KR0139284Y1 - 클라이스트론 - Google Patents

Abstract

본 고안은 마이크로파를 발생시키는 클라이스트론에 관한 것으로서, 다수의 마그네트(7, 9)에 의해 캐소드(41)로부터 콜렉터(43)로 전자를 가속시킴에 의해 고주파를 발생시키는 클라이스트론에 있어서, 상기 캐소드(41)와 콜렉터(43)사이에 배설된 튜브본체(29)와, 상기 캐소드(41)로부터 콜렉터(43)로 흐르는 전자를 안내함과 동시에 상기 다수의 마그네트(7, 9)에 의해 형성되는 자계의 자로역활을 하도록 상기 튜브본체(29)내에 배설된 자성재질로 된 채널관(53)을 갖춘 것을 특징으로 하며, 이와같이 구성되어 있으므로, 출력되는 고주파의 특성이 양호함과 동시에 고주파의 출력 효율이 높다는 매우 실용적인 고안이다.

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

41 : 캐소드 43 : 콜렉터

45 : 튜브 47 : 요오크

53 : 채널관 55 : 도전피막

본 고안은 마이크로파(고주파)를 발생시키는 클라이스트론에 관한 것으로서, 특히, 튜브내에 배설된 튜브채널에 의해 전자가 진행하는 작용공간내의 자속밀도를 균일하게 하므로써, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력 효율을 증가시키는 클라이스트론에 관한것이다.

클라이스트론은 각종 고주파 응용기기 및 통신수단에 이용되는데, 이때, 클라이스트론으로부터 발생하는 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, 다수의 전자빔을 형성하는 클라이스트론은 제1도에 도시한 바와 같이, 전자를 방출하는 캐소드(1)와, 상기 캐소드(1)로부터 발생된 전자를 수집하는 콜렉터(3)와, 상기 캐소드(1)로부터 콜렉터(3)로 가속되는 전자들로 구성된 다수의 전자빔(5)의 밀도를 변조시키도록 상기 캐소드(1)와 콜렉터(3)사이에 배설된 튜브(6)와, 상기 전자빔(5)의 확산을 방지하여 상기 전자빔(5)이 일정한 크기를 유지하도록 상기 전자빔(5)의 길이방향을 따라 자속을 형성시키는 좌, 우측 마그네트(7, 9)과, 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)에 의해 생기는 자속의 자로역활을 함과 동시에 상기 자, 우측 마그네트(7, 9)를 각각 지지하도록 상기 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)의 각 내주면에 밀착배설된 좌, 우측 폴피스(11, 13)와, 상기 캐소드(1)로부터 전자를 발생시키도록 상기 캐소드(1)를 가열하는 히터(16)와, 상기 콜렉터(3)에 부딪치는 전자에 의해 콜렉터(3)로부터 발생되는 열을 외부로 방출하도록 상기 콜렉터(3)에 배설된 방열부재(17)와, 상기 콜렉터(3) 및 방열우재(17)가 체결수단에 의해 좌우측에 각각 체결됨과 동시에 우측 폴피스(13)를 지지하는 지지부재(19)와, 밀도변화에 따른 마이크로파에너지를 상기 튜브(6)로부터 끌어내는 출력단(21)으로 이루어져 있다.

또한, 상기 캐소드(1)와 콜렉터(3)간에는 상기 전자빔(5)을 가속시키토록 상기 캐소드(1)와 콜렉터(3)간에 일정한 전압을 걸어주는 도시하지 않은 가속수단이 배설되어 있다.

그리고, 상기 캐소드(1)로부터 발생되는 전자가 다수의 전자빔(5)을 형성하도록 상기 콜렉터(3)와 마주보는 캐소드(1)의 면의 다수곳에는 오목면이 형성되어 있고, 상기 오목면 이외의 캐소드(1)면에서는 전자가 방출되지 않도록 상기 오목면 이외의 캐소드(1)면에는 전자방출을 억제하는 재질(몰리브덴등)이 코팅되어 있다.

상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)는 상기 캐소드(1)와 콜렉터(3)의 외측에 각각 배설되어 상기 캐소드(1)로부터 콜렉터(3)로 흐르는 전자의 방향에 대해 반대방향으로 자속을 형성하도록 상기 좌측 마그네트(7)의 내주면은 S극으로 형성되어 있음과 동시에 그 외주면은 N극으로 형성되어 있고, 상기 우측 마그네트(9)의 내주면은 N극으로 형성되어 있음과 동시에 그 외주면은 N극으로 형성되어 있다.

상기 좌, 우측 폴피스(11, 13)는 각각 자속의 자로 역할을 하도록 규소강 또는 철- 니켈 합금강등의 자성재질로 되어 있다.

상기 히터(15)의 좌측에는 상기 히터(15)를 지지하는 지지대(23, 25)가 배설되어 있고, 상기 지지대(23, 25)의 좌측단부에는 상기 지지대(23, 25)를 지지하는 세라믹 홀더(27)가 배설되어 있다.

상기 히터(25)의 내부에는 전원의 공급에 따라 저항열을 발생하는 도시하지 않은 코일이 배설되어 있고, 상기 지지대(93, 25)의 내부에는 상기 코일에 전원을 인가하도록 전원에 전기적으로 접속되는 도시하지 않은 전선이 배설되어 있다.

상기 방열부재(17)의 단부에는 상기 콜렉터(3)로부터 발생되는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 외부공기에 대한 접촉면적이 넓은 다수의 방열핀(17a)이 일정간격을 두고 배열설치되어 있다.

상기 튜브(6)는 튜브본체(29)와, 상기 튜브본체(29)내에 배설되어 상기 전자빔(5)이 흐르는 통로를 형성하는 채널관(31)으로 이루어져 있다.

상기 튜브본체(29)내에는 상기 전자빔(5)의 속도을 변화시킴으로써 상기 전자빔(5)의 밀도변조를 유도하는 다수의 캐비티(29a, 29b, 29c, 29d)가 관통형성되어 있고, 상기 캐비티(29a, 29b, 29c, 29d)내에는 도시하지 않은 신호원에 의해 고주파전계가 가해지는 갭(31a, 31b, 31c, 31d)이 각각 형성됨과 동시에 인접한 각 갭(31a, 31b, 31c, 31d)사이에 관통되게 다수의 드리프트공간(31e)이 형성된 상기 채널관(31)이 배설되어 있다.

즉, 상기 채널관(31)의 내부에 형성된 다수의 캡공간 및 관통구멍에 의해 상기 갭(31a,, 31b, 31c, 31d) 및 다수의 드리프트공간(31e)이 형성된다. 이때, 상기 채널관(31)은 전자의 흐름이 용이하도록 전기전도성이 큰 구리등의 비자성체로 되어 있다.

그리고 상기 콜렉터(33)에 인접한 캐비티(290)에는 상기 출력단(21)이 배설되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 클라이스트론에서, 도시하지 않은 가속수단, 히터(15) 및 도시하지 않은 신호원에 전원이 인가되면, 상기 히터(15)내에 배설된 도시하지 않은 코일의 저항열에 의해 히터(15)가 발열하여 캐소드(1)를 가열한다. 상기 캐소드(1)가 가열되어 고온으로 되면, 상기 캐소드(1)의 오목면으로부터 전자가 방출된다.

상기 전자는 도시하지 않은 가속수단에 의해 상기 캐소드(1)와 콜렉터(3)간에 인가되어 있는 가속전압에 의해 채널관(31)에 형성된 다수의 관통구멍을 통하여 다수의 전자빔(5)으로 형성되면서 튜브(6)의 채널관(31)내에 유입된다. 이때, 상기 전자빔(5)은 좌, 우측 마그네트(7, 9)에 의해 형성되는 화살표 방향의 주자속(33)에 의해 확산이 방지되어 일정한 크기로 유지됨과 동시에 화살표방향의 주자속(33)의 자속밀도에 의해 더욱 가속된다. 즉, 전자는 -입자의 흐름이므로 N극에서 S극방향으로 형성되는 자속의 자속밀도가 커지면 오른쪽 방향으로 흐르는 전자의 유동력은 커지는 것이다.

상기 튜브(6)의 채널관(31)내에 유입된 전자들이 첫번째 캐비티(29a)의 갭(31a)에 도달하면, 상기 갭(31a)에는 도시하지 않은 신호원에 의해 고주파전계가 형성되어 있으므로 이 전자들은 이 고주파전계에 의해 제각기 속도가 변한다. 즉, 이 전자들은 속도변조되는 것이다.

속도변조를 받은 상기 전자들은 전계가 변화된 드리프트 공간(31e)을 지나갈때 변조된 제각기의 속도로 나아간다. 따라서, 가속을 받은 전자는 평균보다 앞쪽으로 나아가고, 감속을 받은 전자는 평균보다 늦어져서 점차 전자들은 덩어리를 만들게 된다. 이 작용에 의해 각 전자빔내에는 전자밀도의 불균일이 생긴다. 즉, 각 전자빔(5)은 밀도변조되는 것이다.

상기 전자빔(5)내의 전자가 계속진행하여 두번째 캐비티(29b), 세번째 캐비티(29c) 및 네번째 캐비티(29d)에 순차적으로 도달될 때도 위에서 설명한 바와 같은 작용에 의해 전자의 속도변조가 일어나게 된다. 이로 인해 전자빔(5)내에서 전자밀도가 높았던 부분의 전자밀도는 더욱 높아진다. 이 높은 전자밀도를 갖는 전자빔(5)은 네번째 캐비티(296)에서 도시하지 않은 출력회로에 의해 마이크로파에너지로 변환되어 출력단(21)을 통해 외부로 출력된다. 즉, 전자빔(5)의 밀도변화에 따른 에너지, 도시하지 않은 가속수단의 가속전압에 의한 전자의 운동에너지 및 좌, 우측 마그네트(7, 9)에 의해 형성되는 주자속(33)의 자속밀도에 의한 전자의 운동에너지가 출력단(21)을 통해 외부로 출력되는 것이다.

출력에 의한 운동에너지를 손실한 전자, 즉 전자빔(5)의 밀도변화의 매개체인 전자는 계속 진행하여 콜렉터(3)의 표면에 이른다. 상기 콜렉터(3)표면에 이른 전자는 상기 콜렉터(3)표면에 부딪치면서 상기 콜렉터(3)에 흡수되어 소멸한다. 이때, 마이크로파에너지로 변환되지 못한 운동에너지에 의해 상기 콜렉터(3)표면에 부딪친 전자의 운동에너지는 열에너지로 변환되고, 상기 열에너지는 방열부재(17)를 통해 외부에 방산된다.

상기 방열부재(17)에 형성된 방열핀(17a)은 방열효과를 높인다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 클라이스트론에서는, 비자성체인 상기 채널관(31)은 자로의 역활을 하지 못하므로, 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)사이의 거리가 멀게 되면, 제1도에서 화살표로 도시한 바와 같이, 누설자속(35, 37)이 발생하게 된다. 상기 누설자속(35, 37)은 좌측 폴피스(11) 및 우측 폴피스(13)근처에서 많이 발생하게 되는데, 상기 누설자속(35, 37)으로 말미암아 제2도에 도시한 바와 같이, 상기 채널관(31)의 길이방향으로 자속밀도가 불균일하게 된다. 상기 불균일한 자속밀도로 인해 상기 좌, 우측 폴피스(11, 13)근처에서는 상기 채널관(31)의 벽면에 전자빔(5)의 전자가 충돌하므로, 전자의 운동이 불안정하여 고주파 특성이 양호하지 못할 뿐만 아니라 상기 채널관(31)내에 열이 발생함으로 말미암아 에너지가 손실되므로 마이크로파의 출력이 감소하고 클라이스트론의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 자성재질의 채널관을 튜브본체내에 배설함에 의해 튜브내에 일정하고 균일한 자속밀도로 유지시킴으로써, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력 효율을 증가시키는 클라이스트론을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 고안에 의한 클라이스트론은 다수의 마그네트에 의해 캐소드로부터 콜렉터로 전자를 가속시킴에 의해 고주파를 발생시키는 클라이스트론에 있어서, 상기 캐소드와 콜렉터사이에 배설된 튜브본체와, 상기 캐소드로부터 콜렉터로 흐르는 전자를 안내함과 동시에 상기 다수의 마그네트에 좌해 형성되는 자계의 자로역활을 하도록 상기 튜브본체내에 배설된 자성재질로 된 채널관을 갖춘 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일실시예에 의한 클라이스트론에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 제1도에 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

제3도에 도시한 바와 같이, 캐소드(1)와 상기 캐소드(1)로부터 발생된 전자를 수집하는 콜렉터(43)사이에는 상기 캐소드(1)로부터 콜렉터(43)로 가속되는 전자들로 구성된 절자빔(5)의 밀도를 변조시키도록 튜브(45)가 배설되어 있고, 상기 튜브(45)의 좌, 우측에는 전자빔(5)의 확산을 방지하여 상기 전자빔(5)이 일정한 크기를 유지하도록 상기 전자빔(15)의 길이방향을 따라 자속을 형성시키도록 좌, 우측 마그네트(7, 9)가 각각 배설되어 있고, 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)에 의해 발생하는 자계를 안내하여 자로를 형성함과 동시에 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9) 및 튜브(45)를 보호하도록 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)의 외주면에는 요우크(47)가 밀착 배설되어 있다.

그리고, 상기 콜렉터(43)의 우측부에는 상기 콜렉터(43)에 충돌하는 전자로 인해 생기는 열을 외부로 방출시키도록 방열부재(49)가 배설되어 있고, 상기 방열부재(49)의 단부에는 상기 콜렉터(43)로부터 발생되는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 외부공기에 대한 접촉면적이 넓은 다수의 방열핀(51)이 서로 일정간격을 두고 배열설치되어 있다. 이때, 상기 전자가 부딪치는 콜렉터(43)의 좌측면은 상기 전자를 용이하게 흡수하도록 오목하게 되어 있다.

상기 튜브(45)는 튜브본체(29)와, 상기 튜브본체(29)내에 배설되어 상기 전자빔(5)이 흐르는 통로를 형성하는 채널관(53)으로 이루어져 있다.

상기 튜브본체(29)내에는 상기 전자빔(5)의 속도을 변화시킴으로써 상기 전자빔(5)의 밀도변조를 유도하는 다수의 캐비티(29a, 29b, 29c, 29d)가 관통형성되어 있고, 상기 채널관(53)에는 도시하지 않은 신호원에 의해 고주파전계가 가해지도록 갭(53a, S3b, 53c, 53d)이 각각 형성됨과 동시에 인접한 각 갭(53a, 53b, 53c, 53d)사이에 관통되게 다수의 드리프트공간(53e)이 형성되어 있다.

상기 채널관(53)은 자속의 자로역활을 하도록 규소강 또는 철-니켈 합금강등의 자정재질로 되어 있으며, 상기 채널관(53)의 내면에는 전자의 흐름이 용이하도록 전기전도성이 우수한 구리등의 도전피막(55)이 코팅되어 있다.

이와 같이 구성된 본고안의 일실시예에 의한 클라이스트론에서, 클라이스트론에 전원이 인가되면, 제3도에서 화살표로 표시한 바와 같은 자계에 의한 자로가 형성됨과 동시에 캐소드(41)는 전자를 방출한다.

즉, 좌측 마그네트(7)의 외주면으로부터 나온 자력은 요우크(47)에 의해 안내되어 우측 마그네트(9)와 외주면으로 들어 간 다음, 상기 우측 마그네트(9)의 내주면으로부터 나온 후, 우측 폴피스(13)와 채널관(53) 및 좌측 폴피스(11)에 의해 순차적으로 안내되어 상기 좌측 마그네트(7)의 내주면으로 들어오는 자계를 형성시킨다. 이와 동시에, 상기 캐소드(41)로부터 방출된 전자는 도시하지 않은 가속수단 및 상기 좌, 우측 마그네트(7, 9)에 의해 형성된 자계에 의해 콜렉터(43)로 흐르게 된다.

이때, 자성체로 된 상기 채널관(53)이 자속의 자로역활을 하므로, 상기 좌, 우측 폴피스(11, 13)의 근처에서 누설되는 자속이 현저히 감소하므로 제4도에 도시한 바와 같이, 상기 채널관(53)의 길이방향으로 자속밀도가 균일하게 된다.

따라서, 상기 좌, 우측 폴피스(11, 13)근처에서 상기 채널관(53)의 벽면에 전자빔(5)의 전자가 충돌하는 현상이 줄어지므로 전자의 운동이 안정되어 고주파 특성이 양호할 뿐만 아니라, 상기 채널관(53)내에 발생하는 열이 감소하므로 에너지의 손실이 방지되어 마이크로파의 출력이 증가하고 클라이스트론의 효율이 증가하는 것이다.

그리고, 상기 채널관(53)의 내부면에는 전기전도성이 우수한 구리등의 도전피막(55)이 코팅되어 있으므로, 상기 캐소드(41)로부터 콜렉터(43)로 진행하는 전자의 흐름이 양호한 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 클라이스트론은 자계의 자로역활을 하도록 자성재질의 채널관을 튜브본체내에 배설하므로써, 상기 채널관의 길이방향으로 일정하고 균일한 자속밀도로 유지시킴으로저, 출력되는 고주파의 특성을 양호하게 함과 동시에 고주파의 출력 효율을 증가시킨다는 매우 실용적인 고안이다.

Claims (1)

1. 다수의 마그네트(7)(9)에 의해 캐소드(41)로부터 콜렉터(43)로 전자를 가속시킴에 의해 고주파를 발생시키는 클라이스토론에 있어서, 상기 캐소드(41)와 콜렉터(43)사이에 배설된 튜브본체(29)와, 상기 캐소드(41)로부터 콜렉터(43)에 흐르는 전자를 안내함과 동시에 상기 다수의 마그네트(7)(9)에 의해 형성되는 자계의 자로역활을 하도록 상기 튜브본체(29)내에 배설된 자성재질로 된 채널관(53)을 갖춘 것을 특징으로 하는 클라이스트론.