KR100913145B1 - 마그네트론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로서, 양극 바디의 내주면에 접하는 베인의 후단 면에 반원 형상의 전계 조절 홈을 형성시켜서 베인 후단 면의 전계 분포를 균일하게 하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 베인 후단 면의 전계 조절 홈에 의해 전계 분포가 균일해짐으로서 불필요한 고조파의 발생이 억제된다.

Description

마그네트론{MAGNETRON}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 양극 바디와 베인, 스트랩의 구조를 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 이웃한 두 개의 베인과 그 사이를 연결하는 양극 바디에서의 전하의 이동 분포를 나타낸 도면.

도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론에서 베인 후단 면의 길이에 대한 전계의 분포를 나타낸 특성 곡선.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102 : 양극 바디 104 : 베인

112 : 필라멘트 114 : 작용 공간

124, 126 : 자석 150, 150a, 150b : 전계 조절 홈

본 발명은 마그네트론(magnetron)에 관한 것으로, 양극 바디와 음극부 사이에 복수 개의 베인이 양극 바디의 축심을 향해 방사상으로 마련되어 고주파를 발생시 키는 마그네트론에 관한 것이다.

마그네트론은 고주파 발생기로서, 고주파 가열기와 입자 가속기, 레이더 등의 산업 분야와 전자레인지와 같은 가전 분야에 널리 사용된다. 마그네트론은 원통 형상의 양극 바디에 복수 개의 베인이 양극 바디의 축심을 향해 방사상으로 마련되며, 그 축심에는 열전자가 방출되는 음극부가 마련된다.

외부의 전원 공급 장치로부터 음극부에 전원이 공급되면 음극부의 필라멘트가 가열되고, 가열된 필라멘트로부터 지속적인 열전자 방출이 이루어져 일련의 열전자 군이 형성된다. 이 열전자군은 필라멘트와 베인 사이의 작용 공간에 형성되는 전계와 자계의 영향으로 필라멘트 주변을 회전하면서 이동하여 베인의 선단부에 접하면서 이웃하는 두 베인 사이에 교호되는 극성의 전기적인 전위차를 발생시킨다. 양극 바디 및 복수개의 베인들 사이에 형성되는 다수의 공진 회로에서 교호되는 극성의 전기적인 전위차에 의한 진동이 지속적으로 이루어짐으로써, 열전자 군의 회전 속도에 상응하는 고주파 신호가 발생한다.

이웃한 두 개의 베인과 그 사이를 연결하는 양극 바디는 하나의 공진 회로를 형성한다. 마그네트론이 동작할 때 이웃한 두 개의 베인 및 그 사이를 연결하는 양극 바디에는 전하의 이동이 발생하고, 이 이동 방향은 주기적으로 교번된다. 마그네트론에서 발생하는 고주파 신호의 주파수는 이웃한 두 베인 사이를 이동하는 전하의 이동 방향의 교번 주기에 따라 결정된다.

마그네트론이 동작하는 동안 이웃한 두 베인과 그 사이의 양극 바디를 통해 전하가 이동할 때 각 베인의 선단 면에서의 전계 분포가 균일하지 않으면 마그네트 론에서 발생하는 고주파 신호에 불필요한 고조파 신호(harmonics)가 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 마그네트론은 양극 바디에 접촉하는 베인의 후단 면의 구조를 개선하여 베인의 전계 분포를 균일하게 함으로서 불필요한 고조파의 발생을 억제하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 마그네트론은 원통 형상의 양극 바디를 포함한다. 복수개의 베인이 이 양극 바디의 내주면에 연결되어 내측을 향해 방사상으로 설치되는데, 양극 바디의 내주면에 연결되는 베인의 후단 면에는 적어도 하나의 홈이 형성된다.

본 발명에 따른 또 다른 마그네트론은 원통 형상의 양극 바디를 포함한다. 복수개의 베인이 이 양극 바디의 내주면에 연결되어 내측을 향해 방사상으로 설치되는데, 양극 바디의 내주면에 연결되는 베인의 후단 면에는 적어도 하나의 홈이 형성된다. 양극 바디의 중심 축 상에는 음극부가 마련되고, 복수 개의 베인 가운데 어느 하나에는 안테나가 연결된다. 자성체는 양극 바디 내부에 자계를 형성시킨다.

이와 같은 본 발명에 따른 마그네트론의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 원통형으로 된 양극 바디(102)와 함께 양극부를 구성하는 복수개의 베인(vanes, 102)이 양극 바디(102)의 축심 방향을 향 하여 동일한 간격의 방사상으로 배치됨으로써 공진 회로를 형성한다. 이 복수개의 베인(104) 가운데 어느 하나에는 외부로 고조파를 유도하기 위한 안테나(106)가 접속된다. 베인(104)에서, 양극 바디(102)와 접하는 후단 면에는 반원 형상의 전계 조절 홈(150)이 형성된다. 이 전계 조절 홈(150)은 베인(104)의 전계 분포를 균일하게 하기 위한 것이다. 또한, 복수개의 베인들(104)은 상부와 하부에 각각 두개씩 마련되는 스트랩(116)에 의하여 서로 교번하여 접속 배치된다. 양극 바디(102)의 축심에는 고온에서 열전자(熱電子)를 방출하는 코일 스프링 형태의 필라멘트(112)를 포함하는 음극부가 배치되고, 이 필라멘트(112)와 베인(104)의 선단 면 사이에는 작용 공간(114)이 형성된다.

필라멘트(112)의 양단부에는 각각 상부 실드(118a)와 하부 실드(118b)가 설치되며, 센터 리드(120)가 하부 실드(118b) 및 필라멘트(112)의 중앙부를 관통하여 상부 실드(108a)에 용접 고착된다. 또한 하부 실드(118b)의 바닥 면에는 사이드 리드(122)가 용접 고착된다. 이와 같은 센터 리드(120)와 사이드 리드(122)는 외부 전원 단자와 연결됨으로써 베인(104)의 선단과 필라멘트(112) 사이의 작용 공간(114)에 전계(電界)를 형성시킨다.

상부 영구자석(124) 및 하부 영구자석(126)은 각각 양극부의 상측과 하측에 서로 다른 극성이 대향하도록 설치되어 작용 공간(114)에 자계(磁界)를 형성시킨다. 이러한 상부 영구자석(124) 및 하부 영구 자석(126)에 의해 형성되는 자속(磁束)을 작용 공간(114) 상에 유도하기 위한 상부 폴 피스(134) 및 하부 폴 피스(136)가 양극 바디(102)의 상부와 하부에 각각 마련된다.

이와 같은 구성의 외측에는 상부 요크(128) 및 하부 요크(130)가 설치된다. 상부 요크(128) 및 하부 요크(130)는 서로 자기적으로 접속되어 상부 영구 자석(124) 및 하부 영구 자석(126)을 접속하는 자기 회로를 형성한다.

필라멘트(112)에서 방출되는 열전자는 양극부의 베인(104) 선단 면에 도달하여 충돌하는데, 이 때문에 베인(104) 및 양극 바디(102)의 온도가 크게 상승한다. 이와 같은 고온의 양극 바디(102)와 하부 요크(130)를 연결하여 양극부에서 발생하는 열을 하부 요크(130)를 통해 외부로 방출하기 위한 방열 핀(132)이 마련된다.

외부의 전원 공급 장치로부터 필라멘트(112)에 전원이 공급되면 필라멘트(112)가 가열되고, 가열된 필라멘트(112)로부터 지속적인 열전자 방출이 이루어져 일련의 열전자 군이 형성된다. 이 열전자군은 작용 공간(114)에 형성되는 전계와 자계의 영향으로 필라멘트(112) 주변을 회전하면서 이동하여 베인(104)의 선단부에 접하면서 이웃하는 두 베인(104) 사이에 교호되는 극성의 전기적인 전위차를 발생시킨다. 양극 바디(102) 및 복수개의 베인들(104) 사이에 형성되는 다수의 공진 회로에서 교호되는 극성의 전기적인 전위차에 의한 진동이 지속적으로 이루어짐으로써, 열전자 군의 회전 속도에 상응하는 고주파 신호(microwave)가 발생하여 안테나(106)를 통해 외부로 송출된다.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 양극 바디(102)와 베인(104), 스트랩(116)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 동일한 형상을 가진 짝수개의 베인(104)의 후단 면이 원통 형상의 양극 바디(102)의 내주면에 접하도록 방사상으로 설치되되, 이웃한 베인(104)은 상부와 하부가 서 로 교번하도록 설치된다. 즉, 도 2에서 이웃한 두 개의 베인(104a, 104b)을 보면 상하가 서로 엇갈려 있음을 알 수 있다. 즉, 베인(104a)의 경우에는 안테나 연결부(202a)가 상부를 향하고 전계 조절 홈(150a)이 베인(104a)의 후단 면의 상부에 위치하도록 설치되는 반면에, 이웃한 베인(104b)의 경우에는 안테나 연결부(202b)가 하부를 향하고 전계 조절 홈(150b)이 베인(104b)의 후단 면의 하부에 위치하도록 설치된다.

각각의 베인(104)은 상부 스트랩(116a, 116b)과 하부 스트랩(116c, 116d)에 의해 전기적으로 연결되는데, 상부 스트랩(116a, 116b)은 다시 외측 스트랩(116a)과 내측 스트랩(116b)으로 구분되는데, 외측 스트랩(116a)은 홀수 번째의 베인(104)들을 전기적으로 연결하고, 내측 스트랩(116b)은 짝수 번째의 베인(104)들을 전기적으로 연결한다.

도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 이웃한 두 개의 베인(104a, 104b)과 그 사이를 연결하는 양극 바디(102)에서의 전하의 이동 분포를 나타낸 도면으로서, 도 2의 양극 바디(102)의 축심 쪽에서 양극 바디(102)를 바라보고 두 개의 베인(104a, 104b)을 양 옆으로 펼친 상태를 가정한 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 베인(104a)의 상부를 통해 이동하는 전하의 분포는 베인(104a)에 형성되어 있는 전계 조절 홈(150a) 주변에서 전계 조절 홈(150a)의 상부와 하부 쪽으로 나뉘어 양극 바디(102)로 이동한다. 양극 바디(102)에서는 나뉘어져 도달한 전하들이 다시 합쳐져서 이웃한 베인(104b)으로 이동한다. 베인(104a)에 형성되어 있는 전계 조절 홈(150a) 주변의 전하 이동 경로를 보면, 베인(104)의 다른 부분보다 전하의 이동 경로의 길이가 더 긴 것을 알 수 있는데, 이 때문에 이 부분에서는 전계의 세기가 감소한다. 이웃한 두 베인(104a, 104b)의 대칭적 설치 구조 때문에 이와 같은 전계 조절 홈(150a, 150b)의 작용은 전하의 이동이 반대 방향으로 이루어지는 경우에도 동일하게 나타난다.

도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론에서 베인(104) 후단 면의 길이에 대한 전계의 분포(세기)를 나타낸 특성 곡선이다. 도 3에서 베인(104a, 104b)의 양단을 각각 A, A'과 B, B'으로 구분하였는데, 도 4에서 전계 조절 홈이 구비되지 않은 종래의 베인의 후단 면의 전계 분포를 나타낸 특성 곡선(402)을 보면, 전계의 분포가 균일하지 않고 B, B' 쪽에 더 높은 전계가 형성되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 전계 분포의 불균일에 의해 고조파 성분이 발생하는 것이다. 이와 달리, 본 발명에 따른 전계 조절 홈(150)을 구비한 베인(104) 후단 면의 양단에 형성되는 전계 분포의 특성 곡선(404)을 보면, 양 단(A-B 및 A'-B')의 전계 분포가 균형을 이루는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 마그네트론은 양극 바디에 접촉하는 베인의 후단 면의 구조를 개선하여 베인의 전계 분포를 균일하게 함으로서 불필요한 고조파의 발생을 억제한다.

Claims (7)

1. 양극 바디와;

   상기 양극 바디의 내주면에 연결되어 상기 양극 바디의 축심을 향해 방사상으로 설치되고, 상기 양극 바디의 내주면에 접하는 후단 면에 적어도 하나의 홈이 형성되는 복수개의 베인을 포함하고;

   상기 홈의 개구부가 상기 내주면에 의해 폐쇄되며;

   상기 홈에 의해 상기 베인의 후단 면 전체에 걸쳐 균일한 크기의 전계가 형성되는 마그네트론.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 홈이 반원 형상인 마그네트론.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 홈에 의해 상기 복수개의 베인 가운데 이웃한 두 개의 베인 및 그 사이에 마련되는 상기 양극 바디를 통해 이동하는 전하의 이동 속도가 상기 베인의 후단 면 전체에 걸쳐 균등해지는 마그네트론.
5. 제 1 항에 있어서,

   고주파를 발생시키는 동안 상기 베인의 후단 면에서 가장 큰 전계가 형성되는 부분에 상기 홈이 형성되는 마그네트론.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 베인의 상부 면과 하부 면 가운데 어느 하나의 면에 안테나를 연결하기 위한 안테나 연결부가 형성되고, 상기 안테나 연결부의 형성 위치를 따라서 상기 베인의 후단 면의 상부와 하부 가운데 어느 한 부분에 상기 홈이 형성되는 마그네트론.
7. 양극 바디와;

   상기 양극 바디의 내주면에 연결되어 상기 양극 바디의 축심을 향해 방사상으로 설치되고, 상기 양극 바디의 내주면에 연결되는 후단 면에 적어도 하나의 홈이 형성되는 복수개의 베인과;

   상기 양극 바디의 축심 상에 마련되는 음극부와;

   상기 복수 개의 베인 가운데 어느 하나에 연결되는 안테나와;

   상기 양극 바디 내부에 자계를 형성시키는 자성체를 포함하고;

   상기 홈의 개구부가 상기 내주면에 의해 폐쇄되며;

   상기 홈에 의해 상기 베인의 후단 면 전체에 걸쳐 균일한 크기의 전계가 형성되는 마그네트론.

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