KR0136209Y1 - 멀티빔 캐소드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 에미터의 지지구조를 개선하여 안정된 열전자를 방출할 수 있도록 한 멀티빔 캐소드에 관한 것으로써, 외부로부터 인가되는 전압을 받아서 열을 발생하는 발열수단(20)과, 상기 발열수단(20)에서 발생된 열에 의해 고온상태에서 전자를 방출하여 전자빔(46)을 형성하는 에미터(26)와, 상기 에미터(26)를 지지함과 동시에 상기 에미터(26) 및 애노드(32)사이에 일정간격을 유지시키는 몰리브덴시트(48~51)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

멀티빔 캐소드

제1도는 종래에 의한 멀티빔 캐소드의 개략적인 단면도.

제2도는 종래에 의한 멀티빔 캐소드의 지지구조를 도시한 외관도.

제3도는 본 고안의 일실시예에 의한 멀티빔 캐소드의 개략적인 단면도.

제4도는 제3도의 A-A부분의 단면도.

제5도는 본 고안의 일실시예에 의한 멀티빔 캐소드의 지지구조를 도시한 외관도.

제6도는 제5도의 저면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 발열수단 26 : 에미터

28 : 전자방출표면 30 : 몰리브덴

32 : 애노드 34 : 튜브채널

36 : 절연수단 38 : 에미터캡

40 : 캐소드스템 42 : 캐소드세라믹

44 : 캐소드브리지 46 : 전자빔

본 고안은 에미터의 지지구조를 개선하여 안정된 열전자를 방출할 수 있도록 한 멀티빔 캐소드에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로웨이브용의 발진이나 증폭에 사용하는 클라이스트론은 캐소드에서 발생되는 전자빔 신호에 따라 속도변조를 가하여 고주파전력을 출력하기 때문에 상기 캐소드에서 안정되고 일정한 전자빔을 발생하는 것이 중요하다.

이에, 종래의 멀티빔 캐소드에 있어서는, 외부로부터 인가되는 전압을 두 개의 전극(1, 2)을 통해 받아서 열을 발생하는 히터(3)와, 상기 히터(3)에서 발생된 열에 의해 고온상태에서 열전자를 방출하는 에미터(5)와, 상기 에미터(5) 및 히터(3)를 전기적으로 절연시키는 절연세라믹(7)과, 상기 히터(3), 절연세라믹(7) 및 상기 에미터(5)를 고정시키는 에미터캡(9)과, 캐소드스템(13) 및 애노드(11)를 절연시킴과 동시에 상기 캐소드스템(13)전체를 고정하며, 상기 두개의 전극(1.2)이 통과하는 캐소드세라믹(15)과, 상기 애노드(11) 및 캐소드스템(13)이 일정간격을 유지하도록 상기 애노드(11)와 캐소드스템(13)사이에 갭을 형성하면서 내부를 진공상태로 밀폐시키는 캐소드브리지(17)로 구성되어 있다.

한편, 상기 에미터(5)의 표면에는 상기 에미터(5)에서 방출되는 전자를 집속시켜 상기 에미터(5)와 애노드(11)사이의 진공중에 방출하도록 전자방출표면(18)이 형성되어 있고, 상기 에미터(5)에서 발생되는 전자의 방출을 억제하도록 상기 에미터(5)의 표면에 얇게 마스크(mask)를 만들어 용접된 몰리브덴(19)이 접착되어 있다.

또한, 상기 에미터(5)는 제2도에 도시한 바와같이, 4개의 몰리브덴봉(13a~13d)으로 지지되어 상기 캐소드세라믹(15)에 고정되고, 상기 몰리브덴봉(13a~13d)에 의해 전자방출표면(18)과 상기 애노드(11)의 도시되지 않은 튜브채널 입구사이에 일정한 간격을 유지한다.

상기와 같이 구성된 멀티빔 캐소드에 있어서, 외부로부터 두개의 전극(1,2)을 통해 전압이 인가되면, 히터(3)에 전류가 흐르면서 저항열이 발생하기 시작한다.

이때, 상기 저항열의 온도는 순식간에 상승하면서 히터(3)표면으로부터 복사열이 방출되고, 그 방출된 복사열의 절반정도가 에미터(5)로 전달된다.

그리고, 상기 히터(3)표면으로부터 방출된 복사열의 일부는 히터(3)를 고정시키고 있는 에미터캡(9)을 통해 상기 에미터(5)에 흡수되고, 일부의 복사열은 절연세라믹(7)을 통하여 전도되거나 손실된다.

따라서, 시간이 경과함에 따라 상기 에미터(5)와 에미터캡(9)의 온도가 상승하기 시작하여 상기 에미터(5)는 1000℃이상의 고온으로 상승된다.

상기 에미터(5)의 온도가 상승하여 1000℃이상의 고온을 유지하게 되면, 에미터(5)내부의 전자들이 열을 흡수하여 열에너지가 증가한다.

열에너지가 증가된 상기 에미터(5)내부의 전자들이 소정치이상의 에너지에 도달하게 되면서, 전자방출표면(18)을 통해 에미터(5)와 애노드(11)사이의 진공중에 방출되기 시작한다.

이때, 상기 전자방출표면(18)을 통해 방출되는 전자들은 전자방출표면(18)이 오목한 반구형상으로 되어 있기 때문에 중심쪽으로 집속되고, 집속된 전자들은 상기 에미터(5)와 애노드(11)사이에 인가된 수백V이상의 애노드전압에 의해 애노드(11)쪽으로 빠른 속도로 진행한다.

그리고, 상기 전자방출표면(18)에서 중심쪽으로 접속된 전자들은 연속적으로 방출되기 때문에 전자빔(10)을 형성하면서 상기 애노드(11)내의 튜브채널내로 직진하여 멀티빔을 이룬다.

그런데, 이와같은 종래의 멀티빔 캐소드에 있어서, 에미터(5)가 1000℃이상의 고온에서 동작하므로 상기 에미터(5)를 지지하는 몰리브덴봉(13a~13b)의 온도도 같이 상승하여 몰리브덴봉(13a~13b)이 열팽창을 일으킨다.

이에, 4개의 몰리브덴봉(13a~13b) 사이에 온도차가 발생하여 에미터(5)의 위치가 변하게 되고, 상기 에미터(5)의 위치변화는 에미터(5)와 애노드(11)사이의 간격을 변화시켜 전자방출표면 (18)으로부터 방출되어 상기 애노드(11)의 튜브채널내를 통과하는 전자빔(10)의 전자수가 불균형하게 되어 안정되고 일정한 다수개의 전자빔(10)을 얻기가 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해 이루어진 것으로써, 본 고안의 목적은 에미터의 지지구조를 개선하여 고온동작시에도 열팽창으로 인한 상기 에미터의 위치변화를 방지하여 안정되고 일정한 전자빔을 형성할 수 있는 멀티빔 캐소드를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 멀티빔 캐소드는 캐소드에 있어서, 외부로부터 인가되는 전압을 받아서 열을 발생하는 발열수단과, 상기 발열수단에서 발생된 열에 의해 고온상태에서 전자를 방출하여 전자빔을 형성하는 에미터와, 상기 에미터를 지지함과 동시에 상기 에미터 및 애노드사이에 일정간격을 유지시키는 몰리브덴시트로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도 및 제4도에 있어서, 참조부호 20은 외부 즉, 도시되지 않은 전원단자로부터 인가되는 전압을 전극(22, 24)을 통해 받아서 열을 발생하도록 히터로 이루어진 발열수단이고, 상기 발열수단(20)의 상단에는 상기 발열수단(20)에서 발생된 열을 전달받아 1～2초사이에 1000℃이상의 고온을 유지함으로써 고온상태에서 열전자를 방출하는 에미터(26)가 장착되어 있다.

그리고, 상기 에미터(26)의 상단표면에는 상기 에미터(26)에서 방출되는 전자를 한 곳으로 집속시켜 진공중으로 방출하도록 텅스텐분말을 소결시킨다음 산화물을 침투시켜 만든 오목한 반구형상의 전자방출표면(28)이 형성되어 있고, 상기 전자방출표면(28)이 형성되지 않은 상기 에미터(26)의 상단표면에는 상기 에미터(26)로부터 방출되는 전자가 진공중으로 빠져나오는 것을 차단하도록 얇게 마스크(mask)를 만들어 용접된 몰리브덴(30)이 접착되어 있다.

또한, 상기 에미터(26)의 상측에는 상기 에미터(26)로부터 방출되는 전자를 가속시키는 애노드(32)가 장착되어 있고, 상기 애노드(32)내에는 상기 에미터(26)의 전자방출표면(28)으로부터 방출되는 전자가 전자빔(46)을 형성하면서 통과하도록 제4도에 도시한 바와같이, 튜브채널(34)이 형성되어 있다.

또, 상기 발열수단(20)과 에미터(26)사이에는 상기 발열수단(20)과 에미터(26)사이를 전기적으로 절연시키는 세라믹제의 절연수단(36)이 장착되어 있고, 상기 발열수단(20)과 에미터(26)의 외측둘레에는 상기 발열수단(20), 에미터(26) 및 절연수단(36)을 고정시키는 에미터캡(380이 장착되어 있다.

상기 에미터캡(38)의 하측에는 상기 애노드(32) 및 캐소드스템(40)을 절연시킴과 동시에 상기 캐소드스템(40)을 고정하며, 상기 두 개의 전극(22, 24)이 통과하는 캐소드세라믹(42)이 장착되어 있고, 상기 캐소드세라믹(42)의 상단에는 상기 애노드(32) 및 캐소드스템(40)이 일정간격을 유지하도록 상기 애노드(32)와 캐소드스템(40)사이에 갭을 형성하면서 내부를 진공상태로 밀페시키는 캐소드브리지(44)로 구성되어 있다.

한편, 상기 캐소드스템(40)은 저항열을 발생하는 발열수단(20), 전원을 연결하는 전극(22, 24), 전자를 방출하는 에미터(26), 상기 발열수단(20) 및 에미터(26)을 절연시키는 절연수단(36), 전자방출을 억제하는 몰리브덴(30), 전자방출이 이루어지는 전자방출표면(28)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 에미터(26)는 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같이, 1000℃이상의 고온에서 열팽창에 의한 변형을 억제하도록 캐소드스템(40)의 동심원주상에 배치된 4개의 몰리브덴시트(48~51)로 지지되어 상기 캐소드세라믹(42)에 고정되고, 상기 몰리브덴시트(48~51)에 의해 상기 에미터(26)의 전자방출표면(28)과 상기 애노드(32)의 튜브채널(34) 입구사이는 0.1㎜정도의 매우 짧은 거리인 일정간격을 유지한다.

이하, 상기와 같이 구성된 멀티빔 캐소드의 작용효과를 설명한다.

먼저, 도시되지 않은 전원단자로부터 전극(22, 24)을 통해 발열수단(20)에 전압이 인가되면, 상기 발열수단(20)에 전류가 흐르면서 이 전류로 인한 저항열이 발열수단(20)내에서 발생하기 시작한다.

이때, 상기 발열수단(20)에서 발생한 저항열의 온도는 순식간에 1000℃이상으로 상승하면서 발열수단(20)의 표면으로부터 복사열이 방출되고, 그 방출된 복사열의 절반정도가 에미터(26)로 직접 전달된다.

그리고, 상기 발열수단(20) 표면으로부터 방출된 복사열의 일부는 발열수단(20)을 고정시키고 있는 에미터캡(38)을 통해 상기 에미터(26)에 전달되고, 일부의 복사열은 절연수단(36)을 통하여 전도되거나 손실된다.

따라서, 시간이 경과함에 따라 상기 에미터(26)와 에미터캡(38)의 온도가 상승하기 시작하여 에미터(26)는 1~2초사이에 1000℃이상의 높은 온도에 도달하게 된다.

이와같이, 상기 에미터(26)의 온도가 1000℃이상의 높은 온도에 도달하여 고온을 유지하게 되면, 에미터(26)내부의 전자들이 열을 흡수하여 열에너지가 증가한다.

열에너지가 증가된 상기 에미터(26)내부의 전자들이 소정치이상의 에너지에 도달하게 되면, 상기 에미터(26)의 전자방출표면(28)으로부터 열전자가 방출되어 상기 에미터(26)와 애노드(32)사이의 전공중에 방출되기 시작한다.

이때, 상기 에미터(26)의 전자방출표면(28)을 제외한 에미터(26)의 표면에는 얇게 마스크를 만들어 용접된 몰리브덴(30)이 접착되어 있으므로 에미터(26)에서 방출되는 열전자는 전자방출표면(28)을 통해서만 진공중으로 방출하게 된다.

상기 전자방출표면(28)을 통해 방출되는 전자들은 전자방출표면(28)이 오목한 반구형상으로 되어 있기 때문에 반구의 중심쪽으로 집속되고, 상기 전자방출표면(28)의 중심으로 집속된 전자들은 에미터(26)와 애노드(32)사이에 인가된 수 백V이상의 애노드전압에 의해 가속되어 애노드(32)쪽으로 이동한다.

그리고, 상기 전자방출표면(28)으로부터 집속된 전자들은 연속적으로 방출되기 때문에 전자빔(46)을 형성하면서 상기 애노드(32)의 튜브채널(34)내를 빠른 속도로 진행하여 멀티빔을 이룬다.

한편, 상기 전자방출표면(28)으로부터 방출되어 애노드(32)의 튜브채널(34)내를 진행하는 전자빔(46)의 전자수는 에미터상의 전자방출표면(28)과 애노드(32)사이의 거리에 영향을 받는다.

실제로, 전자방출표면(28)과 애노드(32)사이의 거리는 0.1㎜정도로 매우 짧은 거리이므로 약간의 거리변화는 전자빔(46)내에 커다란 전자수의 변화를 가져온다.

이러한 변화를 방지하기위해, 본 고안에서는 4개의 에미터(26)지지용 몰리브덴시트(48~51)를 캐소드스템(40)의 동심원주상에 배치시켜 1000℃이상의 고온에서도 몰리브덴시트(48~51)의 열팽창에 의한 열변형을 억제하여 에미터(26)의 위치변화를 방지함으로써 에미터(26)와 애노드(32)사이의 거리를 일정하게 유지시킨다.

이에 따라, 상기 전자방출표면(28)으로부터 방출되는 전자빔(46)의 전자수가 일정하게 유지되어 안정된 전자빔(46)을 형성할 수 있다.

상기의 설명에서와 같이 본 고안에 멀티빔 캐소드에 의하면, 에미터의 지지구조를 개선하여 고온동작시에도 열팽창으로 인한 상기 에미터의 위치변화를 방지하여 안정되고 일정한 전자빔을 형성할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (2)

1. 캐소드에 있어서, 외부로부터 인가되는 전압을 받아서 열을 발생하는 발열수단(20)과, 상기 발열수단(20)에서 발생된 열에 의해 고온상태에서 열전자를 방출하여 전자빔(46)을 형성하는 에미터(26)와, 상기 에미터(26)를 지지함과 동시에 상기 에미터(26) 및 애노드(32)사이에 일정간격을 유지시키는 몰리브덴시트(48~51)로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티빔 캐소드.
2. 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴시트(48~51)는 1000℃이상의 고온에서 열팽창에 의한 상기 에미터(26)의 열변형을 방지하도록 캐소드스템(40)의 동심원주상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔 캐소드.