KR100291993B1 - 마그네트론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극부가 공진부의 공진 주파수와 유사한 공진 주파수를 갖게 하여 음극부 부근에 강한 고주파 전계가 형성되도록 함으로써 효율이 향상되도록 한 마그네트론에 관한 것이다.

개시된 본 발명에 따른 마그네트론은 그 음극부가, 소정의 이격거리로 평행하게 배치되어 전원을 공급받는 원판 형상의 상·하 엔드쉴드와, 이 상·하 엔드쉴드 사이에 상호 일정한 이격거리로 평행하게 배열되어 상·하 엔드쉴드의 가장자리를 둘러서 직교하게 배치된 다수의 스트립을 포함하며; 이 다수의 스트립 중에서 적어도 하나 이상은 상·하 엔드쉴드에 모두 연결되고, 여타의 스트립은 어느 하나의 엔드쉴드에만 연결되어 인접한 두 스트립은 서로 다른 엔드쉴드에 연결된다.

이에 따라, 작용공간 내에 형성되는 전자 스포크가 음극부의 공진구조에 의해 형성된 고주파 전계와 공진부에 의해 형성된 고주파 전계와의 상호 작용에 따라 모두 좁고 밀도가 높게 분포되므로 효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

마그네트론{magnetron}

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마그네트론의 음극부가 공진부의 공진 주파수와 유사한 공진 주파수를 갖게 하여 음극부 부근에 강한 고주파 전계가 형성되도록 함으로써 효율이 향상되도록 한 것이다.

주지와 같이, 마그네트론은 하나의 블록을 이루는 양극 안에 방열형 산화물음극을 향해 개구한 다수의 공동공진이 형성되며, 공동의 하나로부터 루우프 또는 슬리트 등을 통해 고주파 에너지가 출력된다.

도 1은 종래 기술에 따른 베인(vane)형 마그네트론에서 양극부 및 음극부의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 1a는 횡단면도이며, 도 1b는 종단면도이다.

동 도면에 도시된 바와 같이 상기 베인형 마그네트론의 양극부는, 음극부를 중심으로 하여 외측에 아노드 실린더(1)가 설치되며, 아노드 실린더(1)의 내벽에 방사상으로 다수의 베인(2)(또는 세그멘트)이 설치되어 음극부를 향해 개구한 다수의 공동공진이 형성된다.

음극부는, 필라멘트(3)의 상하에 상 엔드쉴드(4)와 하 엔드쉴드(5)가 부착되며, 상 엔드쉴드(4)에 부착되면서 하 엔드쉴드(5)의 중심에 위치한 구멍을 통하여 센터 리이드(6)가 설치되고, 하 엔드쉴드(5)에 사이드 리이드(7)가 기밀하게 부착되어져 있다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 베인형 마그네트론은, 인접한 두 베인(2)의 사이에 형성된 공동공진이 캐패시터 성분을 갖게 되며, 전체 공동공진은 각각의 캐패시터 성분들이 직렬로 연결된 상태가 된다.

아노드 실린더(1)와 베인(2)들 사이의 작용공간은 하나의 큰 인덕터 성분을 갖게 되며, 상기 캐패시터 성분과 인덕터 성분이 병렬로 연결되어져 아노드 전체로서 하나의 병렬 공진구조를 갖게 되어 폐회로가 형성된다.

이와 같은 공진구조를 갖는 마그네트론에는, 상·하자극(도시 생략됨)에 의해 축에 평행한 자계가 균일하게 형성되며, 아노드 실린더(1) 및 베인(2)으로 이루어진 공진부와 음극부와의 사이에는 고주파 전압이 인가되어 공진부에 의해 고주파 전계가 형성된다.

그러므로, 센터 리이드(6) 및 사이드 리이드(7)를 통해 전원을 공급받아 필라멘트(3)가 가열되면 음극부에서 열전자가 방출되며, 이 열전자는 양극부로의 주행 특성 및 자계와 고주파 전계에 의한 역주행 특성으로 작용공간 내에서 싸이클로트론 운동을 하면서 음극부 주위에 얇은 전자층을 형성한다.

여기서, 마그네트론이 발진되어 있을 때에 공진공동에 끼인 각 베인(2)의 고주파 전위는 차례로 일정한 위상차를 가지며 주기적으로 변화되므로 고주파 전계는 음극부를 중심으로 하여 회전하고 있는 것이 된다.

전체의 위상추이는 2π의 정수배이므로 베인(2)이 N개일 경우에 각 베인(2)간의 위상추이는 2nπ/N이 되며(n≤N), 예로서 베인(2)이 10개일 경우에는 n = 1, 2, 3, 4, 5인 다섯 종(N/2 종)의 공진모드를 갖게 된다.

즉, 이웃한 베인(2) 사이의 위상차가 π/5, π/4, π/3, π/2, π인 다섯 종의 공진모드가 존재하며, 상기한 다섯 종의 공진모드 중에서 적절한 모드를 선정하여 마그네트론을 동작시킬 수 있으나 효율이 높은 n = 5의 모드를 통상 'π-모드'라고 부르고, 이 π-모드에서 마그네트론을 동작시키는 것이 보통이다.

따라서, 음극부 주위에 형성된 얇은 전자층 표면에 있는 전자들이 공진부에 의해 형성된 고주파 전계에 의해 집군되어 고주파를 발생하면서 스포크와 같은 형태로 작용공간 쪽으로 이동되며, π-모드로 동작하는 베인(2)이 N개인 공진구조에서는 작용공간 내에 N/2 개의 전자 스포크를 형성한다.

한편, 상기와 같이 동작되는 마그네트론의 효율은 여러 가지의 인자들에 의해 좌우되나, 특히 작용공간 내에 형성되는 전자 스포크가 넓게 분포될수록 저효율 특성을 가지며, 전자 스포크가 좁게 분포될수록 고효율 특성을 갖는다.

전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 베인형 마그네트론에서, 음극부는 필라멘트 구조를 가지므로 공진부에서 일정한 거리로 이격되어 있어 공진부에 의해 형성된 고주파 전계가 음극부 부근에서 미약하게 영향을 미치게 된다.

그러므로, 공진부 쪽에 형성되는 얇은 전자층 표면은 고주파 전계의 영향을 강하게 받아 전자 스포크가 좁고 밀도가 높게 분포되나, 음극부 근처에 형성되는 전자층 표면에서 전자 스포크가 넓게 분포되어 마그네트론의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 음극부의 구조를 개선시켜 음극부가 공진부의 공진 주파수와 유사한 공진 주파수를 갖게 하여 음극부 부근에 강한 고주파 전계가 형성되도록 함으로써,

작용공간 내에 좁고 밀도가 높은 전자 스포크가 형성되도록 하여 마그네트론의 효율이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 베인형 마그네트론에서 양극부 및 음극부의 구조를 설명하기 위한 도면으로,

도 1a는 횡단면도이며, 도 1b는 종단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 마그네트론에서 음극부의 구조를 설명하기 위한 도면으로,

도 2a는 측면도이며, 도 2b는 전개도이다.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

4 : 상 엔드쉴드, 5 : 하 엔드쉴드, 6 : 센터 리이드, 7 : 사이드 리이드, 101 : 스트립, 102 : 음극 가열부, 103 : 슬로트

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 하나의 블록을 이루는 양극부 안에 음극부를 향해 개구한 다수의 공동공진이 형성된 마그네트론에 있어서:

상기 음극부는,

(1) 소정의 이격거리로 평행하게 배치되어 전원을 공급받는 원판 형상의 상·하 엔드쉴드와, 상기 상·하 엔드쉴드 사이에 상호 일정한 이격거리로 평행하게 배열되어 상기 상·하 엔드쉴드의 가장자리를 둘러서 직교하게 배치된 다수의 스트립을 포함하며;

(2) 상기 다수의 스트립 중에서 적어도 하나 이상은 상기 상·하 엔드쉴드에 모두 연결되고, 여타의 스트립은 어느 하나의 엔드쉴드에만 연결되어 인접한 두 스트립은 서로 다른 엔드쉴드에 연결된 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 음극부는, 상기 상·하 엔드쉴드에 전원을 공급하는 센터 리이드 및 사이드 리이드를 더 포함하며; 상기 센터 리이드는 상기 하 엔드쉴드의 중심부에 형성된 홀을 통과하여 상기 상 엔드쉴드에 연결되고, 상기 사이드 리이드는 상기 하 엔드쉴드에 연결된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 음극부가 공진구조를 가지므로 스트립 사이에는 강한 고주파 전계가 형성되며, 이 고주파 전계에 의하여 마그네트론의 효율이 향상되는 것이다.

본 발명은 다수의 실시 예로서 구현될 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마그네트론을 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1과 같은 구성성분에 관해서는 동일한 참조부호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 마그네트론에서 음극부의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 2a는 측면도이며, 도 2b는 전개도이다.

동 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마그네트론의 음극부는, 원판 형상의 상·하 엔드쉴드(4)(5)가 소정의 이격거리로 평행하게 배치되며, 센터 리이드(6)가 하 엔드쉴드(5)의 중심부에 형성된 홀을 통과하여 상 엔드쉴드(4)에 연결되고, 사이드 리이드(7)가 하 엔드쉴드(5)에 연결되며, 상·하 엔드쉴드(4)(5) 사이에 다수의 스트립(101)이 상호 일정한 이격거리로 평행하게 배열되어 상·하 엔드쉴드(4)(5)의 가장자리를 둘러서 직교하게 배치된다.

다수의 스트립(101) 중에서 적어도 하나 이상은 상·하 엔드쉴드(4)(5)에 모두 연결되어 음극 가열부(102)를 이루며, 여타의 스트립은 상·하 엔드쉴드(4)(5) 중에서 어느 하나의 엔드쉴드에만 연결되어 인접한 두 스트립(101)은 서로 다른 엔드쉴드에 연결되고, 인접한 두 스트립(101)의 사이에 공간이 비워져 있는 슬로트(103)가 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 음극부를 구비한 마그네트론에서, 인접한 두 스트립(101)의 사이는 전기적으로 개방되어 있으므로 슬로트(103)는 캐패시터 성분을 가지며 음극 가열부(102)는 전기적으로 인덕터 성분을 가지므로 음극부 전체는 하나의 공진구조로 폐회로가 형성된다.

그러므로, 음극부는 소정의 공진 주파수를 갖게 되며, 스트립(101)과 슬로트(103) 및 음극 가열부(102)의 구조가 적절히 설계·배치되면 음극부는 아노드 실린더(1) 및 베인(2)으로 이루어진 공진부의 공진 주파수와 유사한 공진 주파수를 갖게 된다.

따라서, 센터 리이드(6) 및 사이드 리이드(7)를 통해 상·하 엔드쉴드(4)(5)에 전원이 공급되면 스트립(101)에 의해 음극부 부근에는 강한 고주파 전계가 형성된다.

여기서, 스트립(101)에 의해 형성되는 고주파 전계와 아노드 실린더(1) 및 베인(2)으로 이루어진 공진부에 의해 형성되는 고주파 전계가 동기되도록 스트립(101)의 넓은 면이 인근의 해당 베인(2)과 마주 보게 배치된다.

또한, 스트립(101)은 전자 역주행에 의한 가열에 의해 쉽게 전자를 방출할 수 있도록 2차 전자방사 특성이 우수한 재질로 설계·형성된다.

이와 같은 상태에서, 센터 리이드(6) 및 사이드 리이드(7)를 통해 전원이 공급되면 그 전류는 센터 리이드(6), 상 엔드쉴드(4), 음극 가열부(102), 하 엔드쉴드(5), 사이드 리이드(7)의 경로로 도통된다.

그러면, 음극 가열부(102)가 가열되면서 열전자가 방출되며, 이 열전자는 상·하자극(도시 생략됨)에 의해 형성된 자계와 공진부에 의해 형성된 고주파 전계의 영향을 받게 된다.

따라서, 양극부로의 주행 특성 및 음극부로의 역주행 특성을 갖게 되어 작용공간 내에서 싸이클로트론 운동을 하며, 음극부로 역주행되는 일부의 전자는 음극부에 역충격을 가하고, 이 역충격에 의해 음극 가열부(102)의 인근에 배치된 스트립(101)이 가열되어 열전자를 방출한다.

이와 같은 음극부 역가열 현상은 여타의 스트립(101)으로 전달되어 연쇄 반응이 유발되며, 결국 전체 스트립(101)이 가열되어 작용공간 쪽으로 열전자를 방출하므로 음극부 주위에 얇은 전자층이 형성된다.

그리고, 전자층의 표면에 있는 전자들이 공진부에 의해 형성된 고주파 전계와 스트립(101)에 의해 음극부 부근에 형성된 강한 고주파 전계와의 상호 작용에 따라 집군되어 고주파를 발생하면서 스포크와 같은 형태로 작용공간 쪽으로 이동된다.

이때, 음극부 근처 전자층 표면의 전자들은 공진부 쪽 전자층 표면의 전자들보다 상대적으로 스트립(101)에 의한 고주파 전계의 영향을 많이 받게 되며, 공진부 쪽 전자층 표면의 전자들은 음극부 근처 전자층 표면의 전자들보다 상대적으로 공진부에 의한 고주파 전계의 영향을 많이 받게 된다.

따라서, π-모드로 동작하는 베인(2)이 N개인 공진구조에서 작용공간 내에 형성되는 N/2 개의 전자 스포크는 모두 균일하게 전계의 영향을 받아 모두 좁고 밀도가 높게 분포된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 작용공간 내에 형성되는 전자 스포크가 음극부의 공진구조에 의해 형성된 고주파 전계와 공진부에 의해 형성된 고주파 전계와의 상호 작용에 따라 모두 좁고 밀도가 높게 분포되므로, 마그네트론의 효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 하나의 블록을 이루는 양극부 안에 음극부를 향해 개구한 다수의 공동공진이 형성된 마그네트론에 있어서:

   상기 음극부는,

   (1) 소정의 이격거리로 평행하게 배치되어 전원을 공급받는 원판 형상의 상·하 엔드쉴드와, 상기 상·하 엔드쉴드 사이에 상호 일정한 이격거리로 평행하게 배열되어 상기 상·하 엔드쉴드의 가장자리를 둘러서 직교하게 배치된 다수의 스트립을 포함하며;

   (2) 상기 다수의 스트립 중에서 적어도 하나 이상은 상기 상·하 엔드쉴드에 모두 연결되고, 여타의 스트립은 어느 하나의 엔드쉴드에만 연결되어 인접한 두 스트립은 서로 다른 엔드쉴드에 연결된 것을 특징으로 한 마그네트론.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 음극부는, 상기 상·하 엔드쉴드에 전원을 공급하는 센터 리이드 및 사이드 리이드를 더 포함하며; 상기 센터 리이드는 상기 하 엔드쉴드의 중심부에 형성된 홀을 통과하여 상기 상 엔드쉴드에 연결되고, 상기 사이드 리이드는 상기 하 엔드쉴드에 연결된 것을 특징으로 한 마그네트론.