DE60308109T2

DE60308109T2 - Magnetron

Info

Publication number: DE60308109T2
Application number: DE60308109T
Authority: DE
Inventors: Masanori Imaichi-shi Yoshihara; Toshiyuki Utsunomiya-shi Tsukada; Hideki Shimotuga-gun Ohguri; Etsuo Kawachi-gun Saitou; Takeshi Oyama-shi Ishii
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: US6844680B2; US20040012349A1; DE60308109D1; KR20040010156A; CN1329941C; CN1477673A; JP2004103550A; EP1385191B1; KR100909664B1; EP1385191A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnetron, das in Hochfrequenz-Heizgeräten verwendet wird, wie etwa Mikrowellenherden und dergleichen.
Veröffentlichung US 5635797 legt ein Magnetron nach dem Stand der Technik offen.
11 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Magnetrons 1, das in einem Mikrowellenherd oder dergleichen eingebaut ist.
Dieses Magnetron 1 enthält eine Kathode 3, deren mittige Achse in oberer und unterer Richtung ausgerichtet ist, einen röhrenförmigen Anodenkörper 5, der diese Kathode 3 koaxial umfasst, ein Eingangsseiten-Magnetstück 7, einen Kathodenausgangs-Leitungssteg 31, ein Ausgangsseiten-Magnetstück 13, einen zweiten Metallzylinder 15 und eine Mikrowellen-Strahlungsantenne 19. Das Eingangsseiten-Magnetstück 7 ist an einem unteren Öffnungsende des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 vorhanden. Der Kathodenausgangs-Leitungssteg 31 ist in solcher Weise ausgebildet, dass dieser Kathodenausgangs-Leitungssteg 31 von einem ersten Metallzylinder 9 hervorsteht, der dieses Eingangsseiten-Magnetstück 7 bedeckt. Das Ausgangsseiten-Magnetstück 13 ist an einem oberen Öffnungsende des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 vorhanden. Der zweite Metallzylinder 15 bedeckt dieses Ausgangsseiten-Magnetstück 13. Die Mikrowellen-Strahlungsantenne 19 wird in dem zweiten Metallzylinder in solcher Weise ausgebildet, dass diese Antenne 19 sich von dem zweiten Metallzylinder 15 über eine Isolierröhre 17, die aus Keramik besteht, vorstreckt.
Eine Vielzahl an Anodenflügeln 20 ist in einer radialen Form mit einer inneren Wandfläche des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 verbunden, die auf eine Mittelachse des röhrenförmigen Andenkörpers gerichtet sind. Ein konkaver Verbindungs-Eingriffsabschnitt 20a und ein konkaver Verbindungs-Einführabschnitt 20b sind an einem oberen Rand und einem unteren Rand jeder dieses Anodenflügel 20 in solcher Weise vorhanden, dass die Position des konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitts 20a positionsmäßig in Bezug auf die Position des Verbindungs-Einführabschnitts 20b in einer radialen Richtung verschoben wird, und sowohl der konkave Verbindungs-Eingriffsabschnitt 20a und der konkave Verbindungs-Einführabschnitt 20b sind in Bezug auf die obere Kante und die untere Kante in umgekehrter Weise angeordnet. Der konkave Verbindungs-Eingriffsabschnitt 20a ist so eingesetzt, dass er mit einem Verbindungsring verbunden ist, während der konkave Verbindungs-Einführabschnitt 20b so eingesetzt ist, um den Verbindungsring darin kontaktlos einzuführen.
Anschließend werden diese Anodenflügel 20, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, elektrisch mit jedem einzelnen anderen Flügel verbunden, wobei jeder der beiden Verbindungsringe 22 und 24 mit dem konkaven Verbindungs-Eingriffabschnitt 20a verbunden wird. Diese Verbindungsringe sind ein Verbindungsring mit kleinem Durchmesser 22 und ein Verbindungsring mit großem Durchmesser 24, die in koaxialer Weise auf der Mittelachse des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 angeordnet sind.
Ein magnetischer Pol eines ersten ringförmigen Dauermagnets 21 ist magnetisch mit dem Eingangsseiten-Magnetstück 7 verbunden. Dieser erste ringförmige Dauermagnet 21 ist aus Eisenoxyd gefertigt und auf die äußere Randfläche des Eingangsseiten-Magnetstücks 7 in einer Ringform aufgeschichtet, mit der der erste Metallzylinder 9 umgeben ist. Des Weiteren ist ein magnetischer Pol eines zweiten ringförmigen Dauermagnets 23 magnetisch mit dem Ausgangsseiten-Magnetstück 13 verbunden. Dieser zweite ringförmige Dauermagnet 23 ist aus Eisenoxyd hergestellt und auf der äußeren Randfläche des Ausgangsseiten-Magnetstücks 13 in einer Ringform aufgeschichtet, mit der der zweite Metallzylinder 15 umgeben ist.
Ein rahmenförmiger Rand 25 besitzt eine Durchgangsöffnung 25a, die verwendet wird, um den Kathodenausgangs-Leitungssteg 31 in einen unteren Randabschnitt davon einzuführen, wobei dieser rahmenförmige Rand 25 verwendet wird, um so den anderen magnetischen Pol des ersten ringförmigen Dauermagnets 21 mit dem anderen magnetischen Pol des zweiten ringförmigen Dauermagnets 23 zu verbinden.
Außerdem ist eine große Anzahl an Wärmestrahlungsrippen 27 in mehreren Stufen auf der äußeren umgebenden Fläche des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 angebracht. Ein Filtergehäuse aus Metall 29 ist auf einer äußeren Fläche eines unteren Randabschnitts des rahmenförmigen Rands 25 angebracht, wobei dieser metallene Filter 29 verwendet wird, um einen Zustand zu verhindern, in dem austretende elektromagnetische Wellen aus dem Magnetron 1 austreten. Der Kathodenanschluss-Leitungssteg 31, der einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser der Durchgangsöffnung 25a des rahmen förmigen Rands 25 aufweist, ist fest mit dem ersten Metallzylinder 9 verlötet, während ein Kathodenanschluss 11a durch eine Innenseite dieses Kathodenanschluss-Leitungsstegs 31 dringt und dann elektrisch mit einer Verbindungsleitung 11 verbunden wird.
Ein Durchführkondensator 33 ist auf einem Seitenflächenabschnitt dieses Filtergehäuses 29 angebracht, wobei ein Ende einer Drosselspule 35 mit einem Kathodenanschluss 11a des Kathodenanschluss-Leitungsstegs 31 verbunden ist, der innerhalb des Filtergehäuses 29 positioniert ist. Das andere Ende dieser Drosselspule 35 ist mit einer Durchführelektrode des Kondensators 33 verbunden, um einen LC-Filterkreislauf zu erzeugen, der imstande ist, austretende elektromagnetische Wellen zu verhindern.
In dem herkömmlichen Magnetron 1, das in oben beschriebener Weise ausgeführt ist, wird ein Drosselring 37, der eine 1/1-Wellenlänge in axialer Richtung davon aufweist, fest mit der Metallröhre 15 verlötet, um Hochfrequenzrauschen zu unterdrücken, das auf der Seite der Mikrowellen-Strahlungsantenne 19 herausgelassen wurde.
Auf der anderen Seite gibt es Vorschriften für Magnetrons, um Strahlungsrauschen (Rauschaustritt) in Bezug auf Hochfrequenzkomponenten, relativ niedrig frequente Komponenten mit 30 bis 1.000 MHz und des Weiteren Basis-Wellenkomponenten (sowohl Bandbreiten- als auch Seitenbandpegel) zu verhindern. Insbesondere gibt es eine strenge Vorschrift in Bezug auf die fünfte Oberwelle.
Die Ausstattung mit nur dem oben beschriebenen Drosselring 37 kann Strahlungsrauschen/-austritte nicht zufriedenstellend verhindern, wie es die Vorschriften für das Strahlungsrauschen darlegen.
Im Allgemeinen, wenn eine Bandbreite einer Basiswelle eine klare Wellenform werden kann, die ein verringertes Seitenband aufweist, wird eine Bandbreite einer n-ten Wellen (höhere Oberschwingung) auch eine klare Wellenform werden können, so dass ein Strahlungsrauschen gesenkt werden kann. Es versteht sich, dass die Erzeugung des Seitenbandes auf der Bandbreite der Basiswelle wesentlich durch einen Durchmesser „Rp" eines mittigen flachen Abschnitts des Ausgangsseiten-Magnetsstücks 13 beeinflusst wird.
In Bezug auf den flachen Abschnitt des Ausgangsseiten-Magnetstücks 13 werden Änderungen in den Bandbreiten der Basiswelle in 12(a) bis 12(e) dargestellt, wenn der Durchmesser „Rp" dieses flachen Abschnitts in einem flachen Bereich in der Nähe jeder der Anodenflügel 20 schrittweise erhöht wird, um den Magnetfluss auf den Wirkraum innerhalb des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 zu konzentrieren.
In 12(a) bis 12(e) wurden, wenn eine radiale Abmessung eines Außenumfangs des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser 22 „Rs1" und eine radiale Abmessung eines Innenumfangs des Verbindungsrings mit großem Durchmesser 24 „Rs2" war und wobei diese radialen Abmessungen „Rs1" und „Rs2" als ein Bezugsradius verwendet wurden, die Basiswellen-Bandbreiten durch Erhöhung/Absenkung des Radius „Rp" des oben beschriebenen flachen Abschnitts gemessen.
12(a) zeigt eine Basiswellen-Bandbreite, wenn Rp < Rs1 ist, 12(b) stellt eine Basiswellen-Bandbreite dar, wenn RP = Rs1 ist, 12(c) zeigt eine Basiswellen-Bandbreite, wenn Rp = (Rs1 + Rs2)/2 ist, 12(d) stellt eine Basiswellen-Bandbreite dar, wenn Rp = Rs2 ist, und 12(e) zeigt eine Basiswellen-Bandbreite, wenn Rp < Rs2 ist.
Wie aus den jeweiligen Diagrammen ersichtlich, wird ein solcher Verlauf dargestellt. Das heißt, wenn der Radius „Rp" des flachen Abschnitts des Ausgangsseiten-Magnetstücks 12 erhöht wird (und zwar wird die Differenz in Bezug auf den Drosseldurchmesser erweitert), wird die Erzeugung der Seitenbänder in Reaktion auf diesen erhöhten Radius vermindert, und folglich können die resultierenden Bandbreiten klar werden.
In einem tatsächlichen Fall, bei dem ein Rauschpegel in der Nähe von 2,4 GHz gemessen wird, wie in 13 dargestellt, wird der Rauschpegel rasch abgeschwächt, wenn der Radius „Rp" des flachen Abschnitts die radiale Abmessung „Rs1" des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser 22 übersteigt.
Demnach, im Allgemeinen gesprochen, indem ein solcher Verlauf berücksichtigt wird, wurden die herkömmlichen Magnetrons so hergestellt, um imstande zu sein, das Strahlungsrauschen/die Strahlungsaustritte zu verhindern, da der Radius „Rp" des flachen Abschnitts des Ausgangsseiten-Magnetstücks 13 größer gemacht wird als die radiale Abmessung des Verbindungsrings mit großem Durchmesser 24.
Wenn jedoch der Radius „Rp" des flachen Abschnitts des Ausgangsseiten-Magnetstücks 13 größer gemacht wird als die radiale Abmessung des Verbindungsrings mit großem Durchmesser 24, und obgleich die Verringerung des Strahlungsrauschens festgestellt werden kann, gibt es da ein Problem, dass die Schwingungseffizienz vermindert wird, wie es aus dem Basiswellen-Bandbreitenpegel von 12(e) verständlich wird.
Erst vor sehr kurzer Zeit wurde dem Rauschen im 2,2-GHz-Bereich (Band) inmitten des Strahlungsrauschens besondere Beachtung geschenkt. Dort besteht solch ein Verlauf, dass dieses Rauschen im 2,2-GHz-Bereich einfach erzeugt werden kann, wenn die Schwingungseffizienz erhöht wird. 10 zeigt eine Rauschwellenform des 2,4-GHz-Bereichs und außerdem eine Rauschwellenform des 2,2-GHz-Bereichs. In dieser Zeichnung entspricht ein rechter Abschnitt dem Rauschen in dem 2,4-GHz-Bereich, und ein linker Abschnitt entspricht dem Rauschen in dem 2,2-GHz-Bereich, wie in der Zeichnung gezeigt.
Übersicht über die Erfindung
Um solch ein Rauscherzeugungsproblem zu lösen, konnten die Erfinder der vorliegenden Erfindung neues Wissen erlangen, da diese Erfinder die Abmessungen der flachen Abschnitte der Ausgangsseiten-Magnetsstücke und entsprechende Beziehungen zwischen diesen Anodenflügeln und die Abmessungen der jeweiligen Verbindungsringe genau analysiert haben.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem basierend auf dem oben erläuterten Wissen zu lösen, und hat deshalb ein Ziel, ein Magnetron bereitzustellen, das imstande ist, Strahlungsrauschen auf einen zufriedenstellend niedrigen Pegel zu senken, und darüber hinaus imstande ist, die Verringerung einer Schwingungseffizienz zu verhindern, so dass die Schwingungseffizienz erhöht werden kann.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird ein Magnetron nach der vorliegenden Erfindung durch solch ein Magnetron gestaltet, in dem sowohl ein konkaver Verbindungs-Eingriffsabschnitt zur Anbringung eines Verbindungsrings und ein konkaver Verbindungs-Einführabschnitt zur Einführung des Verbindungsrings dadurch auf berührungslose Weise auf einem oberen Rand und einem unteren Rand so auf jedem der Anodenflügel bereitgestellt werden, dass der konkave Verbindungs-Eingriffsabschnitt und der konkave Verbindungs-Einführabschnitt in ihrer Position voneinander in einer ra dialen Richtung eines röhrenförmigen Anodenkörpers verschoben sind, wobei die Anodenflügel, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, miteinander elektrisch an jedem einzelnen Flügel durch zwei Sätze von Verbindungsringen verbunden sind, das heißt, ein Verbindungsring mit kleinem Durchmesser und ein Verbindungsring mit großem Durchmesser, die koaxial in Bezug auf eine Mittelachse des röhrenförmigen Anodenkörpers angeordnet sind, sind mit dem konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitt verbunden, und eine Mikrowellen-Strahlungsantenne, die berührungslos durch ein Ausgangsseiten-Magnetstück hindurch tritt, ist mit einem Anodenflügel unter der Vielzahl an Anodenflügeln verbunden; wobei
in einem solchen Fall, in dem eine radiale Abmessung eines Außenumfangs des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser gleich mit „Rs1" ist, eine radiale Abmessung eines Innenumfangs des Verbindungsrings mit großem Durchmesser gleich mit „Rs2" ist, ein Radius eines Umfangs, der in Spitzenabschnitte der Anodenflügel eingetragen ist, gleich mit „Ra" ist, und ein Radius eines mittigen flachen Abschnitts des Magnetstücks, das sich in der Nähe eines jedes Anodenflügels befindet, gleich mit „Rp" ist, sind die Werte von Ra, Rs1, Rs2, Rp in solch einer Weise festgelegt, dass die folgenden Formeln (1) und (2) aufgestellt werden können: 1,85 Ra ≦ (Rs1 + Rs2)/2 ≦ 1,96 Ra (1) Rs1 < Rp < Rs2 (2)
Nach einer Analyse, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, kann nicht nur die radiale Abmessung „Rp" des flachen Abschnitts des Ausgangsseiten-Magnetstücks, sondern auch ein Verhältnis des oben beschriebenen Radius „Rp" zu den verschiedenen Arten von Abmessungen wie etwa der radialen Abmessung „Rs1" des Außenumfangs des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser, der radialen Abmessung „Rs2" des Innenumfangs des Verbindungsrings mit großem Durchmesser und auch des Radius „Ra" des Umfangs, der in die Spitzenabschnitte der Anodenflügel eingetragen ist, leicht einen Einfluss auf den Umfang des Strahlungsrauschens und der Schwingungseffizienz des Magnetrons ausüben.
Zum Beispiel stellt eine Austrittsmenge des fünften Oberschwingungsrauschens eine solche Bogenliniencharakteristik dar, wobei diese Bogenliniencharakteristik eine konvexe Form besitzt, die in eine untere Richtung weist, und ein minimaler Wert in der Nähe von [(Rs1 + Rs2)/2]/Ra = 1,90 wird. Als Folge, da die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Ra auf solch einen exakten Bereich festgelegt sind, in dem [(Rs1 + Rs2)/2]/Ra in der Nähe des minimalen Werts konvergiert werden können, kann der Rauschaustritt auf einen minimalen Austrittswert heruntergedrückt werden, und das Strahlungsrauschen kann ausreichend verringert werden.
Außerdem stellt eine Schwingungseffizienz einen solchen Verlauf dar, wonach eine charakteristische Kurve dieser Schwingungseffizienz einen Knickpunkt in der Nähe eines Bereichs hat, in dem Rp Rs2 übersteigt, und wenn diese charakteristische Kurve den Knickpunkt übersteigt, wird die Schwingungseffizienz rasch gesenkt. Als Folge, da Rp auf einen exakten Wert in der Nähe des Knickpunkts festgelegt ist, kann das Absenken der Schwingungseffizienz verhindert werden.
Außerdem stellt Rauschen in einem 50-MHz-Band solch einen Verlauf dar, wonach diese Rauschkurve einen Knickpunkt in der Nähe von Rs1 besitzt, und wenn diese Rauschkurve niedriger wird als oder gleich wird wie dieser Knickpunkt, wird das Rauschen rasch gesteigert. Als Folge, da der Radius Rp des flachen Abschnitts auf größer als oder gleich wie Rs1 gesteigert wird, kann Austritt des Rauschens in dem 50-MHz-Band verringert werden.
Demgemäß, wenn die jeweiligen Werte von Ra, Rs1, Rs2, Rp auf die Einstellbereiche der oben beschriebenen Formeln (1) und (2) festgelegt sind, kann das Strahlungsrauschen zufriedenstellend gesenkt werden. Darüber hinaus kann das Absenken der Schwingungseffizienz verhindert werden, und die Schwingungseffizienz kann verbessert werden.
Vorzugsweise ist in dem oben beschriebenen Magnetron eine Tiefenabmessung der konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitte, die auf den oberen und unteren Rändern eines jeden der Anodenflügel vorhanden ist, in solch einer Weise festgelegt, dass die Verbindungsringe, die mit den konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitten in Eingriff sind, in Bezug auf die oberen/unteren Ränder jedes der Anodenflügel nach innen versenkt sind.
Ein Verhältnis zwischen einer Rauschaustrittsmenge und den Senkgrößen der Verbindungsringe in Bezug auf die Ränder der Anodenflügel ist wie folgt festgelegt: Das heißt, die Senkgröße stellt eine Bogenliniencharakteristik dar, die eine konvexe Form aufweist, die auf eine untere Seite gerichtet ist, und außerdem einen minimalen Wert innerhalb eines Bereichs von 0,43 mm bis 0,64 mm aufweist.
Weil, wie oben erläutert, die Senkgrößen auf einen solch genauen Bereich in der Nähe des minimalen Werts festgelegt sind, kann als Folge der Rauschaustritt unterdrückt werden, und darüber hinaus können Verringerungen des Strahlungsrauschens hervorgehoben werden.
Des Weiteren ist in dem oben beschriebenen Magnetron vorzugsweise ein Abstand in einer axialen Richtung zwischen einem ausgangsseitigen Abschlussschirm, der auf einem Rand einer Kathode vorhanden ist, und dem oberen Rand jedes der Anodenflügel auf 0,2 bis 0,4 mm festgelegt.
Da das Magnetron hergestellt ist, indem eine Anordnung verwendet wird, bei der die Entfernung in der axialen Richtung zwischen dem ausgangsseitigen Abschlussschirm und dem oberen Rand jedes der Anodenflügel auf 0,2 bis 0,4 mm festgelegt ist, kann das Rauschen in dem 2,2-GHz-Band unterdrückt werden. Der Grund, warum das Rauschen in dem 2,2-GHz-Band in der oben beschriebenen Weise unterdrückt werden könnte, kann wie folgt erfasst werden: Es bedeutet, dass solch ein Phänomen reduziert werden kann, wobei das hochfrequente elektrische Feld der Antennenleitung die Bewegung der Elektronen innerhalb des Wirkraums stören kann, der zwischen den mittelseitigen Randabschnitten jedes der Anodenflügel und der Kathode gebildet wird. Mit anderen Worten, die Thermoelektronen, die von der Kathode ausgestrahlt werden, werden durch die hohe Anodenspannung beschleunigt, die zwischen der Kathode und jeder der Anodenflügel eingesetzt wird, und darüber hinaus werden die Umlaufbahnen dieser Thermoelektronen durch das Magnetfeld gekrümmt. Anschließend werden, während diese Thermoelektronen drehend bewegt werden, die gedrehten Thermoelektronen durch den Wirkraum verbreitet und treffen dann auf die Anodenflügel. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bewegung der Thermoelektronen innerhalb des Wirkraums durch das hochfrequente elektrische Feld der Antennenleitung gestört, so dass diese Thermoelektronen miteinander kollidieren können, was sich als Rauschen darstellen kann. Um solch ein Auftreten des Rauschens in dem 2,2-GHz-Band zu verhindern, wird verständlich, dass das Magnetron eine solche Konstruktion einsetzen kann, bei der das hochfrequente elektrische Feld der Antennenleitung nur schwerlich in den Wirkraum eingebracht werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Konstruktion eines Magnetrons nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Ansicht, um auf eine hauptsächliche Anordnung des in 1 gezeigten Magnetrons hinzuweisen.
3 ist eine Grafik, um ein Verhältnis zwischen einer Abmessung eines Verbindungsrings und fünftem Oberschwingungsrauschen in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
4 ist eine Grafik, um ein Verhältnis zwischen einen flachen Bereich eines Magnetstücks und einer Schwingungseffizienz in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
5 ist eine Grafik, um ein Verhältnis zwischen dem flachen Bereich des Magnetstücks und Rauschen eines 50-MHz-Bands in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
6 ist eine Grafik, um ein Verhältnis zwischen Rauschen und einer Senkgröße des Verbindungsrings in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
7 ist eine Grafik, um ein Verhältnis zwischen einer Entfernung des Abschlussschirms zum Flügel und einem relativen Wert eines niedrigen Seitenband-Strahlungspegels in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
8 ist eine Grafik, um ein Verhältnis zwischen der Entfernung des Abschlussschirms zum Flügel und einer Ladungsstabilität in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
9 ist eine Grafik, um ein Beispiel für eine Verbesserung des Rauschens in einem 2,2-GHz-Band in dem Magnetron nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch darzustellen.
10 ist eine Grafik, um das Rauschen in dem 2,2-GHz-Band in dem herkömmlichen Magnetron grafisch darzustellen.
11 ist eine Querschnittsansicht, um die Zusammensetzung des herkömmlichen Magnetrons darzustellen.
12(a), 12(b), 12(c), 12(d) und 12(e) sind Messdiagramme, die einen solchen Zustand darstellen, in dem das Auftreten der Seitenbänder auf der Basiswellenbandbreite in Reaktion auf die Erhöhung des Radius des flachen Abschnitts des Magnetstücks reduziert wird, das in dem herkömmlichen Magnetron eingesetzt ist.
13 ist eine Grafik, um das entsprechende Verhältnis zwischen dem Rauschpegel und dem Radius des flachen Abschnitts des Magnetstücks, das in dem herkömmlichen Magnetron eingesetzt ist, grafisch darzustellen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es wird nun ein Magnetron nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Magnetron 41 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Das Magnetron 41 dieser Ausführungsform ist konstruiert, indem das Eingangsseiten-Magnetstück 7 des herkömmlichen Magnetrons 1, gezeigt in 11, durch ein Eingangsseiten-Magnetstück 43 ersetzt wird, das Ausgangsseiten-Magnetstück 13 davon durch eine Ausgangsseiten-Magnetstück 45, die Anodenflügel 20 davon durch Anodenflügel 47, der Verbindungsring mit kleinem Durchmesser 22 davon durch einen Verbindungsring mit kleinem Durchmesser 49 und auch der Verbindungsring mit großem Durchmesser 24 durch einen Verbindungsring mit großem Durchmesser 51. Andere Zusammensetzungen dieses Magnetrons 41 sind gebräuchlich, wie die des Magnetrons 1. Es ist zu beachten, dass die gleichen Bezugszeichen wie in 11 gezeigt verwendet werden, um damit diese gebräuchlicherweise genutzten Bauelemente anzuzeigen, und deshalb sind Erklärungen dazu weggelassen oder werden vereinfacht.
Es sollte außerdem beachtet werden, dass Abmessungsverhältnisse dieses Eingangsseiten-Magnetstücks 43, Ausgangsseiten-Magnetstücks 45, dieser Anodenflügel 47, die ses Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser 49 und Verbindungsrings mit großem Durchmesser 51, die ersetzt wurden, mit Bezug auf einen mittigen flachen Abschnitt 45a des Ausgangsseiten-Magnetstücks 45 erdacht oder erfunden wurden.
Das heißt, dass das Magnetron 41 dieser Ausführungsform wie folgt angeordnet ist. Das Eingangsseiten-Magnetstück 43 und das Ausgangsseiten-Magnetstück 45 sind fest sowohl mit einem oberen Rand als auch einem unteren Rand eines röhrenförmigen Anodenkörpers 5 verbunden, dessen Mittelachse auf obere/untere Richtungen ausgerichtet ist. Des Weiteren ist eine Vielzahl an Anodenflügeln 47 mit einer inneren Wandfläche des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 in einer radialen Form verbunden, die auf eine Mittelachse des röhrenförmigen Anodenkörpers 5 ausgerichtet sind. Ein konkaver Verbindungs-Eingriffsabschnitt 47a und ein konkaver Verbindungs-Einführabschnitt 47b sind an einem oberen Rand und einem unteren Rand jedes dieser Anodenflügel 47 derart vorhanden, dass die Position des konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitts 47a positionsmäßig in Bezug auf die Position des konkaven Verbindungs-Einführabschnitts 47b in einer radialen Richtung verschoben wird, und sowohl der konkave Verbindungs-Eingriffsabschnitt 47a als auch der konkave Verbindungs-Einführabschnitt 47b sind in einer umgekehrten Weise in Bezug auf den oberen Rand und den unteren Rand angeordnet. Der konkave Verbindungs-Eingriffsabschnitt 47a ist so eingesetzt, dass er einen Verbindungsring verbindet, wobei der konkave Verbindungs-Einführabschnitt 47b so eingesetzt ist, dass er den Verbindungsring berührungslos dort hineinführt. Diese in einer Umfangsrichtung angeordneten Anodenflügel 47 sind elektrisch miteinander an jedem Flügel verbunden, wobei jeder von zwei Verbindungsringen 49 und 51 mit dem konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitt 47a verbunden ist. Diese Verbindungsringe sind ein Verbindungsring mit kleinem Durchmesser 49 und ein Verbindungsring mit großem Durchmesser 51, die an der Mittelachse des röhrenförmigen Anodenkörpers koaxial angeordnet sind. Darüber hinaus ist eine Mikrowellen-Strahlungsantenne 13, die durch das Ausgangsseiten-Magnetstück 45 berührungslos hindurch tritt, mit einem oberen Rand eines Anodenflügels von den mehreren Anodenflügeln 47 verbunden.
Anschließend, wie in 2 dargestellt, und unter der Annahme, dass eine Durchmesserabmessung eines Außenumfangs des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser 49 gleich mit „Rs1" ist, eine Durchmesserabmessung eines Innenumfang des Verbindungsrings mit großem Durchmesser 51 gleich mit „Rs2" ist, ein Durchmesser eines Umfangs, der in einen Spitzenabschnitt des Anodenflügels 47 eingetragen ist, gleich mit „Ra" ist, und außerdem ein Durchmesser eines mittigen flachen Abschnitts des Ausgangsseiten- Magnetstücks 45 gleich mit „Rp" ist, das sich in der Nähe jedes der Anodenflügel 47 befindet, werden die jeweiligen Werte von Ra, Rs1, Rs2, Rp so festgelegt, dass sie der folgenden Formel (1) und der Formel (2) entsprechen: 1,85 Ra ≦ (Rs1 + Rs2)/2 ≦ 1,96 Ra (1) Rs1 < Rp < Rs2 (2)
Wie in 2 gezeigt, wird in dieser Ausführungsform bei dem konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitt 47a der oberen/unteren Ränder jedes der Anodenflügel 47 dessen Tiefenabmessung „hs" so festgelegt, dass der Verbindungsring, der mit diesem konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitt 47a in Eingriff gebracht ist, von den oberen/unteren Rändern jedes der Anodenflügel 47 nach innen versenkt wird.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, eine Entfernung „Ga" zwischen einem außenseitigen Abschlussschirm und einem oberen Rand jedes der Anodenflügel 47 in einer axialen Richtung auf 0,2 bis 0,4 mm festgelegt, wobei dieser außenseitige Abschlussschirm 55 auf dem obern Ende der Kathode 3 vorhanden ist.
Nach Experimenten und Analysen, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, stellt eine Austrittsmenge an Hochfrequenzrauschen (wobei fünftes Oberschwingungsrauschen als Anfangsrauschen einbezogen ist) solch eine Bogenliniencharakteristik dar, wie durch Punkt „A2" von 3 dargestellt, wobei diese Bogenliniencharakteristik eine konvexe Form besitzt, die auf eine untere Richtung weist und ein minimaler Wert in der Nähe von [(Rs1 + Rs2)/2]/Ra = 1,90 wird. Da die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Ra auf solch einen Bereich festgelegt sind, der imstande ist, der oben erläuterten Formel (1) zu entsprechen, können die Austrittsmengen des Hochfrequenzrauschens auf im Wesentlichen minimale Werte von 54 bis 55 dBpW gesenkt werden.
Darüber hinaus, wie in 4 gezeigt, stellt eine Schwingungseffizienz einen Verlauf dar, bei dem eine charakteristische Kurve dieser Schwingungseffizienz einen Knickpunkt „B2" in der Nähe eines Bereichs besitzt, in dem Rp (Radius des flachen Abschnitts) Rs2 (radiale Abmessung des Verbindungsrings mit großem Durchmesser 51) übersteigt, und wenn diese charakteristische Kurve den Knickpunkt B2 übersteigt, wird die Schwingungseffizienz rasch gesenkt. Außerdem, wie in 5 gezeigt, stellt das Rauschen ei nes niedrigen Frequenzbereichs (50-MHz-Band) solch einen Verlauf dar, dass diese Rauschkurve einen Knickpunkt „C1" in der Nähe von Rs1 (radiale Abmessung des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser 49) besitzt, und wenn diese Rauschkurve niedriger wird als oder gleich wird wie dieser Knickpunkt C1, wird das Rauschen rasch gesteigert.
Als Folge, weil die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Rp auf solch einen Bereich festgelegt sind, mit dem die oben erläuterte Formel (2) erfüllt werden kann, kann die Schwingungseffizienz verbessert werden, und außerdem kann der Rauschaustritt des niedrigen Frequenzbereichs verhindert werden.
Mit anderen Worten, weil in dem Magnetron 41 dieser Ausführungsform die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Ra so festgelegt sind, dass die oben erläuterte Formel (1) erfüllt werden kann, können die Austrittsmengen des Hochfrequenzrauschens (wobei fünftes Oberschwingungsrauschen als Anfangsrauschen einbezogen ist) auf eine Austrittsmenge herabgedrückt werden, die niedriger ist als oder gleich ist wie eine vorgegebene Rauschaustrittsmenge. Darüber hinaus, weil die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Ra so festgelegt sind, dass die oben erläuterte Formel (2) erfüllt werden kann, kann die Schwingungseffizienz erhöht werden und gleichzeitig kann der Rauschaustritt des niedrigen Frequenzbereichs verhindert werden. Letzten Endes kann das Strahlungsrauschen über alle Frequenzbereiche zufriedenstellend gesenkt werden. Darüber hinaus kann, indem das Absenken der Schwingungseffizienz verhindert werden kann, kann die Schwingungseffizienz verbessert werden.
Außerdem ist ein Verhältnis zwischen einer Rausaustrittsmenge und Senkgrößen des Verbindungsrings in Bezug auf die Ränder der Anodenflügel 47 wie folgt festgelegt: Das heißt, wie in Punkten „D1" und „D2" von 6 gezeigt, stellt die Senkgröße eine Bogenliniencharakteristik dar, die eine konvexe Form aufweist, die auf eine untere Seite gerichtet ist, und außerdem einen minimalen Wert innerhalb eines Bereichs von 0,43 mm bis 0,64 mm aufweist. Als ein Ergebnis wird eine Tiefe des konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitts 47a so festgelegt, dass die Senkgröße innerhalb des Bereichs von dem Punkt D1 zu dem Punkt D2 oder in der Nähe dieses Bereichs definiert werden kann. Daher kann die Rauschmenge, die durch die Positionen der Anodensperren 49 und 51 in Bezug auf die Ränder der Anodenflügel verursacht wird, auf einen solchen Wert in der Nähe des minimalen Wertes herabgedrückt werden. Darüber hinaus können Reduzierungen des Strahlungsrauschens zur Geltung gebracht werden.
Entsprechend den Vergleichsexperimenten, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, konnte in dem Fall solch eines herkömmlichen Magnetrons, bei dem die Radien der jeweiligen Bauteile so festgelegt sind, dass sie Rp > Rs2 und [(Rs1 + Rs2)/2]/Ra = 1,84 erfüllen, eine klare Bandbreite, die kein Grundwellen-Seitenband aufweist, erkannt werden. Jedoch wurden folgende Ergebnisse erzielt. Das heißt, die Schwingungseffizienz betrug 72,2 % und ist ein Punkt B3 in 4, das fünfte Oberschwingungsrauschen betrug 59 dBpW und ist der Punkt A1 in 3, und das Rauschen in dem 50-MHz-Bereich betrug 24 dBμV/m und ist ein Punkt C3 in 5.
Im Gegensatz zu diesem herkömmlichen Magnetron konnten im Fall eines solchen Magnetrons nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die Radien der jeweiligen Bauteile so festgelegt sind, dass sie Rs1 < Rp < Rs2 und [(Rs1 + Rs2)/2]/Ra = 1,91 erfüllen, nicht nur eine klare Bandbreite erkannt werden, die kein Grundwellen-Seitenband aufweist, sondern auch die folgenden Ergebnisse erzielt werden. Das heißt, die Schwingungseffizienz betrug 73,6 % und ist ein Punkt B1 in 4, das fünfte Oberschwingungsrauschen betrug 54 dBpW und ist der Punkt A2 in 3, und das Rauschen in dem 50-MHz-Bereich betrug 26 dBμV/m und ist ein Punkt C2 in 5.
Mit anderen Worten, für die Schwingungseffizienz konnte die Verbesserung um 1,4 % bestätigt werden. Darüber hinaus konnte für das fünfte Oberschwingungsrauschen die Verbesserung um 5 dB bestätigt werden. Folglich konnten die wirksamen Merkmale der Bauweise des Magnetrons nach der vorliegenden Erfindung bewiesen werden.
Außerdem, in einem Magnetron nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in dem sowohl der Verbindungsring mit kleinem Durchmesser 49 und der Verbindungsring mit großem Durchmesser 51 in die konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitte 47a der Anodenflügel 47 versenkt sind, zeigt das fünfte Oberschwingungsrauschen 48 dBpW eines minimalen Punkts, dargestellt in 6. Dieses fünfte Oberschwingungsrauschen dieses Magnetrons konnte als erhebliche Verbesserung um 11 dB, verglichen mit dem des herkömmlichen Magnetrons, bestätigt werden.
Darüber hinaus, in solch einem Magnetron nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in dem ein Abstand „Ga" in einer axialen Richtung zwischen dem ausgangsseitigen Abschlussschirm 55, der an dem oberen Ende der Anode 3 vorhanden ist, und dem oberen Rand jedes der Anodenflügel 47 auf 0,2 bis 0,4 mm festgelegt ist, wird ein relativer Wert eines niedrigen Seitenband-Strahlungspegels ein niedriger Wert (in etwa –13 dB), verglichen mit solch einem Fall, in dem der Abstand „Ga" 0,4 mm übersteigt, wie in 7 dargestellt. Außerdem kann darüber hinaus, bezogen auf ein Verhältnis zwischen dem Abstand „Ga" und einer Ladungsstabilität, wie in 8 dargestellt, die Ladungsstabilität einen beständigen Wert annehmen (in etwa 600 mA). In diesem Fall kann, obwohl die Ladungsstabilität den beständigen Wert annehmen kann, nachdem der Abstand Ga die Länge von 0,2 mm überschreitet, weil der relative Wert des niedrigen Seitenbandpegels von dem Abstand Ga von 0,4 mm rasch angestiegen ist, der Abstand Ga schließlich innerhalb des Bereichs von 0,2 mm bis 0,4 mm konvergiert werden. Als ein Ergebnis eines Experiments konnte die folgende Tatsache bestätigt werden. Das heißt, weil der Abstand Ga auf solch einen Wert, wie in 9 gezeigt, festgelegt wurde, konnte das Rauschen in dem 2,2-GHz-Band um etwa 10 dB heruntergedrückt werden. Außerdem konnte eine weitere Tatsache bestätigt werden. Das heißt, weil eine bessere Ladungsstabilität in einem solchen Bereich erzielt werden konnte, indem der Abstand Ga zwischen 0,2 mm und 0,4 mm definiert wurde, konnte eine beständige Schwingung ausgeführt werden, unabhängig von den Ladungen.
Der Grund, warum das Rauschen in dem 2,2-GHz-Band in der oben beschriebenen Weise herabgedrückt werden konnte, kann wie folgt verstanden werden: Das heißt, wie zuvor erläutert, ein solches Phänomen kann verringert werden, indem das hochfrequente elektrische Feld der Antennenleitung 19 die Bewegung der Elektronen innerhalb des Wirkraums, der zwischen dem mittelseitigen Randabschnitt jedes der Anodenflügel 47 und der Kathode 3 gebildet ist, stören kann. Mit anderen Worten, die von der Kathode 3 abgestrahlten Thermoelektronen werden durch die hohe Anodenspannung beschleunigt, die zwischen der Kathode 3 und jedem der Anodenflügel 47 angewendet wird, und darüber hinaus werden die Umlaufbahnen dieser Thermoelektronen durch das Magnetfeld gekrümmt. Anschließend, während diese Thermoelektronen drehend bewegt werden, werden die gedrehten Thermoelektronen durch den Wirkraum verbreitet und treffen dann auf die Anodenflügel. Zu dieser Zeit wird die Bewegung der Thermoelektronen innerhalb des Wirkraums durch ein hochfrequentes elektrisches Feld der Antennenleitung 19 gestört, so dass die Thermoelektronen miteinander kollidieren können, was sich als ein Rauschen zeigt. Jedoch, weil das Magnetron in solch einer Weise konstruiert ist, dass das hochfrequente elektrische Feld der Antennenleitung 19 nur schwerlich in den Wirkraum eingebracht werden kann, kann die Störung der Bewegung der Thermoelektronen innerhalb des Wirkraums verringert werden, so dass das Auftreten von Kollisionen unter diesen Thermoelektronen verringert werden kann. Als ein Ergebnis kann das Auftreten des Rauschens verringert werden.
Entsprechend dem Magnetron der vorliegenden Erfindung können, weil die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Ra so festgelegt sind, dass die oben beschriebene Formel (1) erfüllt werden kann, die Austrittsmengen des hochfrequenten Rauschens (wobei das fünfte Oberschwingungsrauschen als Anfangsrauschen einbezogen ist) auf eine solche Austrittsmenge herabgedrückt werden, die niedriger ist als oder gleich ist wie eine vorgegebene Rauschaustrittsmenge. Darüber hinaus, weil die jeweiligen Werte von Rs1, Rs2, Ra so festgelegt sind, dass die oben erläuterte Formel (2) erfüllt werden kann, kann die Schwingungseffizienz verbessert werden, und gleichzeitig kann der Rauschaustritt des niedrigen Frequenzbereichs verhindert werden. Letzten Endes kann das Strahlungsrauschen über alle Frequenzbereiche zufriedenstellend verringert werden. Darüber hinaus kann, indem das Absenken der Schwingungseffizienz verhindert werden kann, die Schwingungseffizienz erhöht werden.
Außerdem kann nach der vorliegenden Erfindung die Rauschmenge, die durch die Positionen der Anodensperren 49 und 51 in Bezug auf die Ränder der Anodenflügel erzeugt wird, auf solch einen Wert in der Nähe des minimalen Werts herabgedrückt werden. Darüber hinaus können Verringerungen des Strahlungsrauschens zur Geltung gebracht werden.
Außerdem kann nach der vorliegenden Erfindung das Rauschen in dem 2,2-GHz-Band verbessert werden, und darüber hinaus kann die beständige Schwingung unabhängig vom Ladungszustand erzielt werden.

Claims

Magnetron, bei dem sowohl ein konkaver Verbindungs-Eingriffsabschnitt zur Anbringung eines Verbindungsrings als auch ein konkaver Verbindungs-Einführabschnitt zum kontaktlosen Einführen des Verbindungsrings über diesen an einem oberen Rand und einem unteren Rand von Anoden-Flügeln jeweils so vorhanden sind, dass der konkave Verbindungs-Eingriffsabschnitt und der konkave Verbindungs-Einführabschnitt hinsichtlich ihrer Position zueinander in einer radialen Richtung eines röhrenförmigen Anodenkörpers verschoben sind, wobei die Anoden-Flügel, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, miteinander elektrisch an jedem Flügel durch einen Verbindungsring mit kleinem Durchmesser verbunden sind, und ein Verbindungsring mit großem Durchmesser, der in Bezug auf eine Mittelachse des röhrenförmigen Anodenkörpers koaxial angeordnet ist, mit dem konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitt verbunden ist und eine Mikrowellen-Strahlungsantenne, die durch ein Ausgangsseiten-Magnetstück kontaktlos hindurch tritt, mit einem Anoden-Flügel von den mehreren Anoden-Flügeln verbunden ist, wobei, wenn eine radiale Abmessung eines Außenumfangs des Verbindungsrings mit kleinem Durchmesser "Rs1" ist, eine radiale Abmessung eines Innenumfangs des Verbindungsrings mit großen Durchmesser "Rs2" ist, ein Radius eines Umfangs, der in Spitzenabschnitte der Anoden-Flügel eingeschrieben ist, "Ra" ist, und ein Radius eines mittigen flachen Abschnitts des Magnetstücks, das sich in der Nähe jedes der Anoden-Flügel befindet, "Rp" ist, die Werte von Ra, Rs1, Rs2, Rp so festgelegt werden, dass die folgenden Formeln (1) und (2) aufgestellt werden können: 1,85 Ra ≦ (Rs1 + Rs2)/2 ≦ 1,96 Ra (1) Rs1 < Rp < Rs2 (2).
Magnetron nach Anspruch 1, wobei eine Tiefenabmessung der konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitte, die an dem oberen/unteren Rand jedes der Anoden-Flügel vorhanden sind, so festgelegt wird, dass die Verbindungsringe, die mit den konkaven Verbindungs-Eingriffsabschnitten in Eingriff sind, in Bezug auf den oberen/unteren Rand jedes der Anoden-Flügel nach innen versenkt sind.
Magnetron nach Anspruch 1, wobei ein Abstand zwischen einem ausgangsseitigen Abschlussschirm, der an einem Rand einer Kathode vorhanden ist, und dem oberen Rand jedes der Anoden-Flügel in einer axialen Richtung auf 0,2 bis 0,4 mm festgelegt ist.