt die Impedanz an den Abschnitten vor und hinter
der Drosselspule auf der Basis der Oberfläche A verschieden ist, wird
ein Teil des eingegebenen Signals von der Oberfläche A reflektiert, und ein
Teil des selbigen wird zu dem Inneren der Drosselspule durchgelassen.
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Da
das in die Drosselspule eingegebene Signal vor und hinter der Drosselspule
eine andere Impedanz aufweist, wird auf der Oberfläche B der
Drosselspule (auf der mit dem Kondensatoranschluss verbundenen Seite)
ein Teil des Signals in das Innere der Drosselspule reflektiert
und zu der Oberfläche
A übertragen,
und ein Teil des selbigen wird durch die Oberfläche B übertragen und zu dem mit dem
Kondensator verbundenen Anschluss ausgegeben.
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Auf
der Oberfläche
A überlappen
die durch die Oberfläche
A übertragenen
Signale und die von der Oberfläche
B reflektierten und zu der Oberfläche A zurückkommenden Signale.
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Wenn
die Phasen des durch die Oberfläche
A hindurchgetretenen Signals und des von der Oberfläche B reflektierten
Signals gleich sind, wird das Ausmaß der Reflexion auf der Oberfläche A stark
verändert.
Wenn das Ausmaß der
Reflexion groß ist,
wird die kleinste Energie von der Oberfläche A zu der Oberfläche B transferiert,
so dass das Frequenzdämpfungsverhältnis zunimmt.
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Beim
Ausbilden der Drosselspule durch Messen der Länge der Kupferleitung, die
der oben beschriebenen Bedingung genügt, ist es somit möglich, ein
Filter auszubilden, das das Rauschen entfernen kann.
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Im
Einzelnen können
die Reflexionskoeffizienten der Oberflächen A und B mit einer Änderung
der Impedanz in den folgenden Gleichungen 1-1 und 1-2 ausgedrückt werden,
wobei Γ
A den
Reflexionskoeffizienten auf der Oberfläche A darstellt und Γ
B den
Reflexionskoeffizienten auf der Oberfläche B darstellt. Außerdem stellt
Z
L eine Impedanz der Drosselspule dar, und
Z
I stellt eine Eingabeimpedanz der Drosselspule
dar und Z
O stellt eine Ausgangsimpedanz
der Drosselspule dar.
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Da
ZI und ZO gleich
sind, wird insbesondere die oben beschriebene Gleichung (1-3) erhalten.
Die Gleichung (1-3) repräsentiert
nämlich,
dass die Größen der
Reflexionskoeffizienten auf den Oberflächen A und B gleich sind, und
die Phase weist eine Differenz von 180 Grad auf. Deshalb beträgt die Phase
des von der Oberfläche
A zu der Oberfläche
B laufenden Signals 180 Grad. Dies bedeutet, dass das von der Oberfläche B reflektierte
und zu der Oberfläche
A kommende Signal um λ/2
als das von der Oberfläche
A zu der Oberfläche B
laufende Signal läuft.
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Die
Länge der
Kupferleitung zwischen den Oberflächen A und B weist eine Differenz
von λ/4
(oder 90 Grad Phasendifferenz) der Wellenlänge des eingegebenen Signals
auf.
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Deshalb
beträgt
die elektrische Länge
(l) der Übertragungsleitung:
wobei n einen Resonanzpunkt
darstellt und λ eine
Wellenlänge
des eingegebenen Signals darstellt.
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Zu
diesem Zeitpunkt stellt die Gleichung (2) einen Abstand zwischen
zwei Punkten in dem Fall dar, dass das Signal in einem freien Raum übertragen
wird, und die Länge
(d) einer physischen Kupferleitung kann in der folgenden Gleichung
(3) ausgedrückt
werden:
wobei k eine proportionale
Konstante, V einen Geschwindigkeitskoeffizienten und feine Resonanzfrequenz darstellen.
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Deshalb
wird die physische Länge
(d) der Drosselspule erhalten durch Bestimmen der unbekannten Konstanten
k × V
auf der Basis der Gleichung (3).
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Um
die unbekannten Konstanten k × V
zu bestimmen, wird das Phänomen
geprüft,
dass sich der Resonanzpunkt in Richtung der niedrigen Frequenz bewegt,
wenn die Länge
der Kupferleitung vergrößert wird, und
die Beziehung zwischen der Länge
der Kupferleitung und der Resonanzfrequenz kann wie folgt ausgedrückt werden,
indem der erhaltene zweite Resonanzpunkt und der dritte Resonanzpunkt
auf der Basis von Gleichung (3) adaptiert werden.
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Deshalb
kann die Beziehung zwischen der tatsächlichen Länge der Kupferleitung (d) und
den proportionalen Konstanten k × V auf der Basis der oben
beschriebenen Tabelle wie folgt bestimmt werden:
Zweiter Resonanzpunkt: d
= (0,49 log f)λ (4-1) Dritter Resonanzpunkt: d
= (0,36 log f)λ (4-2)wobei
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Deshalb
wird die Länge
(d) der Kupferleitung der Drosselspule auf der Basis der Gleichung
(4) erhalten und, wie in 5 gezeigt ist, die Kupferleitung
eng auf den Ferrit 600 gewickelt, um dadurch den eng gewickelten
Abschnitt 400 auszubilden. Wenn zu diesem Zeitpunkt der
eng gewickelte Abschnitt 400 in dem Abschirmkasten 100 installiert
wird, müssen
die beiden folgenden Bedingungen erfüllt sein.
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Zuerst
muss die Drosselspule eine stabile Entfernung von mehr als mindestens
15,5 mm im oberen, unteren, linken und rechten Abschnitt in dem
Abschirmkasten aufweisen, um dadurch einen Funken auf Grund der
Entladung zu verhindern. Deshalb beträgt der Durchmesser (φ) des Ferrit 600 5,6–6,0 mm,
um dadurch den Durchmesser des eng gewickelten Abschnitts 400 zu
vergrößern, so
dass es möglich
ist, eine gewünschte stabile
Entfernung zu erhalten.
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Zweitens
muss das Temperaturverlustproblem überwunden werden. Das Temperaturverlustproblem tritt
nämlich
auf auf Grund der von dem Magnetron durch den Kathodenanschluss
geleiteten Temperatur (1), der von der Impedanz der Drosselspule
erzeugten Temperatur (2) und der im Inneren des Magnetrons reflektierten
Schwingungsfrequenzkomponente (3) (2,45 GHz).
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In
den oben beschriebenen Bedingungen (1) bis (3) ist es unmöglich, die
Bedingungen (1) und (2) vollständig
zu verhindern, die auf Grund eines inhärenten Grunds des Magnetrons
auftreten. Die Bedingung (3) kann jedoch vollständig verhindert werden. Es
wird nämlich
der Resonanzpunkt bezüglich
der Schwingungsfrequenz 2,45 GHz (das Band 3 von 6),
die eine Basiswellenkomponente des Basismagnetrons ist, die im Inneren
des Magnetrons reflektiert wird, unter Verwendung des Übertragungsleitungsmodells
gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten. Danach wird die Länge der Kupferleitung gesetzt,
indem das Dämpfungsverhältnis der
Resonanzfrequenz mit dem oben beschriebenen Resonanzpunkt verbessert
wird.
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Wie
in 5 gezeigt, wird die Länge der Kupferleitung erhalten
durch Ausbilden des lose gewickelten Abschnitts 500 mit
einem bestimmten Durchmesser und einer bestimmten Länge. Der
lose gewickelte Abschnitt weist den gleichen Durchmesser wie der
in dem eng gewickelten Abschnitt enthaltene Ferrit 600 auf.
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Deshalb
wird das Rauschfilter des Magnetrons ausgelegt durch Ausbilden des
lose gewickelten Abschnitts 500, so dass das Temperaturverlustproblem
durch Reflektieren der Schwingungsfrequenzkomponente des Magnetrons überwunden
wird.
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Deshalb
wird in dem Rauschfilter des gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildeten Magnetrons das EMI-Rauschen von mehr als
einigen wenigen Hunderten MHz durch den eng gewickelten Abschnitt 400 entfernt,
und das Rauschen der 2,45-GHz-Bandbreite, die eine Basisschwingungsfrequenz
des Magnetrons ist, wird erhalten, und die Länge der Kupferleitung wird
gesetzt, um das Dämpfungsverhältnis der
Resonanzfrequenz mit dem so erhaltenen Resonanzpunkt zu verbessern.
Danach wird ein lose gewickelter Abschnitt mit einer bestimmten
Länge ausgebildet,
und dann wird das Temperaturverlustproblem überwunden, so dass es möglich ist,
eine gewünschte
Breitbandbreitenkennlinie zu erhalten.
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8 ist
eine Ansicht, die eine EMI-Rauschkennlinienkurve des Rauschfilters
eines Magnetrons gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung darstellt, wie darin gezeigt, ist das
die EMI-Strahlungsreferenznorm übersteigende
Rauschen entfernt und wird nicht aus dem Magnetron bei einer niederfrequenten Bandbreite
und einer hochfrequenten Bandbreite ausgegeben.
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Da
die vorliegende Erfindung in mehreren Formen verkörpert werden
kann, ohne von den wesentlichen Charakteristiken abzuweichen, ist
auch zu verstehen, dass die oben beschriebene Ausführungsform durch
keine der Details der vorausgegangenen Beschreibung beschränkt wird,
sofern nicht anders spezifiziert, sondern vielmehr umfassend innerhalb
ihres Schutzbereichs wie in den beigefügten Ansprüchen definiert ausgelegt werden
sollte.