KR101949566B1 - 2고조파 억제 초크를 구비하는 마그네트론 및 이를 설치한 전자레인지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속관에 2고조파 억제 초크가 마련된 마그네트론과, 이러한 마그네트론이 설치된 전자레인지에 관한 것이다.
본 발명은 일측 단부가 개방된 양극 원통; 길이방향의 제1단부가 상기 양극 원통의 개방 단부에 자극편을 통해 밀봉 체결되는 금속관; 상기 금속관의 제2단부에 절연 연결되는 출력부; 상기 양극 원통에서 나와 상기 금속관을 관통하여 상기 출력부까지 연장되는 안테나 리드; 및 상기 금속관의 내측에 설치되는 2고조파 억제 초크;를 포함하는 마그네트론과, 이것이 설치된 전자레인지를 제공한다.

Description

2고조파 억제 초크를 구비하는 마그네트론 및 이를 설치한 전자레인지{A MAGNETRON HAVING SECOND HARMONIC FREQUENCY SUPPRESSING CHOKE AND A MICROWAVE USING THE SAME}

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속관에 2고조파 억제 초크가 마련된 마그네트론과, 이러한 마그네트론이 설치된 전자레인지에 관한 것이다.

일반적으로 전자레인지에 사용되는 마그네트론은, 기본파로서 2,450MHz의 마이크로파를 발생시킨다. 상기 기본파는 전자레인지의 캐비티 내로 출력되고, 캐비티에 있는 음식물의 물분자는 상기 마이크로파에 의해 회전되며 열을 발생시킨다.

그런데 마그네트론이 마이크로파를 발생시킬 때, 기본파 외에 상기 기본파에 대한 정수 배에 해당하는 주파수를 갖는 고조파 성분이 동시에 발생하게 된다. 가령 4.9GHz는 2고조파, 7.35GHz는 3고조파, 9.8GHz는 4고조파가 된다.

고조파는 그 배수가 올라갈수록 파장이 짧아진다. 파장이 짧은 고조파는 차단하기가 어려워지므로, 일단 파장이 짧은 고조파가 전자레인지로 전달되면, 전자레인지에서 고조파가 누설되는 것을 막기가 매우 어렵다.

이렇게 고조파가 외부로 누설되면 무선 송수신 전파에 장해가 발생하므로, 고조파 누설의 허용 상한선이 법규로 규정되는 것이 일반적이다. 이런 연유로 대한민국에서는 전자레인지에 사용되는 마그네트론의 기본파에 대해 7고조파까지 모두 EMI(electromagnetic interference) 인증을 받아야 한다.

따라서 종래의 마그네트론에는 고조파 성분이 발생하는 것을 억제하기 위해, 마이크로파를 출력하는 출력부에 4분의 1 파장형 초크를 설치하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.

도 5는 종래의 마그네트론의 일부분을 나타낸 단면도이다. 마그네트론은 양극원통(51)을 구비하고, 양극원통(51)의 중심에는 양극원통의 길이방향을 따라 음극(52)이 자리하며, 음극(52)의 양 끝단에는 각각 엔드실드(53)가 고정되어 있다. 양극원통(51)의 내벽에는 복수 개의 베인(58)이 양극원통의 중심을 기준으로 방사상으로 고정되어 있다. 베인(58)의 양단, 즉 양극원통의 길이방향의 양단에는 링 형상의 외측스트랩(54)과 내측스트랩(55)이 각각 서로 교호로 상기 복수 개의 베인에 접속 고정된다.

양극원통(51)의 일측 단부에는 도시된 바와 같이 금속관(60)이 자극편(56)을 통해 밀봉 배치되어 있다. 또한 출력부(80)는 절연된 상태를 유지하며 상기 금속관(60)에 연결된다. 이러한 절연은 상기 출력부(80)와 금속관(60) 사이에 개재된 세라믹관(90)에 의해 구현된다.

안테나 리드(57)의 기단부는 하나의 베인(58)에 고정되고, 베인에 고정된 부위로부터 절곡되어 상기 자극편(56)을 관통하여 금속관(60)의 중심까지 연장되며, 다시 절곡되어 상기 금속관(60)과 세라믹관(90), 그리고 출력부(80)까지 연장된다. 안테나 리드(57)는 상기 자극편(56), 금속관(60), 세라믹관(90) 및 출력부(80)와 접촉하지 않으면서, 상기 금속관(60), 세라믹관(90) 및 출력부(80)의 길이방향의 중심을 따라 연장된다.

통상 종래에는 2고조파와 3고조파를 출력부(80)의 원통부(81)와 배기관(82)에서 억제하도록 하고, 4고조파와 5고조파를 금속관(60) 쪽에서 억제하도록 하는 것이 일반적이었다. 또한 정수 배의 고조파 외에도 예기치 않은 3.5고조파나 4.5고조파가 발생하였을 때 이를 억제하기 위한 구조를 금속관에 설치하기도 하였다.

그러나, 출력부에 구현하는 고조파 억제 구조는 설계 시 의도한 만큼 고조파의 억제 효과가 나타나지 않는다. 특히 이러한 현상은 2고조파에 두드러지게 나타난다.

이러한 점을 감안하여 2고조파 억제 초크를 금속관에 적용하고자 하더라도, 종래와 같이 3고조파, 4고조파와 3.5고조파, 4.5고조파를 억제하는 구조가 금속관에 적용된 상태에서는, 공간적인 제약으로 인해 2고조파를 억제하기 위한 초크를 추가적으로 반영할 수 없었다.

또한, 종래에 금속관에 설치되어 왔던 3고조파, 4고조파, 3.5고조파, 4.5고조파 억제용 초크 구조로부터 단순히 그 치수를 변경하는 것만으로도 2고조파 억제 초크를 구현하기가 어려웠다. 이는 설계 공간적인 제약, 안테나 리드와 초크 사이에 멀티팩터 방전 가능성, 그리고 발진 불안정 영역이 확대되는 경향 등에 기인한다.

또한 2 고조파 억제 초크 구조의 치수를 4분의 1파장형 초크 규칙에 의해 이론적으로 설계한다 하더라도, 초크 홈 개방 단부의 전계 집중 현상 등으로 인해 2고조파 억제 효과를 발휘하는 것이 매우 어려웠다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 2고조파 억제가 확실한 마그네트론 및 이를 설치한 전자레인지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 금속관에 초크 형태로 2고조파 억제 구조를 구현할 때, 실제로 2고조파 억제 효과를 가지는 초크의 치수 범위를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 2고조파 억제 구조와 함께 5고조파 억제 구조를 함께 적용한 금속관을 구비하는 마그네트론 및 이를 설치한 전자레인지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 제조가 간편하고 제조 과정에서 발생하는 제조 오차가 2고조파 억제 구조와 5고조파 억제 구조에 주는 영향을 최소화할 수 있는 마그네트론 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 금속관의 내측에 2고조파 억제 초크를 설치한 마그네트론을 제공함으로써, 2고조파에 대해 확실한 억제가 가능하다.

보다 구체적으로 본 발명은, 일측 단부가 개방된 양극 원통; 길이방향의 제1단부가 상기 양극 원통의 개방 단부에 자극편을 통해 밀봉 체결되는 금속관; 상기 금속관의 길이방향의 제2단부에 절연 연결되는 출력부; 상기 양극 원통에서 나와 상기 금속관을 관통하여 상기 출력부까지 연장되는 안테나 리드; 및 상기 금속관의 내측에 설치되는 2고조파 억제 초크;를 포함하는 마그네트론을 제공한다.

또한 상기 금속관의 제2단부에는 반경방향으로 내향 절곡된 절곡부가 마련되며, 상기 절곡부의 내측 단부는 다시 금속관의 길이방향과 나란한 방향으로 절곡되어 5고조파 억제 초크를 구성할 수 있다. 이러한 구조에 따르면 금속관에 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크를 함께 설치할 수 있고, 제조 단계에서 5고조파 억제 초크의 길이 규제가 용이하다.

또한 상기 2고조파 억제 초크는 상기 5고조파 억제 초크와 중첩 배치되도록 할 수 있으므로, 금속관의 치수나 마그네트론의 치수 증가 없이 2개의 고조파에 대한 억제 효과를 구현할 수 있어, 마그네트론을 더 컴팩트하게 제조할 수 있다.

또한 2고조파 억제 초크의 제1단부는 상기 양극 원통을 향해 개방되고, 상기 2고조파 억제 초크의 제2단부는 상기 금속관의 길이방향의 제2단부에 마련된 상기 반경방향 내향 절곡부에 고정될 수 있으므로, 금속관에 2고조파 억제 초크를 설치하기가 매우 간편하다.

또한 상기 2고조파의 억제 초크의 제2단부에는 반경방향으로 외향 절곡된 절곡부가 구비되며, 상기 반경방향 외향 절곡부가 상기 금속관의 반경방향 내향 절곡부에 고정되도록 함으로써, 2고조파 억제 초크의 절곡부위가 5고조파 억제 초크의 실질적인 길이에 영향을 미치지 아니하므로, 조립 후의 구조를 고려할 필요 없이 각각의 고조파 억제 초크의 길이를 개별적으로 설계하는 것이 가능하다.

또한 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 음식물을 조리하는 공간인 캐비티; 상기 캐비티의 외부에 마련되며, 상기 캐비티 내부에 고주파를 발진하는 마그네트론; 상기 캐비티와 마그네트론을 수용하는 외장케이스; 및 상기 캐비티를 개폐하는 도어;를 포함하는 전자레인지로서, 상기 마그네트론의 고주파 발생부과 출력부 사이에는 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크가 설치된 금속관이 개재되는 전자레인지를 제공한다. 이러한 전자레인지는 2고조파와 5고조파에 대한 누설을 확실히 방지할 수 있다.

또한 상기 2고조파 억제 초크는 상기 5고조파 억제 초크와 중첩 배치되도록 할 수 있으며, 이러한 구조는 금속관을 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있어 마그네트론과 전자레인지를 더 컴팩트하게 구성하는 것이 가능하다.

또한 상기 출력부와 가까운 상기 2고조파의 억제 초크의 단부에는 반경방향으로 외향 절곡된 절곡부가 구비되며, 상기 반경방향 외향 절곡부가 상기 금속관에 고정되도록 함으로써, 2고조파 억제 초크를 간편하게 설치할 수 있다.

또한 상기 출력부와 가까운 상기 금속관의 단부는 반경 방향으로 내향 절곡된 절곡부가 구비되고, 상기 2고조파 억제 초크의 외향 절곡부가 상기 내향 절곡부의 내면에 고정되도록 함으로써 제조공정을 더욱 단순화할 수 있다.

또한 상기 금속관의 내향 절곡부의 내측 단부가 다시 금속관의 길이방향과 나란한 방향으로 절곡되어 상기 5고조파 억제 초크를 구성함으로써, 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크를 모두 간편하게 형성하거나 설치할 수 있다.

여기서 상기 2고조파 억제 초크의 길이방향의 높이(H)와 상기 길이방향에 대한 반경 방향의 내측 직경(D)은 12 ≤ D ≤ 15일 때,

H₁ - (0.298/0.571)(14-D) ≤ H ≤ H₂ - (0.298/0.571)(14-D)의 관계를 만족하고, H₁=14.36, H₂=15.31일 수 있다(단, D와 H의 단위는 mm 임). 상술한 수식을 만족하도록 초크를 구성하면 2고조파를 억제할 수 있다.

또한 H₁=14.40, H₂=15.00 인 경우에는, 2고조파를 더 확실히 억제할 수 있다.

또한 H₁=14.44, H₂=14.92인 경우에는, 최소 -5dB 이상의 2고조파 억제 효과를 얻을 수 있다.

또한 H₁=14.56, H₂=14.63인 경우에는, 최소 -10dB 이상의 2고조파 억제 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 2고조파 억제 초크를 마그네트론의 금속관에 설치하여 2고조파에 대한 출력 억제가 확실히 이루어진다.

또한 본 발명에 의하면, 실제로 2고조파 억제 효과를 낼 수 있는 초크의 각 규격의 치수 범위를 제공하므로, 이론적으로 설계하였을 때 낼 수 없는 2고조파 억제 효과를 가지는 마그네트론을 제작하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크를 금속관에 함께 마련함에 있어서, 금속관의 크기를 늘리거나 형상을 변경하는 일 없이 이들 초크를 각각 설계하고 제작하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 두 초크가 서로 고조파 억제 효과에 영향을 주지 않는 구조를 가지기 때문에, 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크를 설계함에 있어서 각 초크의 치수와 형상만을 고려하여 고조파 억제 구조를 설계하고 이들을 조립하더라도, 설계 의도대로 확실한 고조파 억제 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 금속관에 5고조파 억제 초크를 일체로 성형함에 별다른 어려움이 없고, 여기에 2고조파 억제 초크를 고정하는 공정 역시 간단하게 실시할 수 있으므로 제조가 편리하고, 제조 과정에서 발생하는 오차가 2고조파 억제 구조와 5고조파 억제 구조에 주는 영향을 최소화할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자레인지의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 마그네트론의 일부분을 나타낸 단면도,
도 3은 직경 14.0mm인 2고조파 억제초크를 사용했을 때 초크의 길이별로 측정된 2고조파 저감 효과를 나타낸 그래프,
도 4는 직경 14.0mm이고 높이가 14.6mm인 2고조파 억제초크의 주파수별 억제 효과를 나타낸 그래프, 그리고
도 5는 종래의 마그네트론의 일부분을 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[마그네트론이 설치된 전자레인지의 구조]

도 1은 본 발명에 따른 전자레인지의 사시도이다. 전자레인지(1)는 대략 직육면체 형태의 외장케이스(10)로 그 외관이 규정되고, 외장케이스(10)의 일측에는 전방으로 캐비티(30)가 개방되어 있다. 캐비티(30)의 전방에는 캐비티의 내부 공간을 개방하거나 폐쇄할 수 있는 도어(20)가 마련되며, 도어(20)는 전자레인지의 본체에 힌지 결합되어 여닫이 도어 형태로 설치된다.

도어를 닫았을 때 전자레인지의 전면 타측 부위에는 전자레인지의 운전을 조정할 수 있는 컨트롤 패널이 마련되고, 컨트롤 패널의 후방 공간에는 각종 전장품과 마그네트론(40)이 내장된다. 본 발명의 실시예에서는 컨트롤 패널이 도어의 측면에 별도로 마련된 형태가 도시되어 있지만, 컨트롤 패널이 도어 자체에 배치된 형태의 전자레인지도 본 발명이 규정하는 전자레인지에 포함된다.

마그네트론(40)은 2,450MHz의 마이크로파를 발생시켜 이를 캐비티(30) 내부로 발진 출력한다. 캐비티(30)의 전면을 차폐하는 도어(20)에는 마그네트론으로부터 상기 캐비티 내부로 보내어지는 마이크로파가 외부로 누설되지 않도록 금속 망이 설치되어 있다.

마그네트론(40)이 기본파인 2.45GHz의 마이크로파를 발진할 때, 기본파의 주파수에 대해 정수 배에 해당하는 주파수를 가지는 고조파 성분이 함께 발생하게 되는데, 이들 고조파는 전자레인지의 캐비티 내부의 음식을 조리하는 데에는 기여하지 못하면서, 이것이 캐비티 외부로 누설되면 전파 장해 등을 일으킬 우려가 있다.

따라서 전자레인지(1)를 설계함에 있어서, 이러한 고조파 성분이 캐비티 외부로 누설되지 않도록 캐비티(30), 도어(20), 외장케이스(10) 등이 설계되어야 하는데, 2고조파 이상의 고조파들은 파장이 짧기 때문에 누설을 막기 위한 설계가 쉽지 않다.

따라서 기본파의 고조파들은 아예 마그네트론(40)에서 캐비티(30) 내부로 출력되지 못하도록 억제될 필요가 있고, 이에 따라 본 발명에서는 마그네트론(40)에서 고조파의 발생을 억제하는 구조를 제공하고자 한다.

[마그네트론]

도 2는 본 발명에 따른 마그네트론의 일부분을 나타낸 단면도이다.

마그네트론은 원통 형상의 양극, 즉 양극원통(51)을 구비한다. 양극원통은 원통형의 양단부가 개방된 형태이다. 양극원통(51)의 원형 단면의 중심에는 양극원통의 길이방향을 따라 음극(52)이 자리한다. 그리고, 음극(52)의 양 끝단에는 각각 엔드실드(53)가 고정되어 있다. 양극원통(51)의 내벽에는 복수 개의 베인(58)이 고정되어 있다. 베인(58)은 양극원통의 중심을 기준으로 방사상으로 배치된다. 베인(58)의 양단, 즉 양극원통의 길이방향의 양단에는 링 형상의 외측스트랩(54)과 내측스트랩(55)이 각각 서로 교호로 상기 복수 개의 베인에 접속 고정된다.

양극원통(51)의 일측 단부에는 도시된 바와 같이 금속관(60)이 자극편(56)을 통해 밀봉 배치되어 있다. 자극편(56)은 외측 단부에서 중심부로 갈수록 경사진 원추형의 경사면을 가지며, 자극편의 중심부, 즉 상기 엔드실드(53)에 대응하는 부위는 개방되어 있다. 상기 자극편(56)의 경사면에도 홀이 마련되고, 이 홀을 통해 후술할 안테나 리드(57)가 관통한다.

금속관(60)의 기단부(제1단부, 하측 단부)는 상기 양극원통(51) 쪽으로 고정되고 금속관(60)의 선단부(제2단부, 상측 단부)에는 원통형의 세라믹관(90)이 고정된다. 세라믹관(90)의 선단부에는 출력부(80)가 설치되며, 세라믹관은 상기 출력부(80)와 금속관(60) 사이에 개재되어 이들을 서로 절연한다.

출력부(80)는 직경이 작고 높이가 긴 원통부(81)와, 상기 원통부의 외측에서 원통부에 대해 동심 배치되며 상단부는 막혀 있고 원통형 측면부의 높이는 상기 원통부(81)의 길이보다 짧은 배기관(82)을 구비한다. 원통부(81)의 상단부에는 후술할 안테나 리드(57)가 관통하는 홀이 구비된다.

안테나 리드(57)의 기단부는 하나의 베인(58)에 고정되고, 베인에 고정된 부위로부터 절곡되어 상기 자극편(56)의 홀을 관통하여 금속관(60)의 중심까지 연장되며, 다시 절곡되어 상기 금속관(60)과 세라믹관(90), 그리고 출력부(80)까지 관통 연장된다. 안테나 리드(57)는 상기 자극편(56), 금속관(60), 세라믹관(90) 및 출력부(80)와 접촉하지 않으면서, 상기 금속관(60), 세라믹관(90) 및 출력부(80)의 길이방향의 중심을 따라 연장된다.

출력부(80)의 외측에는 출력부의 외주면과 상부를 덮는 안테나 캡(83)이 씌워진다. 안테나 캡(83)의 상단면은 상기 안테나 리드(57)와 이격 배치된다. 또한 안테나 캡(83)의 측면부의 내면과 하단면은 상기 출력부의 측면 및 세라믹관(90)의 선단부와 접하며 고정된다.

전원부를 통해 상기 마그네트론에 전원이 인가되면, 음극(52)의 필라멘트에서 방출된 전자와 그 운동에너지는 베인(58)의 선단부 쪽으로 끌려가고, 이때 전력에 의해 발생된 열 전자는 자극편(56)을 타고 유도되는 자계의 영향을 받아 베인(58)과의 사이에서 형성되는 전자기장에 전달되어 안테나 리드(57)를 통해 출력부(80)에서 외부로 방사되며, 이때 발진되는 마이크로파는, 2,450Mhz를 기본파로 발진한다.

상기 마그네트론이 마이크로파를 발생시킬 때, 기본파 외에 상기 기본파에 대한 정수 배에 해당하는 주파수를 갖는 고조파 성분이 동시에 발생하게 되는데, 이들은 그 배수가 올라갈수록 파장이 짧아지는 특성이 있어, 일단 캐비티(30)로 전달되면 누설되는 것을 막기가 쉽지 않다.

이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 마그네트론에서 기본파 외의 고조파가 누설되지 않도록 하기 위한 구조를 적용하였으며, 특히 2고조파와 5고조파 성분이 누설되는 것을 방지하는 4분의 1파장형 초크를 금속관(60)에 동시에 구현하였다.

[마그네트론의 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크 구조]

다시 도 2를 참조하면, 금속관(60)의 상측 단부는 원통형 금속관의 반경 방향으로 내향 절곡된다. 내향 절곡된 절곡부(62)의 중심에는 환형의 돌기부가 마련되며, 상기 돌기부에 세라믹관(90)이 고정된다. 또한 절곡부의 내측 단부는 다시 금속관의 길이방향으로 하향 절곡되어 원통형의 5고조파 억제 초크(63)를 구성한다. 5고조파 억제 초크(63)의 내경과 높이는 4분의 1파장형 초크를 구현할 수 있도록 하는 치수를 가지며, 상기 안테나 리드(57)와는 충분히 이격되어 있다.

본 발명에 따르면 5고조파 억제 초크(63)가 금속관(60)의 단부에 일체로 성형되므로, 별도로 이를 고정하기 위한 조립 공정이 따르지 않는다. 따라서 성형 공정에서 치수를 제어하는 것만으로도 5고조파 억제 초크(63)의 치수를 정확히 제어할 수 있으며, 조립 공차가 발생할 여지가 없다.

한편 5고조파 억제 초크(63)와 금속관(60)의 외측 둘레면 사이의 공간에 2고조파 억제 초크(70)가 설치된다. 2고조파 억제 초크(70)는 별도로 제작되어 상기 반경방향 내향절곡부(62)에 부착 고정된다. 2고조파 억제 초크(70)는 원통의 형상으로 이루어지며, 상단부에 반경방향을 따르는 외향 절곡부(72)가 마련된다. 외향 절곡부(72)는 원통형의2고조파 억제 초크(70)의 성형 과정에서 함께 성형할 수 있다.

도시된 구조에 따르면 2고조파 억제 초크(70)는 금속관(60)에 대해 별도의 부품으로 제작되기 때문에, 2고조파 억제 초크(70)를 제작하는 과정에서 초크의 길이(H)와 내경(D)을 정확히 규제할 수 있고, 이렇게 규제한 치수가 2고조파 억제용 형상으로 그대로 반영된다. 즉 2고조파 억제 초크(70)를 제작한 후 이를 금속관(60)에 부착하는 과정에서 2고조파를 억제하기 위한 치수가 변경되지 아니한다. 따라서 본 발명에 따르면 2고조파 억제 초크(70)를 설계할 때, 조립 과정에서 4분의 1파장형 초크의 치수가 변경될 것을 미리 고려할 필요가 없어 설계가 간단하고 설계 자유도가 높다.

또한 2고조파 억제 초크(70)의 상단부에는 절곡부(72)가 마련되어 있으므로, 이를 앞서 5고조파 억제 초크(63)의 반경방향 내향절곡부(62)에 면 접합하여 부착하는 것으로 2고조파 억제 초크(70)를 견고하게 고정할 수 있어 조립 공정이 용이하다. 게다가 이러한 조립 구조는, 5고조파 억제 초크(63)와 2고조파 억제 초크(70)를 최대한 중첩시켜 설치할 수 있으므로, 금속관(60)을 더욱 컴팩트하게 설계할 수 있는 여유를 준다.

아울러 2고조파 억제 초크(70)의 외향 절곡부(72)의 외측 가장자리의 직경과, 내향절곡부(62)가 형성되는 부분에서의 금속관(60)의 내경이 서로 대응하도록 하면, 금속관(60)의 내경 부분이 2고조파 억제 초크(70)의 외향 절곡부(72)와 간섭되며 2고조파 억제 초크(70)의 위치를 규제하는 상태에서 2고조파 억제 초크(70)가 자리잡게 된다. 따라서 이러한 구조에 따르면, 2고조파 억제 초크(70)의 중심과 금속관(60)의 중심을 일치시키기가 편리하다.

다음으로, 2고조파 억제 초크(70)의 절곡부(72)는 외향 절곡된 형태로 내향절곡부(62)에 부착되므로, 2고조파 억제 초크(70)의 절곡부(72)가 5고조파 억제 초크(63)의 높이에 영향을 미치지 아니한다. 따라서 5고조파 억제 초크의 설계 과정에서 다른 구조물, 즉 2고조파 억제 초크를 고려하지 않더라도, 5고조파 억제 초크의 설계 치수가 최종 제품에 그대로 반영되어 설계에 따른 5고조파 억제 효과를 확실히 이끌어낼 수 있다.

이처럼 본 발명에 따르면, 단순히 조립을 간편하게 하고, 금속관을 더 컴팩트하게 설계할 수 있는 것을 넘어서, 5고조파 억제 초크의 설계 자유도를 확보할 수 있음은 물론, 별도로 제작되는 2고조파 억제 초크(70)의 설계 자유도도 확보할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 2고조파 억제 초크와 5고조파 억제 초크를 금속관에 마련함으로써, 2고조파와 5고조파에 대한 억제 효과가 확실하다. 다만 4분의 1파장형 초크를 마련함에 있어서 이론적으로 도출한 초크의 내경과 길이로 초크를 설계하더라도, 실제 마그네트론에서 발생하는 여러 다른 원인에 의해 고조파 억제 효과가 예상보다 저조함은 앞서 설명한 바와 같다. 또한 그러한 원인들이 고조파 억제 효과에 미치는 영향은 정량화하는 것이 매우 어렵다.

이에 본 발명에서는, 고조파를 억제하기 위해 이론적으로 요구되는 직경과 높이의 관계가 선형적인 점을 감안하여, 고조파를 억제하는 초크의 직경과 높이 데이터를 실험적으로 확보하고, 이로부터 초크의 내경과 높이의 관계를 선형적으로 유도함으로써, 실제 2고조파를 억제하기 위한 내경과 높이의 범위를 특정하는 것을 하나의 기술적 특징으로 한다.

[고조파 억제를 위한 초크의 치수 범위]

표 1은 본 발명에 따른 마그네트론의 금속관(60)에 설치된 초크의 내경(D)과 높이(H)에 따라 억제되는 고조파의 주파수를 마그네트론을 구현한 실험적 환경에서 얻어낸 데이터이다.

주파수(GHz)	초크 H (mm)
	D = 14mm	D = 13mm	D = 12mm
9.80	6.6	6.1	5.6
9.25	7.2	6.7	6.2
8.30	8.2	7.7	7.2
7.50	9.2	8.7	8.2
7.30	10.0	9.2	8.7
6.90	10.2	9.7	9.2
4.90	15.0	14.5	14.0

이들을 근거로 D와 H(도 2 참조)에 대한 선형 회귀분석(regression analysis)를 하면, 다음의 식을 얻을 수 있다.

주파수(Ghz) = 8.95 + 0.298D - 0. 571H

여기서 D와 H의 단위는 mm 이다.

위 실험 결과에 의해 도출된 위 식은 실험적 환경에서 실시하여 얻어진 데이터를 회귀분석하여 얻은 결과이기 때문에, 실제 2고조파의 억제를 위한 초크의 D와 H의 치수를 특정할 때 직접 적용하기에는 한계가 있다. 다만 D와 H의 선형적 관계는 실험적 환경과 실제 마그네트론 사이에 차이가 없으므로, 위 실험 결과로부터 억제 주파수에 따른 D와 H의 선형적 관계를 확인할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기 실험 결과를 회귀분석하여 도출된 D와 H의 선형적 관계를 활용하여, 실제 2고조파를 억제할 수 있는 D와 H의 범위를 아래와 같이 도출한다.

먼저, 마그네트론의 금속관(60)에, 직경(D)이 14mm이면서, 직경 14mm에 대응하여 이론적으로 결정되는 높이(H) 치수 근처에서 1mm 단위로 높이를 변경하면서 실제 실험을 하였고, 그 결과는 다음과 같다.

초크 높이 H (mm)	2고조파 저감효과 (dB)
14.2	6.1
14.3	5.0
14.4	-3.6
14.5	-7.1
14.6	-12.3
14.7	-5.0
14.8	-9.4
14.9	-5.8
15.0	-1.7
15.4	0.5

이러한 실험 결과를 그래프로 나타내면 도 3과 같다. 도 3은 직경 14.0mm인 2고조파 억제초크를 사용했을 때 초크의 길이 별로 측정된 2고조파 저감 효과를 나타낸 그래프이다.

이하 상기 데이터를 선형적으로 보간법을 사용하여 2고조파 억제 효과를 나타내는 H의 범위를 구한다.

먼저, 적어도 0dB 이하의 저감 효과를 보이는 H의 범위는 14.36 ~ 15.31 mm 이다.

다음으로, 실험적으로 저감 효과를 확인한 H의 범위는 14.4 ~ 15.0 mm 이다.

다음으로, 적어도 -5dB 이하의 저감 효과를 보이는 H의 범위는 14.44 ~ 14.92 mm 이다.

마지막으로, 적어도 -10dB 이하의 저감 효과를 보이는 H의 범위는 14.56 ~ 14.63 mm 이다.

도 4는 직경 14.0mm이고 높이가 14.6mm인 2고조파 억제초크의 주파수별 억제 효과를 나타낸 그래프이다. 그래프에는 직경 14.0mm이고 높이가 14.6mm인 2고조파 억제초크를 사용한 경우 4.9GHz에서 골이 형성됨을 확인할 수 있다.

앞서 표 1과 그 선형 회귀분석에 따르면, 동일한 주파수를 억제하기 위한 D와 H의 선형적 관계는

D : H = 0.571 : 0.298

임을 확인할 수 있다. 가령, 직경 D = 14.0mm이고 높이 H = 14.6mm인 2고조파 억제초크와 동일한 주파수인 4.9GHz를 억제하면서 직경이 1mm만큼 줄어든다면, 높이는 0.298/0.571만큼 줄어야 한다. 이러한 패턴을 일반화하여 수식적으로 표현하면 다음과 같다.

H₁ - (0.298/0.571)(14-D) ≤ H ≤ H₂ - (0.298/0.571)(14-D)

여기서 H₁과 H₂는 D가 14mm일 때 각각 H 범위의 하한과 상한이다.

다만, 본 발명에 따르면, 2고조파 억제 초크의 내경(D)의 범위는 한정이 요구된다. 가령 내경이 너무 작으면 안테나 리드와 거리를 유지할 수 없고, 5고조파 억제 초크의 5고조파 억제 효과를 저해할 가능성도 배제할 수 없다. 또한 내경이 너무 크면 금속관과 간섭되거나 길이(H)가 너무 길어져 버려 금속관을 컴팩트하게 구성할 수 있는 본 발명의 효과를 저해할 가능성이 있다. 아울러 위 실험의 내경 치수인 14mm에서 너무 멀리 벗어나면, 회귀분석의 D와 H에 대한 선형적 예측이 잘 부합하지 않을 가능성이 있다.

이에 본 발명에서는 위 표 2와 관련한 실험의 내경 치수에서 멀리 벗어나지 않도록 2고조파 억제 초크의 내경을 12mm ≤ D ≤ 15mm 로 규정한다. 다만 위 범위를 벗어난다 하더라도 2고조파 억제 효과는 변함이 없다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 전자레인지
10: 외장케이스
20: 도어
30: 캐비티
40: 마그네트론
51: 양극원통
52: 음극
53: 엔드실드
54: 외측스트랩
55: 내측스트랩
56: 자극편
57: 안테나 리드
58: 베인
60: 금속관
62: 반경방향 내향절곡부
63: 5고조파 억제초크
70: 2고조파 억제초크
72: 반경방향 외향절곡부
80: 출력부
81: 원통부
82: 배기관
83: 안테나 캡
90: 세라믹관

Claims (15)

1. 일측 단부가 개방된 양극 원통(51);
   길이방향의 제1단부가 상기 양극 원통의 개방 단부에 자극편(56)을 통해 밀봉 체결되는 금속관(60);
   상기 금속관(60)의 길이방향의 제2단부에 절연 연결되는 출력부(80);
   상기 양극 원통에서 나와 상기 금속관을 관통하여 상기 출력부까지 연장되는 안테나 리드(57);
   상기 금속관의 제2단부에서 반경방향으로 내향 절곡된 절곡부(62);
   상기 절곡부의 내측 단부에서 다시 금속관의 길이방향과 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 5고조파 억제 초크(63); 및
   상기 금속관의 내측에 설치되고 상기 5고조파 억제 초크(63)와 중첩 배치되는 2고조파 억제 초크(70);를 포함하고,
   상기 2고조파 억제 초크의 제1단부는 상기 양극 원통을 향해 개방되고, 상기 2고조파 억제 초크의 제2단부에는 반경방향으로 외향 절곡된 절곡부(72)가 구비되며, 상기 외향 절곡부(72)의 외측 가장자리의 직경은 상기 내향 절곡부(62)가 형성된 부분의 금속관(60)의 내경과 대응하여, 금속관(60)의 내경 부분이 2고조파 억제 초크(70)의 외향 절곡부(72)와 간섭되며 2고조파 억제 초크(70)의 위치를 규제하고, 이와 더불어 상기 외향 절곡부(72)가 상기 내향 절곡부(62)에 고정되고,
   상기 2고조파 억제 초크의 길이방향의 높이(H)와 상기 길이방향에 대한 반경 방향의 내측 직경(D)은
   12 ≤ D ≤ 15
   H₁ - (0.298/0.571)(14-D) ≤ H ≤ H₂ - (0.298/0.571)(14-D)
   의 관계를 만족하고,
   H₁=14.36, H₂=15.31인 마그네트론.
   (단, D와 H의 단위는 mm 임)
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   H₁=14.40, H₂=15.00인 마그네트론.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   H₁=14.44, H₂=14.92인 마그네트론.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   H₁=14.56, H₂=14.63인 마그네트론.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 음식물을 조리하는 공간인 캐비티;
    상기 캐비티의 외부에 마련되며, 상기 캐비티 내부에 고주파를 발진하는 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 마그네트론;
    상기 캐비티와 마그네트론을 수용하는 외장케이스; 및
    상기 캐비티를 개폐하는 도어;를 포함하는 전자레인지.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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