JP2004063381A - マグネトロン - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単且つ合理的な構成で第３高調波および第３高調波のサイドバンドを抑制することができるマグネトロンを提供することを目的とする。
【解決手段】陽極円筒１の開口端に、磁極片７を介して気密に封着された金属側管８と、金属側管８の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョーク１５および第５高調波抑止用筒状チョーク１０と、陽極円筒１の内面に中心軸へ向かって配設された複数枚のベイン２と、ベイン２の任意の位置にマイクロ波的に接続されたアンテナリード１７と、アンテナリード１７が磁極片７と金属側管８とを非接触に貫通して延出されてマグネトロンの出力部が構成され、アンテナリード１７は、第３高調波抑止用筒状チョーク１５の開口端部とベイン２の接続部との間の電気長Ｌ１が第３高調波のλ／２となるように構成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジ等に用いられるマグネトロンに関わり、特にその出力部からの高調波の漏れの抑制に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電子レンジ用マグネトロンでは、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波が発生するが、この基本波成分以外にその整数倍の周波数をもつ高調波成分が同時に発生する。この高調波成分が出力部から幅射されると、基本波と同様に電子レンジ内へ伝播される。高調波はその波長が短いことから電子レンジ内に伝播された成分の電子レンジ外への漏洩防止をすることが困難であり、外部へ漏洩する漏洩電力は無線障害を引き起こす場合がしばしばあり、漏洩の限度値が法規制されている。
【０００３】
このため、マグネトロン自身での高調波の発生を抑えるべく、一般的にはマイクロ波の出力部に４分の１波長型チョークを形成して任意の高調波を抑制している。
【０００４】
このような従来のマグネトロンについて、以下、図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図８は従来のマグネトロンの要部断面図であり、図９は従来のマグネトロンを用いた電子レンジにおける各高調波のノイズレベルを示すグラフ、図１０は前述した高調波の第３高調波の周辺部におけるノイズレベルを示すグラフである。
【０００６】
図８に示されるように、陽極円筒１の内側にはベイン２が中心軸へ向かって複数枚配設され、ベイン２は上下端部が、それぞれ大小一対のストラップリング３、４により１つおきに連結されている。また、陽極円筒１の軸心に沿って陰極５が配設され、陰極５の両端はそれぞれエンドハット６に固着されている。陽極円筒１の開口端には、磁極片７を介して金属側管８が気密に封着されている。
【０００７】
上述した金属側管のうち、出力側の金属側管８の内側には、第３高調波を抑止するための筒状のチョーク９と第５高調波を抑止するための筒状のチョーク１０とがほぼ同軸的に配設されている。また、任意のベイン２からアンテナリード１３が導出され、このアンテナリード１３は磁極片７を貫通して管軸に沿って金属側管８、セラミック円筒１１及び排気管１２からなる出力部内をそれぞれ非接触に貫通し延出され、先端が排気管１２とともに圧接固定されている。
【０００８】
上記の構成からなる従来のマグネトロンを用いた電子レンジについてノイズレベルを測ると、図９に示されるように基本波（２．４５ＧＨｚ）に対する各高調波のノイズレベルのうち７．３５ＧＨｚ帯である第３高調波のレベルが他の高調波のレベルに対して高い状態である。また、第３高調波を詳細に見ると図１０に示されるように、第３高調波周辺において６．９±０．１５ＧＨｚのローサイドバンドや８．３±０．１５ＧＨｚのハイサイドバンドのレベルが高い状態になっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、従来のマグネトロンは第３高調波と第５高調波を抑制する目的で内部にそれらの高調波を抑制するチョーク構造を有しているが、電子レンジに使用した場合、図９及び図１０に示されるノイズレベルのグラフから分かるように、第３高調波の抑制が、他の高調波と比べるとまだ不十分であり、特に第３高調波周辺において６．９±０．１５ＧＨｚのローサイドバンドや８．３±０．１５ＧＨｚのハイサイドバンドについてはチョークの効果を得ることが出来ないという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、簡単かつ合理的な構成で第３高調波および第３高調波のサイドバンドを抑制することが出来るマグネトロンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の請求項１に記載のマグネトロンは、陽極円筒の開口端に、磁極片を介して気密に封着された金属側管と、前記金属側管の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョークおよび第５高調波抑止用筒状チョークと、前記陽極円筒の内面に中心軸へ向かって配設された複数枚のベインと、前記ベインの任意の位置にマイクロ波的に接続されたアンテナリードと、前記アンテナリードが前記磁極片と前記金属側管とを非接触に貫通して延出されてマグネトロンの出力部が構成され、前記アンテナリードは、前記第３高調波抑止用筒状チョークの開口端部と前記ベインの接続部との間の電気長Ｌ１が第３高調波のλ／２となるように構成されている。この構成により、第３高調波のノイズをより抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載のマグネトロンは、陽極円筒の開口端に、磁極片を介して気密に封着された金属側管と、前記金属側管の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョークおよび第５高調波抑止用筒状チョークと、前記陽極円筒の内面に中心軸へ向かって配設された複数枚のベインと、前記ベインの任意の位置にマイクロ波的に接続されたアンテナリードと、前記アンテナリードが前記磁極片と前記金属側管とを非接触に貫通して延出されてマグネトロンの出力部が構成され、前記第３高調波抑止用筒状チョークは開口端側が狭小となるように有段形状に形成されている。この構成により、第３高調波の両サイドバンドのノイズを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載のマグネトロンは、前記第３高調波抑止用筒状チョークは、径小部の内径寸法が第３高調波のλ／４以下に構成されるのが好ましい。
【００１４】
また、請求項４に記載のマグネトロンは、請求項１に記載のマグネトロンであって、金属側管の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョークは開口端側が狭小となるように有段形状に形成されている。
【００１５】
また、請求項５に記載のマグネトロンは、請求項１に記載のマグネトロンであって、第３高調波抑止用筒状チョークは、開口端側が狭小となるように有段形状に形成され径小部の内径寸法が第３高調波のλ／４以下に構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２は本発明に係わるマグネトロンの一実施の形態を示す要部断面図であり、図３はアンテナリードのベイン端部から第３高調波抑止用チョークまでの長さとノイズレベルとの関係を示すグラフ、図４は第３高調波抑止用チョークの直径と抑制している周波数帯域との関係を示すグラフ、図５は図１に示されるマグネトロンを用いた電子レンジにおける第３高調波の周辺部のノイズレベルを示すグラフ、図６は図２に示されるマグネトロンを用いた電子レンジにおける第３高調波の周辺部のノイズレベルを示すグラフである。
【００１８】
なお、従来と共通の構成については、同じ符号を付け説明を省略する。
【００１９】
即ち、本発明の第１の実施形態におけるマグネトロンは、任意のベイン２から取り出されるアンテナリード１７の端部から第３高調波抑止用チョーク１５の端部までのアンテナリード１７の電気長Ｌ１が第３高調波のλ／２となるように構成されている。
【００２０】
本実施形態のマグネトロンによれば第３高調波成分および第３高調波のサイドバンドが大きく抑制された。
【００２１】
本発明者らは、前述した本発明の第１の実施形態によるマグネトロンについて、実験及び分析結果を行ったので以下にその詳細について説明する。
【００２２】
図１に示される金属側管８とその内側に配置される第３高調波抑止用チョーク１５とで第３高調波のハイサイドバンドに対する４分の１波形型チョークが構成されている。即ち、第３高調波抑止用チョーク１５の内直径は約１２ｍｍであり、このチョークの溝深さは１０．２ｍｍ、半径方向の溝の幅は約２．８ｍｍである。それに対して、第３高調波抑止用チョーク１５とその内側に配置される第５高調波抑止用チョーク１０とで第５高調波に対する４分の１波形型チョークが構成されている。即ち、第５高調波抑止用チョーク１０の内直径が約９ｍｍ、その溝深さは約５．３ｍｍ半径方向の溝の幅は約１．５ｍｍである。このように構成されたマグネトロンでは、各高調波に対して最大の抑制作用が得られ、かつ各々のチョークがほとんど独立にそれぞれの高調波に対する抑制作用を呈した。
【００２３】
一方、このセラミック円筒１１の上端部に接合保持させる排気管１６の内側に陰極方向へ延出された円筒部１８とアンテナリード１７により構成された第３高調波ローサイドバンドに対する４分の１波形型チョークは、溝の深さ約１０．２ｍｍ、半径方向の溝幅が約１．９ｍｍである。また、アンテナリード１７が取り出される１つのベイン２から第３高調波抑止用チョーク１５の端部までのアンテナリード１７の長さについて種々変え、それらの第３高調波の外部輻射ノイズレベルを比較した。その結果を図３に示す。
【００２４】
同図から明らかなように、本発明のマグネトロンによればアンテナリード１７が取り出される１つのベイン２から第３高調波抑止用チョーク１５の端部までのアンテナ１７の長さが２０．４ｍｍ付近で第３高調波を最も低く抑えることが出来た。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態によるマグネトロンについて説明する。
【００２６】
第２の実施形態によるマグネトロンは、図２に示されるように、第３高調波抑止用チョーク１９は、出力部側に径大部を有し、陰極側に径小部を有した有段形状に構成されている。
【００２７】
このように構成された本発明の第２の実施形態によるマグネトロンについて、本発明者らは、実験及び分析結果を行ったので以下にその詳細について説明する。
【００２８】
図２に示される第３高調波のハイサイドバンドに対する４分の１波形型チョークにおいて、第３高調波抑止用チョーク１９の径大部内直径は約１２ｍｍ、チョークの溝深さは１０．２ｍｍ、半径方向の溝の幅は約４．８ｍｍで構成したものについて、径小部の直径を種々変え、それらの第３高調波の外部輻射レベルを比較した。その結果を図４に示す。
【００２９】
同図から明らかなように、本発明の第２の実施形態のマグネトロンによれば、第３高調波抑止用チョークとアンテナリードとの放電の恐れがない距離を確保したうえで、径小部の直径が約９ｍｍ付近において従来のマグネトロンより０．３ＧＨｚ以上広帯域で第３高調波成分のレベルを抑えることが出来た。
【００３０】
本発明者らは、２．４５ＧＨｚ帯の基本波発振周波数で、出力電力約１０００Ｗの電子レンジ用マグネトロンに関し、本発明の第２の実施形態によるマグネトロンと従来のマグネトロンとの第３高調波輻射レベルを比較した。測定方法は、電波暗室内に被測定マグネトロンを取り付けた電子レンジオーブンを設置し、このオーブンの内部に水負荷を置き、オーブンから３ｍ離れたところにホーンアンテナおよびこのホーンアンテナからの信号を周波数成分ごとにそのレベルを測定する測定器を接続したものである。測定を行なった結果を図５、図６に示す。
【００３１】
従来のマグネトロンを用いた電子レンジの場合、図１０に示されるように、基本波の３倍である７．３５ＧＨｚ近辺ではノイズレベルは８０ｄＢｐＷ、ハイサイドバンドである８．３ＧＨｚ近辺では９５ｄＢｐＷ、ローサイドバンドである６．９ＧＨｚ近辺では８７ｄＢｐＷであった。
【００３２】
これに対し、本発明の第１の実施形態のマグネトロンでは、１つのベイン２から取り出されるアンテナリード１７の端部から第３高調波抑止用チョーク９の端部までのアンテナリード１７の長さを第３高調波のλ／２にすることにより、図５に示されるように、７．３５ＧＨｚ近辺のノイズレベルが４５ｄＢｐＷに低減され、金属側管８の円筒状部と第３高調波抑止用チョーク９とにより、第３高調波のハイサイドバンドである８．３ＧＨｚ近辺が６３ｄＢｐＷまで低減し、排気管１６とアンテナリード１７により第３高調波のローサイドバンドが５２ｄＢｐＷまで低減できた。
【００３３】
さらには、本発明の第２の実施形態におけるマグネトロンのように第３高調波抑止用チョーク１９を径大部と径小部を有する有段形状で構成することにより、図６に示されるように、第１の実施形態におけるマグネトロンの図５と比べて第３高調波のハイサイドバンドが、より広帯域で抑制でき、図７に示されるように第３高調波成分以外の高調波ノイズ抑止効果には影響を与えず、第３高調波ノイズレベルを５８ｄＢｐＷに低減することが出来た。
【００３４】
このように、本発明のマグネトロンによれば、出力部を複雑化および大型化することなく第３高調波抑制作用を得ることができるという実用上の優れた効果を奏した。
【００３５】
なお、第２の実施形態のマグネトロンにおいて、第３高調波抑止用チョークの径大部と径小部を有する有段形状は、図２に示されるように略直角形状である必要はなく、テーパー状であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明のマグネトロンによれば、簡単かつ合理的な構成で、第３高調波および第３高調波のサイドバンドを抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すマグネトロンの要部断面図
【図２】本発明の第２の実施形態を示すマグネトロンの要部断面図
【図３】アンテナリードのベイン端部から第３高調波抑止用チョークの端部までの長さとノイズレベルとの関係を示すグラフ
【図４】第３高調波抑止用チョークの径小部の直径と抑制している周波数帯域との関係を示すグラフ
【図５】図１に示されるマグネトロンを用いた電子レンジの第３高調波の周辺部のノイズレベルを示すグラフ
【図６】図２に示されるマグネトロンを用いた電子レンジの第３高調波の周辺部のノイズレベルを示すグラフ
【図７】本発明のマグネトロンを用いた電子レンジの各高調波のノイズレベルを示すグラフ
【図８】従来のマグネトロンの要部断面図
【図９】従来のマグネトロンを用いた電子レンジの各高調波のノイズレベルを示すグラフ
【図１０】従来のマグネトロンを用いた電子レンジの第３高調波の周辺部におけるノイズレベルを示すグラフ
【符号の説明】
１　陽極円筒
２　ベイン
７　磁極片
８　金属側管
１０　第５高調波抑止用チョーク
１１　セラミック円筒
１５，１９　第３高調波抑止用チョーク
１６　排気管
１７　アンテナリード
１８　円筒部

Claims (5)

  1. 陽極円筒の開口端に、磁極片を介して気密に封着された金属側管と、前記金属側管の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョークおよび第５高調波抑止用筒状チョークと、前記陽極円筒の内面に中心軸へ向かって配設された複数枚のベインと、前記ベインの任意の位置にマイクロ波的に接続されたアンテナリードと、前記アンテナリードが前記磁極片と前記金属側管とを非接触に貫通して延出されてマグネトロンの出力部が構成され、前記アンテナリードは、前記第３高調波抑止用筒状チョークの開口端部と前記ベインの接続部との間の電気長Ｌ１が第３高調波のλ／２となるように構成されてなることを特徴とするマグネトロン。
  2. 陽極円筒の開口端に、磁極片を介して気密に封着された金属側管と、前記金属側管の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョークおよび第５高調波抑止用筒状チョークと、前記陽極円筒の内面に中心軸へ向かって配設された複数枚のベインと、前記ベインの任意の位置にマイクロ波的に接続されたアンテナリードと、前記アンテナリードが前記磁極片と前記金属側管とを非接触に貫通して延出されてマグネトロンの出力部が構成され、前記第３高調波抑止用筒状チョークは開口端側が狭小となるように有段形状に形成されてなることを特徴とするマグネトロン。
  3. 前記第３高調波抑止用筒状チョークは、径小部の内径寸法が第３高調波のλ／４以下に構成されたことを特徴とする請求項２のマグネトロン。
  4. 請求項１に記載のマグネトロンであって、金属側管の内面側に同軸的に配設された第３高調波抑止用筒状チョークは開口端側が狭小となるように有段形状に形成されてなることを特徴とするマグネトロン。
  5. 請求項１に記載のマグネトロンであって、第３高調波抑止用筒状チョークは、開口端側が狭小となるように有段形状に形成され径小部の内径寸法が第３高調波のλ／４以下に構成されたことを特徴とするマグネトロン。
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