JP4326920B2 - Magnetron - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波を発振するマグネトロンに関する。さらに詳しくは、使用環境ならびに自己の発熱による昇温に対しても発振周波数が余り変化しない、周波数特性が改善された構造のマグネトロンに関する。   The present invention relates to a magnetron that oscillates microwaves. More specifically, the present invention relates to a magnetron having a structure with improved frequency characteristics, in which the oscillation frequency does not change much even with the temperature rise due to the usage environment and its own heat generation.

近年、マイクロ波を放射する装置に対して、スプリアス放射の規制が厳しくなる傾向にある。その傾向の中にあって、パルスマグネトロンの基本発振周波数近傍の放射についても規制が厳しくなりつつある。レーダに使用されるマグネトロンは、パルス動作をするため、その発振出力のスペクトラムは、主ローブの他に側帯にたくさんのローブをもち、図5に示されるような特性を有している。このスペクトラム特性は、マグネトロンの出力パルス幅でほぼ決まり、ショートパルスになるほど帯域幅が増大する。この増大した占有帯域幅を抑えるために、フィルタなどを装着する方法が採られている。   In recent years, there is a tendency for spurious emission regulations to become stricter for devices that emit microwaves. In this trend, regulations on radiation near the fundamental oscillation frequency of pulsed magnetrons are becoming stricter. Since the magnetron used in the radar performs a pulse operation, the spectrum of its oscillation output has many lobes in the sideband in addition to the main lobe, and has the characteristics shown in FIG. This spectrum characteristic is substantially determined by the output pulse width of the magnetron, and the bandwidth increases as the short pulse is reached. In order to suppress this increased occupied bandwidth, a method of attaching a filter or the like is employed.

従来のマグネトロンは、図6に要部の断面説明図が示されるように、円筒状のアノードシェル11の内周壁に中心に向かって放射状に延びるベーン12が複数個設けられ、そのベーン12間に共振空胴を形成したアノード1とされ、ベーン12の先端部で囲まれた空間にカソード2が設けられている。ベーン12には、1個おきに連結するストラップ13が設けられ、ベーン12により囲まれる共振空胴の位相をπラジアン異ならせ、πモードで発振しやすくされている。なお、3は、ベーン12の先端とカソード2との間の作用空間に磁界を集中させるためのポールピースである。この構造のマグネトロンの発振周波数は、一般的に温度が上昇すると低下するという負の温度特性を有しており(たとえば非特許文献1参照)、マグネトロンが設置される環境の温度およびマグネトロン自身の発熱による昇温により、マグネトロンのアノード温度が変化するため、発振周波数の占有周波数帯域幅Pは、たとえば環境温度が−40℃から120℃までの変化を想定すると、図5に示されるように、170MHz程度とさらに広い範囲のものとなる。
「マグネトロン キャラクタリスティクス(Magnetron Characteristics)」、イーツーブイ テクノロジー(e2v technologies)社、[平成15年11月12日検索]、インターネット<URL:http://e2vtechnologies.com/education/mag_characteristics_nojs.htm>
A conventional magnetron is provided with a plurality of vanes 12 extending radially toward the center on the inner peripheral wall of a cylindrical anode shell 11 as shown in FIG. The anode 1 is formed with a resonant cavity, and a cathode 2 is provided in a space surrounded by the tip of the vane 12. Every other vane 12 is provided with straps 13 that are connected to each other, and the phase of the resonance cavity surrounded by the vanes 12 is made to differ by π radians so as to easily oscillate in the π mode. Reference numeral 3 denotes a pole piece for concentrating the magnetic field in the working space between the tip of the vane 12 and the cathode 2. The oscillation frequency of a magnetron having this structure generally has a negative temperature characteristic that it decreases as the temperature rises (see, for example, Non-Patent Document 1), and the temperature of the environment in which the magnetron is installed and the heat generation of the magnetron itself. Since the anode temperature of the magnetron changes due to the temperature rise due to the above, the occupied frequency bandwidth P of the oscillation frequency is assumed to be 170 MHz as shown in FIG. 5 assuming that the environmental temperature is changed from −40 ° C. to 120 ° C., for example. It will be of a much wider range.
“Magnetron Characteristics”, e2v technologies, [searched on November 12, 2003], Internet <URL: http: //e2vtechnologies.com/education/mag_characteristics_nojs.htm>

上述のように、前述の構造のマグネトロンでは、その使用環境により周囲の温度範囲が、−40〜+120℃程度まで変ることが想定されるため、その環境で、前述の発振周波数の温度特性が−0.15MHz/℃とすると、24MHz変動することになる。そのため、発振スペクトラムの帯域幅を抑えるためのフィルタを装着しても、昇温と共に発振周波数が変動し、帯域幅規制値に収まるスペクトラムを確保することができないという問題がある。一方、このような昇温による周波数変動を考慮して帯域幅規制の要求を満たそうとすると、周波数帯域幅は、非常に広い範囲となり、フィルタの性能を非常に向上させなければならないという問題がある。   As described above, in the magnetron having the above-described structure, it is assumed that the ambient temperature range changes to about −40 to + 120 ° C. depending on the use environment. Therefore, in the environment, the temperature characteristic of the oscillation frequency is − If 0.15 MHz / ° C., the frequency fluctuates by 24 MHz. Therefore, even if a filter for suppressing the bandwidth of the oscillation spectrum is attached, there is a problem that the oscillation frequency fluctuates as the temperature rises, and a spectrum that falls within the bandwidth regulation value cannot be secured. On the other hand, if the frequency regulation due to the temperature rise is taken into consideration and the bandwidth regulation requirement is satisfied, the frequency bandwidth becomes a very wide range, and the filter performance must be greatly improved. is there.

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、使用する環境温度などが変動しても、発振周波数の変動を小さく抑制し、占有する周波数帯域幅を最小限に抑えることができる構造のマグネトロンを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and even if the environmental temperature to be used fluctuates, the fluctuation of the oscillation frequency is suppressed to be small, and the occupied frequency bandwidth is minimized. An object of the present invention is to provide a magnetron having a possible structure.

本発明によるマグネトロンは、円筒状のアノードシェル内周壁に複数個のベーンが中心に向って放射状に設けられることにより隣接するベーン間に共振空胴が形成されるアノードと、該ベーンの先端部で囲まれる前記アノードシェルの中心部に該アノードシェルの軸方向に沿って設けられるカソードとを有するマグネトロンにおいて、前記アノードシェルの内周壁に一端部が固着された固定端となり、他端部が可動端となる金属片が前記共振空胴に対向させて設けられ、該金属片は、前記ベーン側の金属の熱膨張係数が該ベーン側と反対側の金属の熱膨張係数より小さくなるように、熱膨張係数の異なる少なくとも2種類の金属片を接合したものからなり、マグネトロンの動作に伴う昇温時に、前記熱膨張係数の差に起因する反りにより、前記共振空胴に近づき昇温による発振周波数の変動を抑制するように設けられることを特徴とする。 The magnetron according to the present invention includes an anode in which a plurality of vanes are provided radially on the inner peripheral wall of a cylindrical anode shell so as to form a resonance cavity between adjacent vanes, and a tip of the vane. In a magnetron having a cathode provided along the axial direction of the anode shell at a central portion of the anode shell surrounded, the magnetron has a fixed end with one end fixed to the inner peripheral wall of the anode shell, and the other end is a movable end become metal piece so as to face the resonant cavity set vignetting, the metal strip, as the coefficient of thermal expansion of the metal of the vane-side is smaller than the thermal expansion coefficient of the opposite side of the metal with the vane side, At least two kinds of metal pieces having different thermal expansion coefficients are joined, and at the time of temperature rise accompanying the operation of the magnetron, the warpage caused by the difference in the thermal expansion coefficient causes And which are located so as to suppress variations in oscillation frequency due to temperature close to the resonant cavity temperature.

ここにベーンとは、個々のアノード共振空胴を仕切る隔壁を意味し、通常のアノードシェル内周壁に接続固定される板状の陽極片のみならず、ライジングサン型などのように、アノードシェルと一体物にスリットやスロットが形成されることにより、複数個の小空胴に分割されて共振空胴が形成される場合の小空胴間の隔壁なども含む意味である。   Here, the vane means a partition wall for partitioning individual anode resonance cavities, and not only a plate-like anode piece connected and fixed to a normal inner peripheral wall of the anode shell but also an anode shell such as a rising sun type. It also includes a partition wall between the small cavities in the case where a resonance cavity is formed by being divided into a plurality of small cavities by forming slits and slots in the single body.

この構造にすることにより、環境温度の変化などにより、マグネトロンの動作時のアノード温度が変化し、たとえば通常よりも上昇すると、通常のマグネトロンでは、その負の温度係数により発振周波数が低下する特性を有しているが、本発明のマグネトロンでは、共振空胴を構成するベーンの軸方向端部側に金属片が設けられ、その金属片は熱膨張係数の小さい金属が共振空胴側に、熱膨張係数の大きい金属が共振空胴と反対側になるように接合されている。このため、温度が上昇すると金属片は共振空胴に近づくように反る。その結果、金属片は共振空胴に近づき、共振空胴のインダクタンスLが減少し、発振周波数を上昇させる作用をする。そして、マグネトロン本来の負の温度特性と本発明による金属片の作用の両者が相殺され、温度による発振周波数の変化が殆ど生じない。すなわち、温度が上昇する場合、通常の発振周波数を下げる作用と、本発明の金属片による発振周波数を上げる作用とが相殺して、温度が上昇しても余り発振周波数が変化しない。温度が下がる場合も周波数が逆方向に変動するだけで、同様に相殺され、発振周波数の変動を抑制することができる。   With this structure, the anode temperature during the operation of the magnetron changes due to changes in the environmental temperature, etc., for example, when the temperature rises higher than normal, the normal magnetron has the characteristic that the oscillation frequency decreases due to its negative temperature coefficient. However, in the magnetron of the present invention, a metal piece is provided on the axial end side of the vane constituting the resonance cavity, and the metal piece has a metal having a small thermal expansion coefficient on the resonance cavity side. The metal having a large expansion coefficient is joined so as to be opposite to the resonance cavity. For this reason, when the temperature rises, the metal piece warps to approach the resonant cavity. As a result, the metal piece approaches the resonance cavity, and the inductance L of the resonance cavity is reduced, and the oscillation frequency is increased. Then, both the negative temperature characteristic inherent in the magnetron and the action of the metal piece according to the present invention are offset, and the change in the oscillation frequency due to temperature hardly occurs. That is, when the temperature rises, the action of lowering the normal oscillation frequency cancels out the action of raising the oscillation frequency by the metal piece of the present invention, and the oscillation frequency does not change much even when the temperature rises. Even when the temperature is lowered, the frequency is simply changed in the opposite direction, which is canceled in the same manner, and fluctuations in the oscillation frequency can be suppressed.

前述の金属片が、コバール、モリブデン、白金、鉄、ニッケル、金、銅および銀よりなる群から選ばれるこにより、真空管内に入れてもガスの放出は殆どなく、しかも、熱膨張係数の組合せを選択することができるため、マグネトロンの種類などによる温度に対する周波数変化に応じて材料を選択することができる。   Since the above-mentioned metal piece is selected from the group consisting of Kovar, molybdenum, platinum, iron, nickel, gold, copper and silver, there is almost no gas emission even when placed in a vacuum tube, and a combination of thermal expansion coefficients. Therefore, the material can be selected according to the frequency change with respect to the temperature depending on the type of magnetron.

つぎに、図面を参照しながら本発明のマグネトロンについて説明をする。本発明によるマグネトロンは、図1(a)〜(b)にその一実施形態の縦断面説明図およびそのアノード部分の底面説明図が示されるように、円筒状のアノードシェル11の内周壁に、複数個のベーン12が中心に向って放射状に設けられ、隣接するベーン12間に共振空胴が形成されることによりアノード1が形成され、そのベーン12の先端部で囲まれるアノードシェル11の中心部にアノードシェル11の軸方向に沿ってカソード2が設けられている。そして、ベーン12の軸方向側の端部と対向させてアノードシェル11に接続される金属片5が設けられている。   Next, the magnetron of the present invention will be described with reference to the drawings. The magnetron according to the present invention is shown in FIGS. 1A to 1B as a longitudinal sectional view of an embodiment thereof and a bottom view of an anode portion thereof. A plurality of vanes 12 are provided radially toward the center, and a resonance cavity is formed between the adjacent vanes 12 to form the anode 1, and the center of the anode shell 11 surrounded by the tip of the vane 12. The cathode 2 is provided along the axial direction of the anode shell 11 at the part. A metal piece 5 connected to the anode shell 11 is provided so as to face the end of the vane 12 on the axial direction side.

この金属片5は、その一例の一部の斜視説明図が図1(c)に示されるように、少なくとも2種類の第1および第2の金属片51、52が接合されたものからなり、ベーン12側の第1金属片51の熱膨張係数が、ベーン12側と反対側の第2金属片52の熱膨張係数より小さい材料により形成されることにより、マグネトロンの動作に伴う昇温時に、第1および第2の金属片51、52の熱膨張係数の差に起因する反りにより、共振空胴(ベーン12)に近づき、アノード1の温度による発振周波数の変動を抑制するように設けられていることに特徴がある。   As shown in FIG. 1 (c), this metal piece 5 is formed by joining at least two kinds of first and second metal pieces 51 and 52, as shown in FIG. When the thermal expansion coefficient of the first metal piece 51 on the vane 12 side is made of a material smaller than the thermal expansion coefficient of the second metal piece 52 on the side opposite to the vane 12 side, Due to the warpage caused by the difference in thermal expansion coefficient between the first and second metal pieces 51, 52, the resonance cavity (vane 12) is approached and the fluctuation of the oscillation frequency due to the temperature of the anode 1 is suppressed. It is characterized by being.

マグネトロンの基本的な構成は、たとえば図1(a)に縦断面の説明図が示されるように、たとえば無酸素銅などからなる円筒状のアノードシェル11の内周壁に、一端部が固着され、その一端部と対向する先端部がアノードシェル11の中心に向かって放射状に延びるように、複数個のベーン(アノード片)12が設けられることにより隣接するベーン12間に共振空胴が複数個形成され、この複数個の共振空胴の全体でアノード共振空胴が形成されることによりアノード1を構成しており、そのアノードシェル11の中心部に軸方向に沿ってカソード2が設けられている。このベーン12を1個おきにストラップ13により連結して、それぞれπラジアン位相を異ならせることにより、πモード発振をしやすい構造に形成されている。そして、ベーン12の先端部とカソード2とが対向する作用空間にカソ−ド2とほぼ平行な磁界を印加し得るように、1組の鉄などからなるポールピース3が設けられて磁界が印加される構成になっている。カソード2から放出される電子は、作用空間に印加される電磁界により電子が曲げられ、周回することによりエネルギーを空胴に与え、発振するように形成されている。   As shown in FIG. 1A, for example, the basic structure of the magnetron is fixed at one end to the inner peripheral wall of a cylindrical anode shell 11 made of oxygen-free copper, for example. A plurality of vanes (anode pieces) 12 are provided so that a tip portion opposed to the one end portion extends radially toward the center of the anode shell 11, thereby forming a plurality of resonant cavities between adjacent vanes 12. The anode resonance cavity is formed by the entirety of the plurality of resonance cavities to constitute the anode 1, and the cathode 2 is provided along the axial direction at the center of the anode shell 11. . Every other vane 12 is connected by a strap 13 so that the π radians have different phases, thereby forming a structure that facilitates π mode oscillation. A pair of pole pieces 3 made of iron or the like is provided so that a magnetic field substantially parallel to the cathode 2 can be applied to the working space in which the tip of the vane 12 and the cathode 2 face each other. It is configured to be. The electrons emitted from the cathode 2 are formed so as to be oscillated by bending the electrons by an electromagnetic field applied to the working space and giving the energy to the cavity by turning.

図1に示される例では、アノードシェルの内周壁に複数枚のベーンを固着して共振空胴を複数個形成するベーン構造のマグネトロンが示されているが、アノードがスリットにより分割されて多分割にされたラインジングサン型や、アノードシェルと一体物にスロットが形成されることにより複数個の小空胴にされる場合などでも、小空胴の隔壁をベーンと見なして同様に本発明を適用することができる。   In the example shown in FIG. 1, a magnetron having a vane structure in which a plurality of vanes are fixed to the inner peripheral wall of the anode shell to form a plurality of resonant cavities is shown. The present invention is similarly applied to the case where the small cavity partition is regarded as a vane even in the case of a plurality of small cavities formed by a slot formed integrally with the anode shell. Can be applied.

金属片5は、図1に示される例では、図1(b)に図1(a)のポールピース3とカソード2を除去した底面図が示されるように、アノードシェル1の内周壁にその外周が固着されるリング状の板状体で、円周に沿ったスリット5aおよびそのスリット5aの端部を内周側に曲げることにより円周方向の連続を切断する切断部5bが形成されることにより、アノードシェル11との接続部5cおよび分離部5dが形成され、分離部5dは、一端部5eが接続部5cを介してアノードシェル11に固定され、他端部5fが自由端とされてLリングの形状に形成されている。図1に示される例では、この分離部(Lリング)5dが円周方向に沿って4個形成されている。   In the example shown in FIG. 1, the metal piece 5 is formed on the inner peripheral wall of the anode shell 1 as shown in FIG. 1 (b), which is a bottom view with the pole piece 3 and the cathode 2 of FIG. 1 (a) removed. A ring-shaped plate-like body whose outer periphery is fixed is formed with a slit 5a along the circumference and a cutting portion 5b that cuts the continuity in the circumferential direction by bending the end of the slit 5a toward the inner circumference. Thus, a connecting portion 5c and a separating portion 5d with the anode shell 11 are formed. The separating portion 5d has one end portion 5e fixed to the anode shell 11 via the connecting portion 5c and the other end portion 5f being a free end. In the shape of an L ring. In the example shown in FIG. 1, four separation portions (L-rings) 5d are formed along the circumferential direction.

この金属片5は、図1(c)に一部の斜視説明図が示されるように、第1および第2の金属片51、52が主に一端部5eおよび他部端部5fの両端部で接合されている。ベーン12側となる第1金属片51は、ベーン12側と反対側となる第2金属片52の材料よりも熱膨張係数の小さい材料になるように両金属片51、52の材料が選定されている。第1および第2の金属片51、52は、全面で接合されていてもよいが、前述の一端部5eおよび他端部5fの両端部が少なくとも接合されていればよい。すなわち、温度が上昇した際に両金属片51、52の熱膨張係数の相違に基づく反りを得ることを目的として熱膨張係数の異なる金属片51、52が接合されている。そのため、図1(c)に示されるように、第1および第2の金属片51、52が接合される部分は、少なくとも分離部5dの部分が接合されていればよく、接続部5cは一方の金属片のみの方が、アノードシェル11と熱膨張係数の差が小さい材料で信頼性よく固着することができるため好ましい。しかし、接続部5cも含めて両金属片51、52を接合させてもよい。   As shown in FIG. 1 (c), a part of the metal piece 5 includes first and second metal pieces 51, 52 mainly at both ends of one end 5e and the other end 5f. It is joined with. The material of both metal pieces 51 and 52 is selected so that the first metal piece 51 on the vane 12 side has a smaller thermal expansion coefficient than the material of the second metal piece 52 on the opposite side to the vane 12 side. ing. The first and second metal pieces 51 and 52 may be joined on the entire surface, but it is sufficient that at least both ends of the one end portion 5e and the other end portion 5f are joined. That is, when the temperature rises, the metal pieces 51 and 52 having different thermal expansion coefficients are joined for the purpose of obtaining warpage based on the difference between the thermal expansion coefficients of the two metal pieces 51 and 52. Therefore, as shown in FIG. 1 (c), at least the part of the separation part 5d has only to be joined to the part where the first and second metal pieces 51 and 52 are joined, and the connecting part 5c is one side. The metal piece alone is preferred because it can be reliably fixed with a material having a small difference in thermal expansion coefficient from the anode shell 11. However, you may join both the metal pieces 51 and 52 also including the connection part 5c.

前述のように、金属片5は温度変化の際に、反りを得ることを目的として設けられているため、その湾曲性を考慮すると、第1および第2の金属片51、52は、厚さがそれぞれ0.5mm以内であることが好ましく、さらに好ましくは0.05〜0.2mm程度であった。この第1および第2の金属片51、52は熱膨張係数の異なる材料を用いる必要があるが、マグネトロンは真空管で、しかもアノードの内部は高温になるため、高温に耐えられ、かつ、ガス放出の少ない材料である必要がある。本発明者らがこの金属片5として最適な材料を検討した結果、コバール、モリブデン、無酸素銅、鉄、金、銀、ニッケル、白金の群からなる材料より所望の熱膨張係数の材料を選択し、組み合せることが好ましいことを見出した。これらの材料の20℃における線膨張率(×10-6/℃)を表1に示す。 As described above, since the metal piece 5 is provided for the purpose of obtaining warpage when the temperature changes, the first and second metal pieces 51 and 52 have a thickness in consideration of the curvature. Is preferably within 0.5 mm, more preferably about 0.05 to 0.2 mm. The first and second metal pieces 51 and 52 need to use materials having different coefficients of thermal expansion. However, since the magnetron is a vacuum tube and the inside of the anode is at a high temperature, it can withstand the high temperature and emit gas. The material must be low. As a result of the study of the optimum material for the metal piece 5 by the present inventors, a material having a desired thermal expansion coefficient is selected from a material consisting of Kovar, molybdenum, oxygen-free copper, iron, gold, silver, nickel, and platinum. And found that it is preferable to combine them. Table 1 shows the linear expansion coefficients (× 10 −6 / ° C.) of these materials at 20 ° C.

Figure 0004326920
Figure 0004326920

図1に示される例では、第1金属片51として、0.1mm厚のコバール板を、第2金属片52として、0.1mm厚の無酸素銅板を用い、その分離部5dの部分のみに第1金属片51を接合させ、その一端部5eおよび他端部5fの両端部のみで、ロウ材を用いて接着されている。なお、金属片5の接続部5cは、その外周がアノードシェル11の内周壁にロウ材などにより固着されている。その結果、分離部5dは、その一端部5eが接続部5cを介してアノードシェル11の内周壁に固着された固定端となり、他端部5fがフリーの状態で可動端となるLリングの形状になっている。   In the example shown in FIG. 1, a 0.1 mm-thick Kovar plate is used as the first metal piece 51, and a 0.1 mm-thick oxygen-free copper plate is used as the second metal piece 52, and only the separation portion 5 d is used. The first metal piece 51 is bonded, and is bonded using a brazing material only at both ends of the one end 5e and the other end 5f. Note that the outer periphery of the connection portion 5 c of the metal piece 5 is fixed to the inner peripheral wall of the anode shell 11 with a brazing material or the like. As a result, the separating portion 5d has a fixed end in which one end portion 5e is fixed to the inner peripheral wall of the anode shell 11 via the connecting portion 5c, and an L-ring shape in which the other end portion 5f becomes a movable end in a free state. It has become.

このように、熱膨張係数の異なる少なくとも2種類の金属からなる第1および第2の金属片51、52が接合され、その一端部5eが固定端とされて他端部5fが可動端となっているため、たとえば温度が上昇すると第1金属片51は熱膨張係数が小さく、第2金属片52は熱膨張係数が大きいため、第2金属片52の方が膨張が大きく、金属片5は第1金属片51側に曲がる。すなわち金属片5は、ベーン12、換言すれば共振空胴に近づく方向に曲がる。その結果、共振空胴のインダクタンスが減少し、共振空胴の共振周波数、換言すればマグネトロンの発振周波数を高くする作用をする。この金属片5は、第1および第2の金属片51、52の熱膨張係数の差が大きいほど、また、分離部5dの固定端5eと可動端5fとの距離(長さM)が大きいほど、金属片5の曲がりが大きくベーン12に近づきやすい。そして、ベーン12に近づけば近づくほど、また、近づく金属片5の面積が大きいほど発振周波数を高くする作用をする。一方、温度が下がれば、金属片5は空胴共振器から離れる方向に曲り、全く逆の作用をする。   As described above, the first and second metal pieces 51 and 52 made of at least two kinds of metals having different thermal expansion coefficients are joined, and one end portion 5e is a fixed end and the other end portion 5f is a movable end. Therefore, for example, when the temperature rises, the first metal piece 51 has a small coefficient of thermal expansion, and the second metal piece 52 has a large coefficient of thermal expansion. Therefore, the second metal piece 52 has a larger expansion, and the metal piece 5 Bend to the first metal piece 51 side. That is, the metal piece 5 bends in a direction approaching the vane 12, in other words, the resonance cavity. As a result, the inductance of the resonance cavity is reduced, and the resonance frequency of the resonance cavity, in other words, the oscillation frequency of the magnetron is increased. In this metal piece 5, the greater the difference between the thermal expansion coefficients of the first and second metal pieces 51 and 52, the greater the distance (length M) between the fixed end 5e and the movable end 5f of the separating portion 5d. The bending of the metal piece 5 is so large that the vane 12 is easily approached. Then, the closer to the vane 12 is, the larger the area of the approaching metal piece 5 is, the higher the oscillation frequency is. On the other hand, when the temperature is lowered, the metal piece 5 bends away from the cavity resonator and performs the opposite action.

図1に示される例では、このようなLリングの形状をした分離部5dが4個アノードシェル11の内壁に取り付けられた構造になっている。xバンド(9GHz帯)用のマグネトロンで、図1に示されるリング状の金属片5を設けると、その内径は18mm程度(分離部5dの幅Dが2mm程度)で、1個の分離部(Lリング)5dの長さMは10mm程度に形成することができる。前述のように、たとえば第1金属片51としてコバールが用いられ、第2の金属片52として無酸素銅が用いられていることにより、Lリング5dの長さMが前述の10mmであると、100℃で、その可動端は0.25mm湾曲することになる。この形状の金属片5の可動端とベーン12端部(軸方向端部)との距離を変化させた場合に、共振周波数の関係を調べた結果が図3に示されている。図3において、縦軸は可動端のベーン端部との距離が2mmのときの発振周波数を基準(0)として、変化分で表示してある。   In the example shown in FIG. 1, four separation parts 5 d having such an L-ring shape are attached to the inner wall of the anode shell 11. When the ring-shaped metal piece 5 shown in FIG. 1 is provided in an x-band (9 GHz band) magnetron, the inner diameter is about 18 mm (the width D of the separation part 5d is about 2 mm), and one separation part ( The length M of the L ring) 5d can be formed to about 10 mm. As described above, for example, Kovar is used as the first metal piece 51 and oxygen-free copper is used as the second metal piece 52, so that the length M of the L ring 5d is 10 mm as described above. At 100 ° C., the movable end will be bent by 0.25 mm. FIG. 3 shows the result of examining the relationship between the resonance frequencies when the distance between the movable end of the metal piece 5 having this shape and the end of the vane 12 (end in the axial direction) is changed. In FIG. 3, the vertical axis represents the change amount with the oscillation frequency when the distance between the movable end and the vane end is 2 mm as a reference (0).

図3から、15MHz変化させるのに、分離部(Lリング)5dの可動端の変化量が0.12mmあればよいことが分る。従来のマグネトロンの温度による発振周波数のドリフト量は、およそ−150kHz/℃程度であるため、100℃では15MHzドリフトすることになるが、前述のように、金属片5の可動端を0.12mm変化させれば、100℃の温度変化分の温度補償を行うことができる。その結果、前述の構成によれば100℃で0.25mm湾曲させることができるため、必要な温度補償範囲をカバーしており、第1金属片51にコバールより熱膨張係数の大きい白金または鉄を用いたり、第1金属片51としては、コバールまたはモリブデンのままで、分離部5dの幅Dを狭くしたり、長さMを短くしたりすることにより、マグネトロンのドリフトに対応した周波数変化に調整することができる。なお、長さMを短くすると、曲る量が減るのみならず、可動端とベーンとの間隔を同じにしても発振周波数の変化に対する寄与も変化するため、その両方を考慮しながら調整することになる。   From FIG. 3, it can be seen that the change amount of the movable end of the separation part (L ring) 5d only needs to be 0.12 mm to change the frequency by 15 MHz. Since the drift amount of the oscillation frequency due to the temperature of the conventional magnetron is about −150 kHz / ° C., it drifts by 15 MHz at 100 ° C. However, as described above, the movable end of the metal piece 5 changes by 0.12 mm. By doing so, temperature compensation for a temperature change of 100 ° C. can be performed. As a result, according to the above-described configuration, since it can be bent by 0.25 mm at 100 ° C., the necessary temperature compensation range is covered, and the first metal piece 51 is made of platinum or iron having a larger thermal expansion coefficient than Kovar. The first metal piece 51 is used as Kovar or Molybdenum, and the frequency change corresponding to the drift of the magnetron is adjusted by reducing the width D of the separation part 5d or shortening the length M. can do. If the length M is shortened, not only will the amount of bending be reduced, but even if the distance between the movable end and the vane is the same, the contribution to the change in oscillation frequency will also change. become.

前述の構造で、長さMを8mmに調整し、その他は前述の構造および材料例で製造したマグネトロンのアノード外壁温度を、環境温度を変えることにより変化させ、そのときの発振周波数の変化を調べた。その結果が図4に本発明として示されるように、−40℃から120℃まで変化させても、発振周波数は2MHz程度しか変化しないのに対して、従来構造のマグネトロンによる同様の発振周波数の変化が図4に従来構造として対比して示されるように、24MHz程度変化し、22MHz程度占有する帯域幅を狭くすることができる。   In the above-mentioned structure, the length M is adjusted to 8 mm, and in other cases, the anode outer wall temperature of the magnetron manufactured by the above-described structure and material examples is changed by changing the environmental temperature, and the change of the oscillation frequency at that time is examined. It was. As shown in FIG. 4 as the result of the present invention, the oscillation frequency changes only by about 2 MHz even when the temperature is changed from −40 ° C. to 120 ° C., whereas a similar change in the oscillation frequency due to the magnetron having the conventional structure. As shown in FIG. 4 in contrast to the conventional structure, the bandwidth changes by about 24 MHz, and the bandwidth occupied by about 22 MHz can be narrowed.

前述の例では、金属片5がアノードシェル内周壁に固着できる構造の金属リングにスリットを形成することにより、接続部5cと分離部5dとを形成して、Lリング形状の分離部5dの曲げを利用したが、たとえば図2(a)に示されるように、直接Lリング形状の金属片5として形成し、そのLの底部側を直接アノードシェルの内周壁に固定する構造にしてもよい。また、その長さ、幅は自由に設定することができ、個数(4個には限定されない)、長さ、幅などを調整することにより、所望の温度係数を相殺することができる。このようなLリング形状にすることにより、固定端と可動端との距離を大きくすることができて、曲げによる変化量を大きくすることができるため好ましいが、金属片5としては、このようなLリング形状には限定されない。   In the above example, by forming a slit in the metal ring having a structure in which the metal piece 5 can be fixed to the inner peripheral wall of the anode shell, the connecting portion 5c and the separating portion 5d are formed, and the bending of the L-ring shaped separating portion 5d is performed. However, as shown in FIG. 2A, for example, it may be formed directly as an L-ring-shaped metal piece 5, and the bottom side of L may be directly fixed to the inner peripheral wall of the anode shell. Further, the length and width can be freely set, and a desired temperature coefficient can be canceled by adjusting the number (not limited to four), the length, the width, and the like. Such an L-ring shape is preferable because the distance between the fixed end and the movable end can be increased, and the amount of change due to bending can be increased. It is not limited to the L ring shape.

図2(b)に示される例は、図1(b)と同様の図が示されており、固定端5eと可動端5fとの方向がアノードシェル11の周方向ではなく、径方向に形成された例である。すなわち、固定端5e側は全体に亘ってアノードシェル11に固着され、可動端5fがアノードシェル11の中心側に張り出して形成されている。このように形成されることにより、固定端5eと可動端5fとの距離Nが小さいため、ベーン12側に近づく距離は小さ
くなるが、第1金属片51および第2金属片52に、その熱膨張係数の差の大きい材料を用いたり、その幅(N)を大きくしたり、円周方向の大部分に設けて近づく面積を大きくしたりすることにより、温度変化により曲げを得ることができると共に、広い面積に亘って間隔を変化させることができるため、発振周波数のドリフトを充分に補償することができる。また、この場合は、各小空胴(ベーンに挟まれた共振空胴)に比較的均一に金属片5を接近させることができるため、安定した周波数特性を得ることができる。
The example shown in FIG. 2 (b) is similar to FIG. 1 (b), and the direction of the fixed end 5e and the movable end 5f is not the circumferential direction of the anode shell 11 but the radial direction. This is an example. That is, the fixed end 5 e side is fixed to the anode shell 11 throughout, and the movable end 5 f is formed so as to protrude to the center side of the anode shell 11. By forming in this way, the distance N between the fixed end 5e and the movable end 5f is small, so the distance approaching the vane 12 side is small, but the heat is applied to the first metal piece 51 and the second metal piece 52. By using a material with a large difference in expansion coefficient, increasing its width (N), or increasing the area approached by providing it in the majority of the circumferential direction, it is possible to obtain bending due to temperature changes. Since the interval can be changed over a wide area, the oscillation frequency drift can be sufficiently compensated. Further, in this case, since the metal piece 5 can be brought relatively close to each small cavity (resonant cavity sandwiched between vanes), stable frequency characteristics can be obtained.

なお、この例の場合も、アノードシェル11との固着部は第2金属片または第1金属片のみとして、それ以外の部分で第1および第2の金属片を接合する構造にすることもできる。   In the case of this example as well, the fixing part to the anode shell 11 may be only the second metal piece or the first metal piece, and the first and second metal pieces may be joined at other parts. .

上述の温度補償量の可変は、マグネトロンの共振空胴のリアクタンス分をどれだけ温度で変化させるかの関数となる。したがって、上記のような構成のもとで、金属片の配置を変えることにより、温度補償量を適宜選択することができ、マグネトロンの種類(構造により周波数変動の程度が異なる)に応じて、金属片の厚さ、長さ、大きさ、材料の組合せなどを適宜設定することができる。また、効果を増すために、異種金属片の形状を工夫することができ、上記の実施例のように、必ずしも4分割にする必要はない。また、可動端側に突起部を設けるなどの工夫を施すことにより、さらに効果を大きくすることができる。   The variable temperature compensation amount described above is a function of how much the reactance of the magnetron resonance cavity is changed by temperature. Therefore, the temperature compensation amount can be appropriately selected by changing the arrangement of the metal pieces under the above-described configuration, and depending on the type of magnetron (the degree of frequency fluctuation varies depending on the structure) The thickness, length, size, combination of materials, and the like of the pieces can be set as appropriate. Moreover, in order to increase the effect, the shape of the dissimilar metal piece can be devised, and it is not necessarily required to be divided into four as in the above-described embodiment. Further, the effect can be further increased by devising such as providing a protrusion on the movable end side.

さらに、前述の各例では、異種金属が第1および第2の金属片のみで構成されていたが、3種以上の金属片を接合してもよい。また、前述の例では、金属片5がベーン12のストラップ13が設けられない側のみに設けられていたが、ストラップの有無には関係なくどちらに設けられてもよいし、ベーン12の両端部側に設けられてもよい。なお、ストラップ12も図1に示される例に限定されるものではなく、ベーン12の両側端部に設けられてもよい。   Furthermore, in each of the above-described examples, the dissimilar metal is composed of only the first and second metal pieces, but three or more kinds of metal pieces may be joined. In the above example, the metal piece 5 is provided only on the side of the vane 12 where the strap 13 is not provided. However, the metal piece 5 may be provided on either side regardless of the presence or absence of the strap. It may be provided on the side. The strap 12 is not limited to the example shown in FIG. 1, and may be provided at both end portions of the vane 12.

本発明によるマグネトロンの一実施形態を説明する図である。It is a figure explaining one Embodiment of the magnetron by this invention. 図1の金属片の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the metal piece of FIG. 図1に示される構造で、金属片の可動端とベーンとの距離に対する周波数変化の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the frequency change with respect to the distance of the movable end of a metal piece, and a vane by the structure shown by FIG. マグネトロンのアノード外壁温度の変化に対する発振周波数の変化の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the change of the oscillation frequency with respect to the change of the anode outer wall temperature of a magnetron. 従来のマグネトロンによるスペクトラム波形を、アノードの外壁温度が−40℃と120℃の場合の両方で示した図である。It is the figure which showed the spectrum waveform by the conventional magnetron in both the case where the outer wall temperature of an anode is -40 degreeC and 120 degreeC. 従来のマグネトロンの構成説明図である。It is structure explanatory drawing of the conventional magnetron.

符号の説明Explanation of symbols

1 アノード
2 カソード
3 ポールピース
5 金属片
11 アノードシェル
12 ベーン
13 ストラップ
51 第1金属片
52 第2金属片
1 Anode 2 Cathode 3 Pole Piece 5 Metal Piece 11 Anode Shell 12 Vane 13 Strap 51 First Metal Piece 52 Second Metal Piece

Claims (1)

円筒状のアノードシェル内周壁に複数個のベーンが中心に向って放射状に設けられることにより隣接するベーン間に共振空胴が形成されるアノードと、該ベーンの先端部で囲まれる前記アノードシェルの中心部に該アノードシェルの軸方向に沿って設けられるカソードとを有するマグネトロンにおいて、前記アノードシェルの内周壁に一端部が固着された固定端となり、他端部が可動端となる金属片が前記共振空胴に対向させて設けられ、該金属片は、前記ベーン側の金属の熱膨張係数が該ベーン側と反対側の金属の熱膨張係数より小さくなるように、熱膨張係数の異なる少なくとも2種類の金属片を接合したものからなり、マグネトロンの動作に伴う昇温時に、前記熱膨張係数の差に起因する反りにより、前記共振空胴に近づき昇温による発振周波数の変動を抑制するように設けられていることを特徴とするマグネトロン。 A plurality of vanes are provided radially on the inner peripheral wall of the cylindrical anode shell so as to form a resonance cavity between adjacent vanes, and the anode shell surrounded by the tip of the vane In a magnetron having a cathode provided along the axial direction of the anode shell at the center , a metal piece having one end fixed to the inner peripheral wall of the anode shell and a metal piece having the other end serving as a movable end set to face the resonant cavity vignetting, the metal strip, as the coefficient of thermal expansion of the metal of the vane-side is smaller than the thermal expansion coefficient of the opposite side of the metal with the vane side, differ by at least thermal expansion coefficient It consists of two kinds of metal pieces joined together, and at the time of temperature rise due to the operation of the magnetron, due to warpage due to the difference in thermal expansion coefficient, Magnetron, characterized in that is provided so as to suppress the fluctuation of the oscillation frequency.
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