KR100811384B1

KR100811384B1 - 마그네트론

Info

Publication number: KR100811384B1
Application number: KR1020070008738A
Authority: KR
Inventors: 마사또시 히가시; 도시오 가와구찌
Original assignee: 도시바 호꾸또 덴시 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-03-07
Also published as: KR20070078795A; JP2007200790A; CN101013646A; JP4898234B2; EP1814364A3; EP1814364A2; CN100583369C; EP1814364B1

Abstract

본 발명의 과제는 고차 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하고, 또는 기본파의 정수배의 주파수를 갖는 2개의 고조파 사이에 끼워진 중간 대역의 불필요 복사를 억제하는 λ/4형 초크 구조를 갖는 마그네트론을 제공하는 것이다.

고주파를 생성하는 고주파 생성부(11)와, 고주파를 취출하는 안테나(24)와, 안테나(24)를 둘러싸는 통 형상 금속 용기(18)와, 금속 용기(18) 내를 기본 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하는 λ/4형 초크 구조(C2)를 구비한 마그네트론에 있어서, 금속 용기 내를 고차 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하는 별도의 λ/4형 초크 구조(C1)를 설치하였다.

고주파 생성부, 금속 용기, 안테나, λ/4형 초크 구조, 양극 원통

Description

마그네트론 {MAGNETRON}

도1은 본 발명의 실시 형태를 설명하는 개략의 단면도.

도2는 종래예를 설명하는 개략의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 고주파 생성부

12 : 양극 원통

13 : 폴 피스

14 : 음극

15 : 엔드햇

16 : 베인

17a, 17b : 스트랩 링

18 : 금속 용기

19 : 제1 통 형상체

20 : 제2 통 형상체

21 : 통 형상 세라믹

22 : 배기관

23 : 캡

24 : 안테나

C1 내지 C4 : 제1 내지 제4 λ/4형 초크 구조

m : 관축

[문헌 1] 일본 특허 제981611호 공보

[문헌 2] 일본 특허 제2128827호 공보

[문헌 3] 일본 특허 공개 소63-264848호 공보

본 발명은 마이크로파 가열 기기 등에 이용하는 마그네트론에 관한 것이다.

고주파를 출력하는 마그네트론, 예를 들어 식품의 조리나 해동 등에 사용하는 전자 레인지용 마그네트론은 고주파를 생성하는 고주파 생성부 및 고주파를 외부에 취출하는 안테나, 안테나를 둘러싸 진공 용기의 일부를 형성하는 통 형상의 금속 용기 등으로 구성되어 있다.

전자 레인지용 마그네트론은, 예를 들어 2450 ㎒대의 주파수를 갖는 마이크로파를 발생한다. 이때, 기본파 성분과 동시에 고조파 성분도 발생한다. 고조파 성분이 외부에 방출되면, 고조파 성분은 기본파 성분과 함께 전자 레인지 등의 가열 공간에 전파된다. 고조파 성분은 파장이 짧고 실드가 곤란하기 때문에 외부에 누설되어 무선 장애 등을 야기할 경우가 있다. 그로 인해, 누설의 한도치가 법률 로 규정되어 있다.

종래의 전자 레인지용 마그네트론은 고조파 성분의 발생을 억제하기 위해, 예를 들어 출력부에 λ/4형 초크 구조를 배치하고 있다(특허 문헌 1 내지 3 참조). λ/4형 초크 구조는, 예를 들어 일단부가 단락되고 타단부가 개방된 소위 초크 홈이 마련되어 있다.

여기서, 종래의 마그네트론에 대해, 전자 레인지용 마그네트론을 예로 들어, 그 일부를 빼낸 도2의 단면도를 참조하여 설명한다.

고주파를 생성하는 고주파 생성부(31)는 양극 원통(32) 등으로 구성되어 있다. 양극 원통(32)의 상하의 개구 부분에, 각각 깔때기형의 폴 피스(33)가 고정 부착되어 있다. 도2는 도면의 관계로부터 도시한 상방의 폴 피스(33)만이 도시되어 있다. 양극 원통(32)의 중심, 예를 들어 관축(m) 상에 나선형의 음극(34)이 배치되어 있다. 음극(34)의 양단부는 엔드햇(35)으로 고정되어 있다. 도2는 도면의 관계로부터 음극(34)의 상단부를 고정하는 엔드햇(35)만이 도시되어 있다.

양극 원통(32)으로부터 음극(34)을 향해 복수의 베인(36)이 방사형으로 마련되어 있다. 복수의 베인(36)은 양극 원통(32)의 원주 방향에 일정한 간격으로 마련되어 있다. 베인(36)의 일단부는 양극 원통(32)의 내면에 접합되고, 타단부는 음극(34)의 부근까지 헐거운 단부로 되어 있다. 각 베인(36)의 상변 부분 및 하변 부분은 직경이 다른 한 쌍의 대소의 스트랩 링(37a, 37b)에 의해 1개씩 걸러 연결되어 있다. 도2는 도면의 관계로부터 베인(36)의 상변 부분을 연결하는 스트랩 링(37a, 37b)만이 도시되어 있다.

폴 피스(33)의 출력측에 통 형상의 금속 용기(38)가 고정되어 있다. 금속 용기(38)의 하단부, 예를 들어 외측에 퍼지는 환형의 제1 플랜지부(38a)의 선단부가 양극 원통(32)의 상단부에 접합되어 있다.

금속 용기(38)의 내측에 제1 통 형상체(39)가 설치되어 있다. 제1 통 형상체(39)와 금속 용기(38)는 환형의 초크 홈을 형성하고, 예를 들어 제5차 고조파 성분을 억제하는 제1 λ/4형 초크 구조(C1)를 구성하고 있다.

금속 용기(38)의 상단부(38b)에 통 형상 세라믹(40)이 접합되고, 통 형상 세라믹(40)의 상단부에 배기관(41)이 접합되어 있다. 배기관(41)은 전체가 캡(42)으로 덮여져 있다.

배기관(41)은, 예를 들어 이중 원통부(41a) 및 밀봉부(41b) 등으로 구성되어 있다. 이중 원통부(41a)는, 예를 들어 제4차 고조파 성분을 억제하는 제2 λ/4형 초크 구조(C2)를 구성하고 있다. 밀봉부(41b)는, 예를 들어 제3차 고조파 성분을 억제하는 제3 λ/4형 초크 구조(C3)를 구성하고 있다.

금속 용기(38)나 통 형상 세라믹(40), 배기관(41)의 내측에 고주파 생성부(31)에서 생성된 고주파를 취출하는 안테나(43)가 설치되어 있다. 안테나(43)의 일단부는 1개의 베인(36)에 연결하고, 타단부는 폴 피스(33)의 개구(33a)를 지나고, 또한 금속 용기(38)의 내측을 연장하여 배기관(41)에 끼워져 고정되어 있다.

상기한 구성에 있어서, 고주파 생성부(31)에서 생성된 고주파는 안테나(43)에 의해 외부에 취출된다. 이때, 기본파 성분과 동시에 생성하는 고조파 성분, 예를 들어 제3차 고조파 성분(7.35 ㎓) 내지 제5차 고조파 성분(12.25 ㎓)은 제1 내 지 제3 λ/4형 초크 구조(C1 내지 C3)로 억제된다.

종래의 마그네트론, 예를 들어 전자 레인지용 마그네트론은 출력부에 복수의 λ/4형 초크 구조를 설치하고 고조파 성분을 억제하고 있다. λ/4형 초크 구조는, 예를 들어 내측 원통 및 외측 원통으로 이루어지는 동축의 이중 원통 구조를 갖고, 내측 원통과 외측 원통 사이 등에 일단부가 단락되고 타단부가 개방된 소위 초크 홈이 형성되어 있다. 초크 홈의 길이, 예를 들어 초크 홈의 관축 방향에 있어서의 치수는, 통상 억제하는 고조파 성분의 파장의 약 4분의 1로 설정된다.

λ/4형 초크 구조는 초크 홈의 개방 단부에 전계가 집중되어 용량 성분이 발생한다. 그로 인해, 주파수가 높아지면 부유 용량의 영향이 커지고, 이론상의 4분의 1 파장보다도 짧은 치수로 고조파 억제 효과를 얻을 수 있는 것이 알려져 있다.

또한, 초크 홈의 내측 치수, 즉 초크 홈의 한쪽의 개방 단부로부터 이와 반대측에 위치하는 다른 쪽의 개방 단부까지 그 내면에 따라 측정한 길이(초크 홈의 연면 거리)가 해당 고조파 성분의 절반 파장에 가까운 치수가 되면, 고조파 억제 효과가 커지는 경우도 경험상 알려져 있다.

예를 들어, 제5차 고조파 성분(12.25 ㎓)의 4분의 1 파장은 약 6.12 ㎜가 되어 있다. 그러나, 부유 용량의 영향이나 초크 홈의 내측 치수에 관한 경험칙에 의해, 실제의 초크 홈의 길이는 대략 5 ㎜ 전후, 예를 들어 4 내지 6 ㎜가 되어 있다.

그런데, λ/4형 초크 구조는 내경이 작아지면, 안테나와의 거리가 짧아져 고조파 억제 효과가 커진다. 그러나, 내경이 작으면 제조성이 악화된다. 또한, 안테나와 초크 구조 부재의 통 형상체 사이 등에 멀티팩터(Multipactor) 방전이 발생할 가능성이 높아진다. 안테나와의 결합도가 강해지고, 전자 레인지의 가열 기기 등의 임피던스나 전원 및 부하 조건 등의 영향이 커 발진 불안정의 영역이 확장된다는 문제도 있다.

또한, 종래의 전자 레인지용 마그네트론에 사용하는 λ/4형 초크 구조는 안테나를 내부 도체로 하고 금속 용기를 외부 도체로 한 동축 선로의 기본 모드, 소위 TEM 모드에 의한 전파를 상정하고 있다. 초크 홈의 치수도 자유 공간 파장의 4분의 1 파장을 베이스로 하고 있다. 그러나, 동축 선로로서 기능하는 내부 도체나 외부 도체의 직경이 크기에 따라서는 고조파 성분의 고차 모드에 의한 전파가 가능해진다.

예를 들어, 동축 선로를 구성하는 내부 도체를 단면으로 한 경우에 내부 도체의 외주면이 형성하는 원의 반경(내부 도체 외경의 1/2)을 a, 외부 도체를 단면으로 한 경우에 외부 도체의 내주면이 형성하는 원의 반경(외부 도체 내경의 1/2)을 b, TEn1 모드의 컷오프 파장을 λc로 하면, 식 (1)의 관계가 있다.

λc = π(a + b)/n … (1)

식 (1)로부터, TE11 모드의 경우, π(a + b)의 값이 λc보다도 커지면 고차 모드의 전파가 가능해진다. 예를 들어, 내부 도체의 외경이 2.5 ㎜의 경우, 외부 도체의 내경이 13.08 ㎜ 이상이 되면, 제5차 고조파 성분은 고차 모드(TE11 모드) 에서의 전파가 가능해진다. 따라서, 제조성의 악화를 방지하기 위해 혹은 발진을 안정화시키기 위해 λ/4형 초크 구조의 내경을 크게 하면 TE11 모드의 전파가 가능해진다.

고차 모드, 예를 들어 TE11 모드의 전파가 가능해지면, 해당 고조파는 TEM 모드의 부하 임피던스와 TE11 모드의 부하 임피던스가 낮은 쪽, 즉 전파하기 쉬운 쪽을 주로 선택한다.

종래의 λ/4형 초크 구조는 초크 홈의 치수를 자유 공간 파장의 4분의 1 파장을 베이스로 하여 정하고 있다. 또한, 같은 고조파 성분이라도 기본 모드와 고차 모드로 관내 파장이 다르다. 따라서, 종래의 전자 레인지용 마그네트론에 사용되어 있는 λ/4형 초크 구조는 기본 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제할 수 있어도, 그 고차 모드는 파장이 다르기 때문에 억제가 불충분해지고, 상기 고조파 성분이 누설된다.

또한, 종래의 λ/4형 초크 구조는 기본파의 정수배의 주파수를 갖는 제N차 고조파 성분(이후, 일반적인 고조파 성분이라 함)을 억제하도록 치수 등이 설정되어 있다. 실제로는, 제3차 고조파 성분과 제4차 고조파 성분의 각 주파수에 끼워진 대역 등, 인접하는 2개의 통상의 고조파 성분에 끼워진 대역의 고조파 성분(이후, 중간 대역의 고조파 성분이라 함)도 발생한다. 예를 들어, 중간 대역의 거의 중앙에 위치하는 제3.5차 고조파 성분이나 제4.5차 고조파 성분 등의 불필요 복사 성분은 통상의 고조파 성분과 동등하거나, 그 이상의 높은 레벨에 도달하는 경우가 있다.

종래의 λ/4형 초크 구조는 중간 대역의 고조파 성분을 충분하게 억제할 수 없고, 중간 대역의 고조파 성분이 누설된다는 문제가 있다. 또한, 중간 대역의 고조파 성분을 억제하기 위해, 중간 대역용의 λ/4형 초크 구조를 별도로 설치하면, 비용이 증대되거나 혹은 대형화된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 결점을 해결하고, 고차 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하고, 또는 중간 대역의 고조파 성분을 억제하는 λ/4형 초크 구조를 갖는 마그네트론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 고주파를 생성하는 고주파 생성부와, 상기 고주파를 취출하는 안테나와, 이 안테나를 둘러싸는 통 형상 금속 용기와, 상기 금속 용기 내를 기본 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하는 제1 λ/4형 초크 구조를 구비한 마그네트론에 있어서, 상기 금속 용기 내를 고차 모드로 전파하는 상기 고조파 성분을 억제하는 제2 λ/4형 초크 구조를 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 고주파를 생성하는 고주파 생성부와, 상기 고주파를 취출하는 안테나와, 이 안테나를 둘러싸는 통 형상 금속 용기와, 이 금속 용기 내에 λ/4형 초크 구조의 초크 홈을 형성하는 통 형상체를 구비한 마그네트론에 있어서, 상기 초크 홈의 길이를 상기 금속 용기 내를 기본 모드로 전파하는 제1 고조파 성분 및 상기 제1 고조파 성분과 주파수가 다르고 상기 금속 용기 내를 고차 모드로 전파하는 제2 고조파 성분의 양쪽을 억제하는 크기로 설정한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태에 대해, 전자 레인지용 마그네트론을 예로 들어 도1의 단면도를 참조하여 설명한다.

고주파를 생성하는 고주파 생성부(11)는 양극 원통(12) 등으로 구성되어 있다. 양극 원통(12)의 개구 부분, 예를 들어 도시한 상방의 출력측 및 도시한 하방의 입력측의 개구 부분에 각각 깔때기형의 폴 피스(13)가 고정되어 있다. 도1은, 도면의 관계로부터 출력측의 폴 피스(13)만이 도시되어 있다. 양극 원통(12)의 중심, 예를 들어 관축(m) 상에 나선형의 음극(14)이 배치되어 있다.

음극(14)의 도시한 상하의 양단부는 엔드햇(15)에 고정되어 있다. 도1은 도면의 관계로부터 음극(14)의 상단부, 예를 들어 출력측을 고정하는 엔드햇(15)만이 도시되어 있다.

양극 원통(12)으로부터 음극(14)을 향해 복수의 베인(16)이 방사형으로 설치되어 있다. 베인(16)은, 예를 들어 직사각형상으로, 양극 원통(12)의 원주 방향에 일정한 간격으로 마련되어 있다. 베인(16)의 일단부는 양극 원통(12)의 내면에 접합되고, 타단부는 음극(14)의 부근까지 연장되어 헐거운 단부로 되어 있다. 베인(16)의 상변 부분 및 하변 부분에 따라 직경이 다른 한 쌍의 대소의 스트랩 링(17a, 17b)이 배치되어 있다. 각 베인(16)은 스트랩 링(17a) 혹은 스트랩 링(17b)에 의해 1개씩 걸러 연결되어 있다. 도1은 도면의 관계로부터 베인(16)의 상변 부분을 연결하는 스트랩 링(17a, 17b)만이 도시되어 있다.

폴 피스(13)의 출력측에 통 형상의 금속 용기(18)가 고정 부착되어 있다. 금속 용기(18)는, 예를 들어 도시한 하단부에 위치하고 외측에 확장되는 환형의 제1 플랜지부(18a) 및 관축(m)과 평행하게 연장되는 통형부(18b), 통형부(18b)의 상 단부로부터 내측에 연장되는 환형의 제2 플랜지부(18c), 제2 플랜지부(18c)로부터 관축(m) 방향으로 절곡된 굴곡부(18d) 등으로 구성되어 있다. 제1 플랜지부(18a)의 단부 모서리는 양극 원통(12)의 상단부에 접합되어 있다.

금속 용기(18)의 내측, 예를 들어 통형부(18b)의 내측에 제1 통 형상체(19)가 접합되어 있다. 제1 통 형상체(19)는, 예를 들어 관축(m)과 평행하게 연장되는 통형부(19a) 및 통형부(19a)의 상단부로부터 관축에 대해 수직으로 외측으로 연장되는 환형의 플랜지부(19b) 등을 갖고, 그 단면은 거의 역 L자형을 이루고 있다. 통형부(19a)는 금속 용기(18)의 통형부(18b)와 동축적으로 배치되고, 플랜지부(19b)의 환형 단면이 금속 용기(18)의 내면에 접합되어 있다.

금속 용기(18) 및 제1 통 형상체(19)는, 도시한 상방의 일단부가 단락되고 도시한 하방의 타단부가 개방된 환형 초크 홈을 형성하고, 제1 λ/4형 초크 구조(C1)를 구성하고 있다. 제1 λ/4형 초크 구조(C1)를 형성하는 초크 홈의 관축(m) 방향에 있어서의 길이, 예를 들어 제1 통 형상체(19)의 통형부(19a)와 금속 용기(18)가 대향하는 길이는, 후술하는 바와 같이 기본파의 4.5배의 주파수를 갖고 기본 모드로 전파하는 제4.5차 고조파 성분과 기본파의 5배의 주파수를 갖고 고차 모드로 전파하는 제5차 고조파 성분을 억제하는 크기로 설정되어 있다.

금속 용기(18)의 내측, 예를 들어 제2 플랜지부(18c)의 도시한 하면에 환형의 제2 통 형상체(20)가 접합되어 있다. 제2 통 형상체(20)는 통형부(20a) 및 플랜지부(20b) 등으로 형성되어 있다. 제1 통 형상체(19)와 치수가 다르지만 형상은 거의 같고, 그 단면은 거의 역 L자형을 이루고 있다.

금속 용기(18)와 제2 통 형상체(20)는 제1 λ/4형 초크 구조(C1)의 경우와 같이 환형의 초크 홈을 형성하고, 예를 들어 기본파의 5배의 주파수를 갖고 기본 모드로 전파하는 제5차 고조파 성분을 억제하는 제2 λ/4형 초크 구조(C2)를 구성하고 있다.

금속 용기(18)의 상단부, 예를 들어 굴곡부(18d)의 선단부에 통 형상 세라믹(21)이 접합되어 있다. 통 형상 세라믹(21)의 상단부에 배기관(22)이 접합되고, 배기관(22)은 전체가 캡(23)으로 덮여져 있다.

배기관(22)은, 예를 들어 이중 원통부(22a) 및 밀봉부(22b) 등으로 구성되어 있다. 이중 원통부(22a)는 내측 원통부(a1) 및 외측 원통부(a2) 등으로 구성되어 있다. 내측 원통부(a1)와 외측 원통부(a2) 사이에 환형의 초크 홈이 형성되고, 예를 들어 기본파의 4배의 주파수를 갖는 제4차 고조파 성분을 억제하는 제3 λ/4형 초크 구조(C3)를 구성하고 있다. 내측 원통부(a1) 및 밀봉부(22b)는 그 내측에 연속하는 공간을 형성하고 있다.

밀봉부(22b)는, 예를 들어 중앙이 상방으로 돌출하고, 밀봉부(22b) 및 내측 원통부(a1)의 내측 공간은 기본파의 3배의 주파수를 갖는 제3차 고조파 성분을 억제하는 제4 λ/4형 초크 구조(C4)를 구성하고 있다.

또한, 금속 용기(18)나 통 형상 세라믹(21), 배기관(22) 등의 내측에 고주파 생성부(11)에서 생성된 고주파를 취출하는 안테나(24)가 설치되어 있다. 안테나(24)의 일단부는 l개의 베인(16)에 연결하고, 타단부는 폴 피스(13)의 개구(13a)를 지나고, 또한 금속 용기(18)의 내측을 연장하여 배기관(22)의 밀봉부(22b)에 끼 워져 고정되어 있다.

여기서, 상기한 제1 및 제2 λ/4형 초크 구조(C1, C2)에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는 금속 용기(18)의 통형부(18b)의 내경 ø1이 19 ㎜, 안테나(24)의 외경이 2.5 ㎜, 제2 통 형상체(20)의 통형부(20a)의 내경 ø2가 14 ㎜, 판 두께가 0.3 ㎜라 한다.

그리고, 제1 λ/4형 초크 구조(C1)는 제4.5 고조파의 TEM 모드 및 제5 고조파의 TE11 모드를 억제할 수 있도록, 그 초크 홈의 관축(m) 방향에 있어서의 치수를 설정한다. 예를 들어, 금속 용기(18)의 통형부(18b)와 제1 통 형상체(19)의 통형부(19a)가 평행하여 대향하는 부분의 길이가 제4.5차 고조파의 TEM 모드 및 제5차 고조파의 TEM 모드 각각의 관내 파장의 4분의 1과 같게 되도록, 제1 통 형상체(19)의 통형부(19a)의 외경 ø3을 정한다.

일반적으로, 관내 파장(λg)은 다음 식 (2)로 구해진다.

…(2)

제4.5차 고조파가 11 ㎓라고 하면, 그 TEM 모드의 관내 파장은 27.254 ㎜가 된다. 그래서, 식 (1) 및 식 (2)를 이용하여, 제5차 고조파의 TE11 모드의 관내 파장이 27.254 ㎜가 되도록, 제1 통 형상체(19)의 통형부(19a)의 외경 ø3을 구한다.

식 (2)로, λg = 27.254 ㎜, λn(제5차 고조파의 자유 공간 파장) = 24.473 ㎜를 대입하면, λc = 55.61 ㎜를 구할 수 있다.

다음에, 식 (1)에 λc = 55.61 ㎜를 대입하면, 55.61 = π(a + b)가 된다. b = 19/2 = 9.5이기 때문에, a = 8.2를 구할 수 있다.

여기서, a는 초크 홈 부분의 통 형상체(19) 외주면의 반경, 즉 제1 통 형상체(19)의 관축(m)에 평행한 통형부(19a)를 단면으로 한 경우에 그 통형부(19a)의 외주면이 형성하는 원의 반경, b는 초크 홈 부분의 통형부(18b)의 내주면의 반경, 즉 금속 용기(18)의 관축에 평행한 통형부(18b)를 단면으로 한 경우에 그 통형부(18b)의 내주면이 형성하는 원의 반경이다.

따라서, 제1 통 형상체(19)의 통형부(19a)의 외경 ø3은 16.4 ㎜(8.2 × 2), 내경 ø4는 판 두께를 0.3 ㎜로 하면 15.8 ㎜가 된다.

금속 용기(18)의 통형부(18b) 및 제1 통 형상체(19)의 통형부(19a)의 직경을 상기한 치수로 설정하면, 제4.5차 고조파의 TEM 모드 및 제5차 고조파의 TE11 모드의 관내 파장이 같게 된다. 따라서, 제1 λ/4형 초크 구조(C1)에 의해 제4.5차 고조파의 TEM 모드 및 제5차 고조파의 TE11 모드를 억제할 수 있다.

제4.5차 고조파의 4분의 1 파장은 6.813 ㎜(27.254/4 ㎜)가 되어 있다. 그러나, 초크 홈의 내측 치수(연면 거리)가 절반 파장(13.626 ㎜)이 되도록 하면, 실제의 초크 홈의 관축 방향에 있어서의 길이는, 약 6.2 ㎜ 전후가 된다.

제2 통 형상체(20)는 제5 고조파의 TEM 모드를 억제하도록, 제2 통 형상체(20)의 통형부(20a)의 관축(m) 방향에 있어서의 치수를 기본 모드(TEM 모드)의 관내 파장의 4분의 1로 설정한다. 기본 모드의 관내 파장은 자유 공간 파장과 같 이, 4분의 1 파장은 6.12 ㎜가 된다. 이 경우도, 초크 홈의 내측 치수(연면 거리)를 절반 파장의 12.24 ㎜로 하면, 실제의 초크 홈의 길이는 약 5 ㎜ 전후가 된다.

상기의 실시 형태는 제1 및 제2 λ/4형 초크 구조를 이용하여, 기본 모드 및 고차 모드로 전파하는 제5차 고조파 성분을 억제할 경우에 설명하고 있다. 그러나, λ/4형 초크 구조의 치수를 적당하게 설정하면, 기본 모드 및 고차 모드로 전파하는 것 외의 차수의 고조파 성분에 대해서도 억제할 수 있다.

또한, 금속 용기와 통 형상체를 별도로 형성하여 양자를 접합하고 있다. 그러나, 금속 용기와 통 형상체는 일체로 형성할 수도 있다.

상기한 구성에 따르면, 1개의 고조파 성분이 기본 모드로 전파할 경우도, 또한 고차 모드로 전파할 경우도 억제할 수 있어 고조파 성분의 외부로의 누설을 방지할 수 있다. 또한, 중간 대역의 고조파 성분도 억제할 수 있어 고조파 성분의 외부로의 불필요 복사를 확실하게 방지할 수 있다.

중간 대역의 고조파 성분은, 통상 중간 대역의 중앙 부분(예를 들어, 2개의 고조파 성분에 끼워진 중간 대역을 10 등분한 경우에 낮은 주파수쪽으로부터 세어 4 내지 6의 범위)에 최대치가 있다. 따라서, 중간 대역의 중앙 부분의 고조파 성분, 예를 들어 제3.5차 고조파 성분이나 제4.5차 고조파 성분 등을 억제하도록 하면, 외부로의 누설 방지 효과가 커진다.

또한, 1개의 λ/4형 초크 구조를 이용하여, 일반적인 고조파 성분과 중간 대역의 고조파 성분을 동시에 억제할 수 있다. 따라서, 비용을 증대시키지 않고, 고조파 성분의 외부로의 누설을 감소시킬 수 있거나 혹은 방지할 수 있다.

또한, 통상의 고조파 성분과 중간 대역의 고조파 성분을 동시에 억제할 경우, 통 형상체의 직경의 변경으로 관내 파장을 조정할 수 있는 범위에 한계가 있다. 그로 인해 동시에 억제하는 양쪽의 고조파 성분의 주파수는 접근하고 있는 것이 바람직하다. 또한, TE11 모드의 관내 파장은 기본 모드보다도 길어진다. 따라서, 통상의 고조파 성분과 중간 대역의 고조파 성분을 동시에 억제할 경우 그 편성(조합)은, 예를 들어 기본 모드로 전파하는 제(N/2)차 고조파 성분(N ≥ 3)과 TE11 모드로 전파하는 제(N + 1)/2차 고조파 성분(N ≥ 3)이 바람직하다.

또한, 금속 용기는 대형화하지 않도록 그다지 큰 치수의 것은 이용되지 않는다. 그로 인해, TE11 모드보다도 높은 고차 모드가 전파되는 것은 적고, 고차 모드에 대해서는 TE11 모드를 억제하면 실용상의 문제는 발생하지 않는다.

상기한 구성에 따르면, 고차 모드, 예를 들어 TE11 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제할 수 있다. 따라서, 초크 홈을 형성하는 통 형상체의 내경 등을 크게 할 수 있어 멀티팩터 방전이나 발진 불안정 등을 방지할 수 있다.

상기의 실시 형태에서는 제1 내지 제4 등의 표현을 사용하고 있다. 이러한 숫자는 순서나 위치 등 특별한 내용을 의미하는 것이 아니라, 간단히 다른 것과 구별하기 위해 사용하고 있다.

또한, λ/4형 초크 구조의 방향, 예를 들어 그 초크 홈의 개방 단부의 방향이 입력측을 향한 구조가 되어 있다. 그러나, 초크 홈의 개방 단부는 출력측을 향한 구조라도 좋고, 이 경우도 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 기본 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하는 λ/4형 초크 구조를 설치하는 동시에, 같은 고조파 성분의 고차 모드에서의 전파를 억제하는 λ/4형 초크 구조를 설치하고 있다. 따라서, 1개의 고조파 성분이 기본 모드 및 고차 모드의 양쪽에서 전파 가능한 경우라도 확실하게 억제할 수 있어 고조파 성분의 누설을 방지할 수 있다.

또한, 기본 모드로 전파하는 제1 고조파 성분과 이와 주파수가 다르고 고차 모드로 전파하는 제2 고조파 성분을 1개의 λ/4형 초크 구조로 동시에 억제한다. 따라서, 전파 모드가 다른 복수의 고조파 성분을 공통인 λ/4형 초크 구조로 억제할 수 있어 비용을 증대시키지 않고 고조파 성분의 누설을 방지할 수 있다.

Claims

고주파를 생성하는 고주파 생성부와, 상기 고주파를 취출하는 안테나와, 이 안테나를 둘러싸는 통 형상 금속 용기와, 상기 금속 용기 내를 기본 모드로 전파하는 고조파 성분을 억제하는 제1 λ/4형 초크 구조를 구비한 마그네트론에 있어서, 상기 금속 용기 내를 고차 모드로 전파하는 상기 고조파 성분을 억제하는 제2 λ/4형 초크 구조를 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론.
고주파를 생성하는 고주파 생성부와, 상기 고주파를 취출하는 안테나와, 이 안테나를 둘러싸는 통 형상 금속 용기와, 이 금속 용기 내에 λ/4형 초크 구조의 초크 홈을 형성하는 통 형상체를 구비한 마그네트론에 있어서, 상기 초크 홈의 길이를, 상기 금속 용기 내를 기본 모드로 전파하는 제1 고조파 성분 및 상기 제1 고조파 성분과 주파수가 다르고 상기 금속 용기 내를 고차 모드로 전파하는 제2 고조파 성분의 양쪽을 억제하는 크기로 설정한 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제2항에 있어서, 고차 모드가 TE11 모드로, 기본 모드로 전파하는 제1 고조파 성분의 관내 파장을 λg, 제2 고조파 성분의 자유 공간 파장을 λn, 금속 용기 내를 전파하는 TE11 모드의 컷오프 파장을 λc, 초크 홈 부분의 통 형상체 외주면의 반경을 a, 초크 홈 부분의 금속 용기 내주면의 반경을 b, 초크 홈의 길이를 λg/4로 한 경우에,

λc = π(a + b),

의 관계인 마그네트론.
제2항에 있어서, 제1 고조파 성분의 주파수가 기본파의 정수배의 주파수를 갖고 인접하는 크기의 주파수를 갖는 2개의 고조파 성분 사이에 있는 마그네트론.
제2항에 있어서, 제1 고조파 성분의 주파수가 기본파의 정수배의 주파수를 갖고 인접하는 크기의 주파수를 갖는 2개의 고조파 성분의 중앙에 위치하는 크기인 마그네트론.
고주파를 생성하는 고주파 생성부와, 상기 고주파를 취출하는 안테나와, 이 안테나를 둘러싸는 통 형상 금속 용기와, 이 금속 용기 내에 λ/4형 초크 구조의 초크 홈을 형성하는 통 형상체를 구비한 마그네트론에 있어서, 상기 초크 홈의 길이를, 상기 금속 용기 내를 기본 모드로 전파하는 제N/2차 고조파 성분(N ≥ 3) 및 TE11 모드로 전파하는 제(N + 1)/2차 고조파 성분(N ≥ 3)의 양쪽을 억제하는 크기로 설정한 것을 특징으로 하는 마그네트론.
제6항에 있어서, 기본 모드로 전파하는 제N/2차 고조파 성분(N ≥ 3)의 관내 파장을 λg, 제(N + 1)/2차 고조파 성분(N ≥ 3)의 자유 공간 파장을 λn, 금속 용기 내를 전파하는 TE11 모드의 컷오프 파장을 λc, 초크 홈 부분의 통 형상체 외주면의 반경을 a, 초크 홈 부분의 금속 용기 내주면의 반경을 b, 초크 홈의 길이를 λg/4로 한 경우에,

λc = π(a + b),

의 관계인 마그네트론.