KR0136207Y1 - 클라이스트론 - Google Patents

Abstract

본 고안은 마이크로파를 발생시키는 클라이스트론에 관한 것으로서, 전자를 방출하는 캐소드(51)와, 상기 캐소드(51)에서 발생한 전자를 수집하는 콜렉터(53)와, 상기 캐소드(51)로부터 콜렉터(53)로 가속되는 전자들로 구성된 전자빔(50)의 밀도를 변조시키도록 상기 캐소드(51)와 콜렉터(53)사이에 배설된 튜브(55)를 구비한 클라이스트론에 있어서, 상기 전자빔(50)을 일정하고 균일한 크기로 유지시키도록 상기 튜브(55)의 외주면과 일정한 간격을 두고 상기 튜브(55)의 길이방향을 따라 배설된 마그네트(57)와, 상기 튜브(55)에서 발생한 열을 방출시키도록 상기 튜브(55)와 마그네트(57)사이에 배설된 방열부재(59)와, 상기 마그네트(57)에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성하여 상기 튜브(55)내의 자속밀도를 균일하게 유지시키도록 상기 튜브(55)의 좌, 우측에 상기 튜브(55)의 내부를 향하여 볼록하게 각각 배설된 좌, 우측폴피스(61, 63)와, 상기 마그네트(57)에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성함과 동시에 상기 캐소드(51) 및 콜렉터(53)로부터 마그네트(57)로 전달되는 열을 차단하도록 상기 마그네트(57)의 좌, 우측에 각각 배설된 좌, 우측아이소레이트(65, 67)로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이와 같이 구성되어 있으므로, 상기 튜브내에 일정하고 균일한 자속밀도로 유지시켜, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력 효율을 증가시킨다.

Description

클라이스트론

제1도는 종래의 클라이스트론을 나타내는 종단면도.

제2도는 제1도에서 a-a'선에 따른 자속밀도를 나타내는 그래프.

제3도의 본 고안의 일실시예에 의한 클라이스트론을 나타내는 종단면도.

제4도의 제3도에서 b-b'선에 따른 자속밀도를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

51 : 캐소드 53 : 콜렉터

55 : 튜브 57 : 마그네트

59 : 방열부재 61, 63 : 좌, 우측폴피스

65, 67 : 좌, 우측아이소레이트

본 고안은 마이크로파(고주파)를 발생시키는 클라이스트론에 관한 것으로서, 특히, 마그네트와 방열부재의 배설위치 및 폴피스의 형상을 변경하므로써, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력효율을 증가시키는 클라이스트론에 관한 것이다.

클라이스트론은 각종 고주파 응용기기 및 통신수단에 이용되는 데, 이때, 클라이스트론으로부터 발생되는 마이크로파(고주파)는 안정적이고 시간에 따라 고주파특성이 변하지 않아야 한다. 특히, 상기 클라이스트론이 장거리 또는 좁은 대역에서 통신수단으로 이용될 경우에는 상기 클라이스트론에서 발생하는 고주파의 안정도 및 균일도는 통신의 질에 크나큰 영향을 미친다.

종래, 클라이스트론은 제1도에 도시한 바와 같이, 전자를 방출하는 캐소드(11)와, 상기 캐소드(11)로부터 발생된 전자를 수집하는 콜렉터(13)와, 상기 캐소드(11)로부터 콜렉터(13)로 가속되는 전자들로 구성된 전자빔(15)의 밀도를 변조시키도록 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)사이에 배설된 튜브(14)와, 상기 전자빔(15)의 확산을 방지하여 상기 전자빔(15)이 일정한 크기를 유지하도록 상기 전자빔(15)의 길이방향을 따라 자속을 형성시키는 좌, 우측마그네트(17, 19)와, 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)가 각각 배설되는 좌, 우측폴피스(21, 23)와, 상기 캐소드(11)로부터 전자가 발생하도록 상기 캐소드(11)를 가열하는 히터(25)와, 상기 콜렉터(13)에 부딪치는 전자에 의해 콜렉터(13)에서 발생하는 열을 외부로 방출하도록 상기 콜렉터(13)에 배설된 방열부재(27)와, 밀도변화에 따른 마이크로파에너지를 상기 튜브(14)로부터 끌어내는 출력단(29)로 이루어져 있다.

이때, 상기 튜브(14)내에는 상기 전자빔(15)의 속도를 변화시킴으로써 상기 전자빔(15)의 밀도변조를 유도하도록 다수의 캐비티(14a, 14b, 14c, 14d)가 관통형성됨과 동시에 상기 전자빔(15)을 안내하도록 관통구멍(14e)이 형성되어 있고, 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)에 의해 발생되는 자계를 안내하여 자로을 형성함과 동시에 상기 좌, 우측마그네트(17, 19) 및 튜브(14)를 보호하도록 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)의 외주면에는 요우크(31)가 밀착배설 되어 있으며, 상기 콜렉터(13)에 인접한 캐비티(14d)에는 상기 출력단(29)이 배설되어 있다.

또한, 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)간에는 상기 전자빔(15)을 가속시키도록 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)간에 일정한 전압을 걸어주는 도시하지 않은 가속수단이 배설되어 있고, 상기 캐소드(11)에서 발생하는 전자가 모이도록 상기 콜렉터(13)와 마주보는 캐소드(11)의 면은 오목하게 되어 있으며, 상기 전자가 부딪치는 콜렉터(13)의 면은 상기 전자를 용이하게 흡수하도록 오목하게 되어 있다.

상기 좌·우측마그네트(17, 19)는 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)의 외측에 각각 배설되어 상기 캐소드(11)로부터 콜렉터(13)로 흐르는 전자의 방향에 대해 반대반향으로 자속을 형성하도록 상기 좌측 마그네트(17)의 내주면은 S극으로 형성되어 있음과 동시에 그 외주면은 N극으로 형성되어 있고, 상기 우측 마그네틱(19)의 내주면은 N극으로 형성되어 있음과 동시에 그 외주면은 S극으로 형성되어 있다.

상기 히터(25)의 좌측에는 상기 히터(25)를 지지함과 동시에 도시하지 않은 전선을 안내하도록 지지대(35, 37)가 배설되어 있고, 상기 지지대(35, 37)의 외측에는 상기 지지대(35, 37)를 지지하도록 세라믹 홀더(39)가 배설되어 있다.

상기 방열부재(27)의 단부에는 상기 콜렉터(13)에서 발생하는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 외부공기와의 접촉면적이 넓은 다수의 방열핀(41)이 일정간격을 두고 배열설치되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 클라이스트론에서, 도시하지 않은 가속수단, 히터(25) 및 도시하지 않은 신호원에 전원이 인가되면, 상기 히터(25)내에 배설된 도시하지 않은 코일의 저항열에 의해 히터(25)가 발열하여 캐소드(11)를 가열한다. 상기 캐소드(11)가 가열되어 고온으로 되면, 상기 캐소드(11)의 오목면으로부터 전자가 방출된다.

상기 전자는 도시하지 않은 가속수단에 의해 상기 캐소드(11)와 콜렉터(13)간에 인가되어 있는 가속전압에 의해 튜브(14)내에 형성된 관통구멍(14e)을 통하여 콜렉터(13)로 향하여 흐른다.

이때, 상기 전자빔(15)은, 좌, 우측마그네트(17, 19)에 의해 형성되는 화살표 방향의 자속에 의해 확산이 방지되어 일정한 크기로 유지됨과 동시에 화살표방향의 자속의 자속밀도에 의해 더욱 가속된다. 즉, 전자는 -입자의 흐름이므로 N극에서 S극방향으로 형성되는 자속의 자속밀도가 커지면 오른쪽 방향으로 흐르는 전자의 유동력은 커지는 것이다.

상기 캐소드(11)에서 발생한 전자들은 캐비티(14a)를 지날때 도시하지 않은 신호원에 의한 고주파전계에 의해 제각기 속도가 변한다. 즉, 이 전자들은 속도변조되는 것이다.

속도변조를 받은 상기 전자들은 콜렉터(13)로 향해 변조된 제각기의 속도로 나아간다. 따라서, 가속을 받은 전자는 평균보다 앞쪽으로 나아가고, 감속을 받은 전자는 평균보다 늦어져서 점차 전자들은 덩어리를 만들게 된다. 이 작용에 의해 전자빔(15)내에는 전자밀도의 불균일이 생긴다. 즉, 상기 전자빔(15)은 밀도변조되는 것이다.

상기 전자빔(15)내의 전자가 계속진행하여 캐비티(14b), 캐비티(14c) 및 캐비티(14d)를 순차적으로 지나면서 위에서 설명한 바와 같은 작용에 의해 전자의 속도변조가 일어나게 된다. 이로 인해 전자빔(15)내에서 전자밀도가 높았던 부분의 전자밀도는 더욱 높아진다. 이 높은 전자밀도를 갖는 전자빔(15)은 캐비티(14d)에서 도시하지 않은 출력회로에 의해 마이크로파에너지로 변환되어 출력단(29)을 통해 외부로 출력된다. 즉, 전자빔(15)의 밀도변화에 따른 에너지, 도시하지 않은 가속수단의 가속전압에 의한 전자의 운동에너지 및 좌, 우측마그네트(17, 19)에 의해 형성되는 자속의 자속밀도에 의한 전자의 운동에너지가 출력단(29)을 통해 외부로 출력되는 것이다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 클라이스트론에서는, 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)가 좌, 우측폴피스(21, 23)을 각각 매개물로 하여 상기 튜브(14)의 좌, 우측에 각각 배설되어 있으므로, 제2도에 도시한 바와 같이 상기 좌측마그네트(17)과 좌측 폴피스(21)가 접하는 부위 및 우측 마그네트(19)와 우측 폴피스(23)가 접하는 부위에만 집중적으로 자속밀도가 높게 형성된다. 따라서, 자속밀도가 낮은 튜브(14)의 중심부근에서는 전자의 운동이 불안정하므로 고주파 특성이 양호하지 못할 뿐만 아니라, 상기 전자의 운동의 불안정으로 인해 전자의 표준운동곡선을 벗어난 전자들은 상기 튜브(14)의 내벽에 부딪쳐 열이 발생함으로 말미암아 에너지가 손실되므로 마이크로파의 출력이 감소하고 클라이스트론의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

또한, 좌, 우측마그네트(17, 19)는 좌, 우측폴피스(21, 23)에 의해 각각 밀착지지되어 있으므로, 히터(25)에 의해 발생하는 열에 의해 전자를 발생시키는 캐소드(11)에 의한 열 및 전자가 부딪치는 콜렉터(13)에서 발생하는 열은 상기 좌, 우측폴피스(21, 23)를 통하여 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)에 전달된다. 이때, 마그네트는 고온으로 되면 감자(자화력의 감소)특성을 가지고 있으므로, 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)에 전달된 열에 의해 전체적으로 상기 좌, 우측마그네트(17, 19)에 의해 형성된 자계의 자속밀도가 감소한다. 따라서, 상기 자속밀도의 감소로 인해 전자의 운동에너지 효율이 감소하고, 이로 인한 마이크로파 에너지가 감소하여 클라이스트론의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 방열부재 및 마그네트를 튜브의 외주면과 일정한 간격을 두고 튜브의 길이방향으로 배설함과 동시에 폴피스의 형상을 변경하므로써, 상기 튜브내에 일정하고 균일한 자속밀도로 유지시킴으로써, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력 효율을 증가시키는 클라이스트론을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본고안에 의한 클라이스트론은 전자를 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 발생한 전자를 수집하는 콜렉터와, 상기 캐소드로부터 콜렉터로 가속되는 전자들로 구성된 전자빔의 밀도를 변조시키도록 상기 캐소드와 콜렉터사이에 배설된 튜브를 구비한 클라이스트론에 있어서, 상기 전자빔을 일정하고 균일한 크기로 유지시키도록 상기 튜브의 외주면과 일정한 간격을 두고 상기 튜브의 길이방향을 따라 배설된 마그네트와, 상기 튜브에서 발생한 열을 방출시키도록 상기 투브와 마그네트사이에 배설된 방열부재와, 상기 마그네트에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성하여 상기 튜브내의 자속밀도를 균일하게 유지시키도록 상기 튜브의 좌우측에 상기 튜브의 내부를 향하여 볼록하게 각각 배설된 좌, 우측폴피스와, 상기 마그네트에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성함과 동시에 상기 캐소드 및 콜렉터로부터 마그네트로 전달되는 열을 차단하도록 상기 마그네트의 좌, 우측에 각각 배설된 좌, 우측아이소레이트로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제3도에 도시한 바와 같이, 전자를 방출하는 캐소드(51)와 상기 캐소드(51)에서 발생한 전자를 수집하는 콜렉터(53)사이에는 상기 캐소드(51)로부터 콜렉터(53)로 가속되는 전자들로 구성된 전자빔(50)의 밀도를 변조시키도록 튜브(55)가 배설되어 있고, 상기 튜브(55)의 외측에는 상기 전자빔을 일정하고 균일한 크기로 유지시키도록 상기 튜브(55)의 외주면과 일정한 간격을 두고 상기 튜브(55)의 길이방향을 따라 마그네트(57)가 배설되어 있으며, 상기 마그네트(57)와 튜브(55)사이에는 상기 튜브(55)에서 발생한 열을 방출시키도록 방열부재 (59)가 배설되어 있고, 상기 튜브(55)의 좌, 우측에는 상기 마그네트(57)에 의해 발생하는 자게의 자로를 형성하여 상기 튜브(55)내의 자속밀도를 균일하게 유지시키도록 상기 튜브(55)의 내부를 향하여 볼록하게 좌, 우측 폴피스(61, 63)가 각각 배설되어 있으며, 상기 마그네트(57)의 좌, 우측에는 상기 마그네트(57)에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성함과 동시에 상기 캐소드(51) 및 콜렉터(53)로부터 마그네트(57)로 전달되는 열을 차단하도록 좌, 우측아이소레이트(65, 67)가 각각 배설되어 있다.

그리고, 상기 캐소드(51)로부터 전자가 발생하게 상기 캐소드(51)를 가열하도록 상기 캐소드(51)의 좌측에는 히터(69)가 배설되어 있고, 상기 히터(69)의 일측에는 도시하지 않은 전선이 접속되어 있으며, 상기 히터(69)의 외측에는 상기 히터(69)및 캐소드(51)를 지지하도록 홀더(71)가 배설되어 있고, 상기 콜렉터(53)의 외측에는 상기 콜렉터(53)를 지지하도록 홀더(73)가 배설되어 있다.

상기 콜렉터(53)와 마주보는 캐소드(51)의 면은 상기 캐소드(51)에서 발생하는 전자가 모이도록 오목하게 되어 있으며, 상기 전자가 부딪치는 콜렉터(53)의 면은 상기 전자를 용이하게 흡수하도록 평면상에 다수의 오목홈(53a)이 형성된 형상으로 되어 있다.

상기 튜브(55)내에는 상기 전자빔(50)의 속도를 변화시킴으로써 상기 전자빔(50)의 밀도변조를 유도하도록 다수의 캐비티(55a, 55b, 55c, 55d)가 관통형성됨과 동시에 상기 전자빔(50)을 안내하도록 관통구멍(55e)이 상기 튜브(55)의 길이방향을 따라 형성되어 있고, 상기 콜렉터(53)에 인접한 캐비티(55d)에는 도시하지 않은 출력단이 배설되어 있으며, 상기 캐소드(51)와 콜렉터(53)사이에는 상기 전자빔(50)을 가속시키도록 상기 캐소드(51)와 콜렉터(53)간에 일정한 전압을 걸어주는 도시하지 않은 가속수단이 배설되어 있다.

상기 마그네트(57)는 중공의 원통형상으로서, 상기 캐소드(51)로부터 콜렉터(53)로 흐르는 전자의 방향에 대해 반대방향으로 자속을 형성하도록 상기 마그네트(57)의 좌측부는 S극으로 형성되어 있음과 동시에 그 우측부는 N극으로 형성되어 있다.

상기 방열부재(59)는 그 자체의 외주면에는 상기 튜브(55)내에 발생한 열이 용이하게 방출되도록 공기와의 접촉면적이 넓은 다수의 방열핀(59a)이 일정간격을 두고 형성되어 있고, 도시하지 않은 매개수단에 의해 우측폴피스(63)의 외부로 연결된 구조로 되어 있다.

상기 좌, 우측아이소레이트(65, 67)는 그 내부에 관통구멍이 형성된 원판 형상으로서, 상기 마그네트(57)에 접하는 면에는 상기 좌, 우측아이소레이트(65, 67)로부터 마그네트(57)로의 열전달량을 줄이도록 다수의 돌기(65a, 67a)가 형성된 구조로 되어 있다.

이와 같이 구성된 본고안의 일실시예에 의한 클라이스트론의 작용 및 효과를 다음에 설명한다. 또한 종래의 클라이스트론의 작용과 동일한 설명은 생략한다.

클라이스트론에 전원이 인가되면, 제3도에서 화살표로 표시한 바와 같은 자계에 의한 자로가 형성됨과 동시에 캐소드(51)는 전자를 방출한다.

즉, 마그네트(57)의 우측부에서 나온 자력은 우측 아이소레이터(67), 우측폴피스(63), 튜브(55)내부, 좌측 폴피스(61) 및 좌측 아이소레이트(65)를 순차적으로 따라 상기 마그네트(57)의 좌측부로 들어오는 자계를 형성시킨다. 이와 동시에, 상기 캐소드(51)로부터 방출된 전자는 도시하지 않은 가속수단 및 상기 마그네트(57)에 의해 형성된 자계에 의해 콜렉터(53)로 향해 흐르게 된다.

이때, 상기 마그네트(57)는 튜브(55)의 전 길이에 걸쳐 상기 튜브(55)의 외측에 배설되어 있으므로, 제4도에 도시한 바와 같이, 상기 튜브(55)내에는 그 길이방향으로 자속밀도가 균일하게 된다.

또한 마그네트(57)의 중심부로 향할수록 자속밀도가 작아지는 경향은 상기 튜브(55)의 중심부를 향하여 볼록하게 형성된 상기 좌, 우측폴피스(61, 63)에 의해 보상된다. 즉, 우측아이소레이터(67)와 우측폴피스(63)를 따른 자로는 상기 튜브(55)의 중심축선에 가까운 곳으로 자속을 유도하므로 상기 튜브(55)내부의 자속밀도는 상기 튜브(55)내의 반경방향으로 균일하게 분포하는 것이다.

따라서, 상기 튜브(55)내에는 반경방향 및 길이방향으로 자속밀도가 균일하게 분포하므로 상기 튜브(55)내에서 전자의 운동이 안정되어 도시하지 않은 출력단으로부터 출력되는 고주파의 특성이 양호하다.

이때, 상기 전자의 안정된 운동으로 인해 표준운동곡선을 벗어나는 전자가 현저히 감소하므로, 튜브(55)의 내벽에 전자가 부딪쳐 발생하는 열이 감소하고 에너지의 손실이 감소하므로, 마이크로파의 출력이 증가하고 클라이스트론의 효율이 증가하는 것이다.

그리고, 상기 튜브(55)와 마그네트(57)사이에 배설된 방열부재(59)는 히터(69)에 의해 발생하는 열에 의해 전자를 발생시키는 캐소드(51)에 의한 열 및 전자가 부딪치는 콜렉터(53)에서 발생하는 열을 방출시켜 대류에 의해 클라이스트론의 외부로 방열하고, 좌, 우측아이소레이트(65, 67)의 일측에 형성된 돌기(65a, 67a)에 의해 상기 좌, 우측아이소레이트(65, 67)로부터 마그네트(57)로의 열전달이 방지되므로, 열로 인한 마그네트(57)의 감자현상이 방지되고, 이로 인해 전체적으로 상기 마그네트(57)에 의해 형성된 자계의 자속밀도가 증가하며, 이 상기 자속밀도의 증가로 인해 전자의 운동에너지 효율이 증가하여, 출력되는 마이크로파 에너지가 증대되고, 클라이스트론의 효율이 증가하는 것이다.

상기 본 고안의 일실시예에 의한 클라이스트론에서는 좌, 우측폴피스(61, 63)의 사이에 캐소드(51) 및 콜렉터(53)가 배설된 구조로 되어 있으나, 본고안은 이에 한정되는 것은 아니며, 튜브(55)를 수용하고 있는 좌, 우측폴피스(61, 63)의 외측에 캐소드(51) 및 콜렉터(53)가 배설되고, 상기 좌, 우측폴피스(61, 63)의 중심부에는 전자가 흐르도록 관통구멍이 형성된 구조도 본 고안의 개념을 이탈하는 것은 아니다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 클라이스트론은 방열부재 및 마그네트를 튜브의 외주면과 일정한 간격을 두고 튜브의 길이방향으로 배설함과 동시에 폴피스의 형상을 변경하므로써, 상기 튜브내에 일정하고 균일한 자속밀도로 유지시켜, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력 효율을 증가시킨다는 매우 실용적인 고안이다.

Claims (3)

1. 전자를 방출하는 캐소드(51)와, 상기 캐소드(51)에서 발생한 전자를 수집하는 콜렉터(53)와, 상기 캐소드(51)로부터 콜렉터(53)로 가속되는 전자들로 구성된 전자빔(50)의 밀도를 변조시키도록 상기 캐소드(51)와 콜렉터(53)사이에 배설된 튜브(55)를 구비한 클라이스트론에 있어서, 상기 전자빔(50)을 일정하고 균일한 크기로 유지시키도록 상기 튜브(55)의 외주면과 일정한 간격을 두고 상기 튜브(55)의 길이방향을 따라 배설된 마그네트(57)와, 상기 튜브(55)에서 발생한 열을 방출시키도록 상기 튜브(55)와 마그네트(57)사이에 배설된 방열부재(59)와, 상기 마그네트(57)에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성하여 상기 튜브(55)내의 자속밀도를 균일하게 유지시키도록 상기 튜브(55)의 좌, 우측에 상기 튜브(55)의 내부를 향하여 볼록하게 각각 배설된 좌, 우측폴피스(61, 63)와, 상기 마그네트(57)에 의해 발생하는 자계의 자로를 형성함과 동시에 상기 캐소드(51) 및 콜렉터(53)로부터 마그네트(57)로 전달되는 열을 차단하도록 상기 마그네트(57)의 좌, 우측에 각각 배설된 좌, 우측아이소레이트(65, 67)로 이루어진 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
2. 제1항에 있어서, 상기 좌, 우측아이소레이트(65, 67)의 일측면에는 상기 좌, 우측아이소레이트(65, 67)로부터 마그네트(57)로의 열전달량을 줄이도록 다수의 돌기(65a, 67a)가 형성된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
3. 제1항에 있어서, 상기 캐소드(51) 및 콜렉터(53)는 상기 튜브(55)를 수용하고 있는 좌, 우측폴피스(61, 63)의 외측에 각각 배설되고, 상기, 좌, 우측폴피스(61, 63)의 중심부에는 전자가 흐르도록 관통구멍이 각각 형성된것을 특징으로 하는 클라이스트론.