KR19980011650U - 마그네트론의 안테나구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 안테나구조를 개선하여 높은 효율을 갖는 마그네트론의 안테나구조에 관한 것으로써, 열전자를 방출하는 필라멘트(17)와, 자속을 발생하는 마그네트(41,43)와, 상기 마그네트(41,43)에서 발생된 자속을 유도하는 폴피스(33,35)와, 상기 마그네트(41,43)에서 귀환되는 자속을 연결하는요우크(53,55)와, 마이크로파를 발생하도록 다수의 베인(15)이 배치된 양극통체(13)와, 상기 베인(15)과 필라멘트(17)사이에 형성된 작용공간(12)과, 상기 작용공간(12)내에 운동하는 전자와 상호작용으로 rf전자계를 형성하는 공진기(10)로 구성된 마그네트론에 있어서, 상기 베인(15)내에 유기된 고주파 에너지를 외부로 유도하도록 2개이상의 안테나를 대칭구조로 형성한 것으로, 공진기와 안테나의 커플링을 향상시켜 고주파 에너지의 외부전달을 최대로 하여 마그네트론의 효율을 높일 수 있다.

Description

마그네트론의 안테나구조

제 1도는 종래에 의한 마그네트론의 종단면도,

제 2도는 제 1도의 A-A선의 단면도,

제 3도는 본 고안의 일실시예에 의한 마그네트론의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

13 : 양극통체15 : 베인

16 : 작용공간17 : 필라멘트

18 : 에미터20,21 : 상부 및 하부실드햇

23 : 제 1필라민트전극25 : 제 2필라멘트전극

27 : 절연세라믹29, 31 : 외부접속단자

33, 35 : 상부 및 하부폴피스37, 39 : 상부 및 하부실드컵

41, 43 : 마그네트45 : 안테나세라믹

47 : 배기관49 : 안테나

51 : 안테나캡53,55 : 상부 및 하부요우크

57 : 냉각핀

본 고안은 전자렌지 등의 마이크로파 가열기기에 사용되는 마그네트론에 관한 것으로, 특히 안테나구조를 개선하여 높은 효율을 갖는 마그네트론의 안테나구조에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 마그네트론은 제 1도 및 제 2도에 도시한 바와같이, 동파이프등에 의해 원통형상으로 형성된 양극통체(13)의 내부에는 고주파 성분을 유기시키도록 복수개의 공진공동을 형성하는 다수(짝수)개의 베인(15)이 축심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고, 이들 양극통체(13)와 베인(15)에 의해 양극부를 구성한다.

그리고, 상기 베인(15)의 선단부측 근처에는 상하부에 각각 캐패시턴스를 변화시켜 일정한 공진주파수를 얻도록 내측 및 외측균압링(15a, 15b)이 상기 베인(15)을 하나 걸러서 각각 접속배치되어 있고, 상기 양극통체(13)의 중심축상 근처에는 상기 다수개의 베인(15)의 선단부와 필라멘트(17)사이에 작용공간(12)이 형성되어 있다.

상기 작용공간(12)내에는 고열을 발생하도록 텅스텐(W)과 산화토륨(ThO2)을 혼합소결시켜 나선형상으로 권회한 필라멘트히터(17:이하, 필라멘트라 한다)가 상기 양극통체(13)와 동축현상으로 배치되어 있다.

상기 필라멘트(17)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 손실전류인 열전자자 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하도록 상부 및 하부실드햇(20,21)이 고착되어 있고, 상기 하부실드햇(21)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 제 1필라멘트전극(23)이 상기 중앙부에 형성된 관통구멍을 통해서 상기 상부실드햇(20)의 하단부에 용접고착되어 있으며, 상기 하부실드햇(21)의 바닥면에는 몰리브덴제의 제 2필라멘트전극(25)이 용접고착되어 있다.

여기에서, 상기 제 1필라멘트전극(23)은 상기 필라멘트(17)의 중심축을 관통하면서 상기 상부실드햇(20)을 지지하고, 상기 제 1 및 제 2필라멘트전극(23,25)은 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹(27)에 형성된 관통구멍을 통해 도시되지 않은 전원단자에 접속되어 있는 제 1 및 제 2 외부접속단자(29,31)에 전기적으로 접속되어 상기 필라멘트(17)에 전류를 공급하는 캐소드지지대이다.

또한, 상기 양극통체(13)의 양측개구부에는 상기 필라멘트(17)와 베인(15)에 의해 형성되는 작용공간(12)내에 균일하게 지속을 형성하도록 자로를 형성하는 자성체인 깔대기형상의 상부 및 하부폴피스(33,35)가 용접고착되어 있다.

상기 상부 및 하부폴피스(33,35)의 상하부에는 상부 및 하부실드컵(shield cup;37,39)이 각각 기밀하게 용접고착되어 있고, 상기 상부 및 하부실드컵(37,39)의 상하부에는 상기 양극통체(13)의 내부를 진공으로 밀봉하기 위하여 안테나세라믹(45) 및 절연세라믹(27)이 기밀하게 용접고착되어 있다.

또, 마그네트론의 출력부를 구성하는 상기 상부실드컵(37)의 상부개구단부에는 후술하는 안테나캡을 절연시키는 원통형상의 안테나세라믹(45)이 접합되어 있고, 상기 안테나세라믹(45)의 상부측 선단부에는 동으로 이루어진 배기관(47)이 접합되어 있으며, 상기 배기관(47)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 고주파를 출력하도록 상기 베인(15)으로부터 도출된 안테나(49)가 상기 상부폴피스(33)의 관통구멍을 통과하여 축상으로 연장되면서 상기 안테나(49)의 끝이 상기 배기관(47)내에 고정되어 있다.

그리고, 상기 배기관(47)의 외측면에는 상기 배기관(47)의 용접고착부를 보호함은 물론, 전계집중에 의한 스파크방지 및 고주파안테나의 작용을 함과 동시에 고주파 출력을 외부로 내보내는 창(window)역할을 하는안테나세라믹(45)과 그 위에 안테나캡(51)이 씌워져 있다.

상기와 같이 구성되 마그네트론에 있어서, 먼저, 제 1 및 제 2 외부접속단자(29,31)를 통해 전원이 인가되면, 상기 제 1외부접속단자(29)→ 제 1필라멘트전극(23)→ 상부실드햇(20)→ 필라멘트(17)→ 하부실드햇(21)→ 제 2필라멘트전극(25)→ 제 2외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

상기 필라멘트(17)가 가열되어 고온상태가 되면, 작용공간(12)내로 열전자를 방출하기 시작한다.

이때, 상기 제 2 필라멘트전극(25)과 양극에 인가된 구동전압에 의해 필라멘트(17)의 바깥표면과 베인(15)사이의 작용공간(12)내에 강한 전계가 형성되고, 이 강한 전계는 베인(15)에서 출발하여 필라멘트(17)로 이른다.

한편, 도시되지 않은 마그네트로부터 발생한 자속은 하부폴피스(33)를 따라 작용공간(12)쪽으로 인도되고, 작용공간(12)을 통해 상부폴피스(33)로 진행하면서 작용공간(12)내에 높은 자속밀도를 형성한다.

따라서, 고온의 필라멘트(17) 표면으로부터 작용공간(12)으로 방출되는 열전자는 작용공간(12)내에 존재하는 강한 전계에 의해 베인(15) 또는 양극통체(13)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간(12)내에 존재하는 강한 자속밀도에 의해 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 전자가 양극쪽으로 진행함에 따라 원운동을 한다.

이러한 전자의 운동은 모든 작용공간(14)에서 이루어져 베인(15)과 공진기(10)와의 구조적 공진회로에 따라 전자들이 전자군을 형성하면서 높은 전위인 베인(15)으로의 진행을 반복적으로 수행하여 상기 베인(15)에는 전자군이 회전하는 속도에 대응하는 공진주파수인 2450㎒대(기본파) 고주파가 유기된다.

전자펜지용 마그네트론에 있어, 베인(15)의 수는 보통 10~12개이다.

이때에, 각가의 베인(15)에 유기된 고주파 에너지를외부로 방출하기위해서는 상하 각각 2개씩의 균압링(15a,15b)을 사용하여 베인(15)에 연결된 하나의 안테나(49)와 공진기(10)와의 커플링이 양호해야 한다.

그런데, 종래 마그네트론에 있어서는, 안테나(49)가 비대칭구조이기 때문에 안테나(49)가 위치한 양쪽 공진기(10)와는 커플링이 좋으나 안테나(49)가 고정되는 접점부위와 멀어질수록 커플링이 떨어져 안테나(49)를 통해 외부로 유도되는 고주파효율이 떨어진다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 본 고안의 목적은 2개이상의 안테나를 대칭구조를 만들어 공진기와 안테나의 커플링을 향상시킴으로써 고주파에너지의 외부전달을 최대로 하여 마그네트론의 효율을 높일 수 있는 마그네트론의 안테나구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 마그네트론은 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트로부터 방출되는 전자를 편향하여 회전운동을 유지하도록 자속을 발생하는 마그네트와, 상기 마그네트에서 발생된 자속을 유지하도록 자로를 형성하는 폴피스와, 상기 마그네트에서 귀환되는 자속을 연결하도록 자속량을 결정하는 요우크와, 상기 필라멘트를 외측에서 둘러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수개의 베인이 배치된 양극통체와, 상기 베인과 필라멘트사이에 형성된 작용공간과, 상기 베인과 필라멘트사이에 형성된 작용공간과, 상기 작용공간내에 운동하는 전자와 상호작용으로 rf전자계를 형성하는 공진기와, 상기 필라멘트에 전원을 공급하는 필라멘트전극으로 구성된 마그네트론에 있어서, 상기 베인내에 유기된 고주파 에너지를 외부로 유도하도록 2개이상의 안테나를 대칭구조로 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 붙인다.

제 3도에 도시한 바와같이, 동파이프등에 의해 원통형상으로 형성된 양극통체(13)의 고주파 성분을 유기시키도록 복수개의 공진공동을 형성하는 다수(10~12)개의 베인(15)이 축심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고, 이들 양극통체(13)와 베인(14)에 의해 양극부를 구성한다.

그리고, 상기 양극통체(13)의 중심축상 근처에는 상기 다수개의 배인(15)의 선단부와 필라멘트(17)사이에 작용공간(12)이 형성되어 있고, 상기 작용공간(12)내에는 고열을 발생하도록 텅스텐(W)과 산화토륨(ThO₂)을 혼합소결시켜 나선형상으로 권회한 필라멘트히터(17:이하, 필라멘트라 한다)가 상기 양극통체(13)와 동축현상으로 배치되어 있다.

상기 필라멘트(17)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 손실전류인 열전자자 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하도록 상부 및 하부실드햇(20,21)이 고착되어 있고, 상기 하부실드햇(21)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 제 1필라멘트전극(23)이 상기 중앙부에 형성된 관통구멍(22)을 통해서 상기 상부실드햇(20)의 하단부에 용접고착되어 있으며, 상기 하부실드햇(21)의 바닥면에는 몰리브덴제의 제 2필라멘트전극(25)이 용접고착되어 있다.

상기 제 1필라멘트전극(23)은 상기 필라멘트(17)의 중심축을 관통하면서 상기 상부실드햇(20)을 지지하고, 상기 제 1 및 제 2필라멘트전극(23,25)은 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹(27)에 형성된 관통구멍을 통해 전원단자(30b,32b)에 접속되어 있는 제 1 및 제 2 외부접속단자(29,31)에 전기적으로 접속되어 상기 필라멘트(17)에 전류를 공급한다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2외부접속단자(29,31)에는 쵸크코일(30,32)의 일단부가 전기적으로 접속되어 있고, 상기 쵸크코일(30,32)의 타단부는 박스필터의 측벽부에 배설되어 있는 캐패시터(34)와 접속되어 있으며, 상기 쵸크코일(30,32)내에는 노이즈를 흡수하는 페라이트(30a,32a)가 상기 쵸크코일(30,32)의 길이방향을 따라 삽입고정되어 있다.

또한, 상기 양극통체(13)의 양측개구부에는 상기 필라멘트(17)와 베인(15)에 의해 형성되는 작용공간(12)내에 균일하게 자속을 형성하도록 자로를 형성하는 자성체인 깔대기형상의 상부 및 하부폴피스(33,35)가 용접고착되어 있다.

상기 상부 및 하부폴피스(33,35)의 상하부에는 상부 및 하부실드컵(37,39)이 각각 기밀하게 용접고착되어 있고, 상기 상부 및 하부실드컵(37,39)의 상하부에는 상기 양극통체(13)의 내부를 진공으로 밀봉하기 위하여 안테나세라믹(45) 및 절연세라믹(27)이 기밀하게 용접고착되어 있다.

또, 상기 상부 및 하부폴피스(37,39)의 외측면에는 상기 양극통체(13)내에 일정한 자계분포를 유지하도록 링형상의 마그네트(41,43)가 배치되어 있고, 마그네트론의 출력부를 구성하는 상기 상부실드컵(37)이 상부개구부단에는 후술하는 안테나캡을 절연시키는 원통형상의 안테나세라믹(45)이 접합되어 있다.

또한 도면에 있어서, 상기 안테나세라믹(45)의 상부측 선단부에는 동으로 이루어진 배기관(47)이 접합되어 있고, 상기 배기관(47)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 고주파를 출력하도록 상기 베인(15)으로부터 도출된 2개 이상의 안테나(48)가 상기 상부폴피스(33)의 관통구멍을 통과하여 대칭구조를 형성하면서 상기 안테나(48)으 끝이 상기 배기관(47)내에 고정되어 공진기(10)와 안테나(48)와의 커플링(coupling)을 향상시킨다.

그리고, 상기 배기관(47)의 외측면에는 상기 배기관(47)의 용접고착부를 보호함은 물론, 전계집중에 의한 스파크방지 및 고주파안테나의 작용을 함과 동시에 고주파 출력을 외부로 내보내는 창(window)역할을 하는 안테나세라믹(45)과 그 위에 안테나캡(51)이 씌워져 있다.

또, 상기 양극통체(13)의 외부에는 귀환되는 자속을 연결하기 위해 상기 양측통체(13)내에 자속량을 결정하는 상부 및 하부요우크(53,55)가 설치되어 있고, 상기 양극통체(13) 및 하부요우크(55)사이에는 복수개의 알루미늄 냉각핀(57)이 상기 양극통체(13) 및 하부요우크(55)에 고정된 클램프부재(55a)에 의해 감합배치되어 상기 마그네트(41,43)와 함께 자로 형성용 상부 및 하부요우크(53,55)에 의해 덮여 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 마그네트론의 안테나구조의 작용효과를 설명한다.

먼저, 제 1 및 제 2 외부접속단자(29,31)를 통해 전원이 인가되면, 상기 제 1외부접속단자(29)→ 제 1필라멘트전극(23)→ 상부실드햇(20)→ 필라멘트(17)→ 하부실드햇(21)→ 제 2필라멘트전극(25)→ 제 2외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

상기 필라멘트(17)가 가열되어 고온상태가 되면, 작용공간(12)내로 열전자를 방출하기 시작한다.

이때, 상기 제 2 필라멘트전극(25)과 양극에 인가된 구동전압에 의해 필라멘트(17)의 바깥표면과 베인(15)사이의 작용공간(12)내에 강한 전계가 형성되고, 이 강한 전계는 베인(15)에서 출발하여 필라멘트(17)로 이른다.

한편, 두 개의 마그네트(41,43)로부터 발생한 자속은 하부폴피스(33)를 따라 작용공간(12)쪽으로 인도되고, 작용공간(12)을 통해 상부폴피스(33)로 진행하면서 상부요우크(53), 하부요우크(55), 상부폴피스(33), 하부폴피스(35) 및 작용공간(12)으로 이루어지는 자기회로내에 분포하여 작용공간(12)내에 높은 자속밀도를 형성한다.

따라서, 고온의 필라멘트(17) 표면으로부터 작용공간(12)으로 방출되는 열전자는 작용공간(12)내에 존재하는 강한 전계에 의해 베인(15) 또는 양극통체(13)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간(12)내에 존재하는 강한 자속밀도에 의해 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 전자가 양극쪽으로 진행함에 따라 원운동을 한다.

이러한 전자의 운동은 모든 작용공간(14)에서 이루워져 베인(15)과 공진기(10)와의 구조적 공진회로에 따라 전자들이 전자군을 형성하면서 높은 전위인 베인(15)으로의 진행을 반복적으로 수행하여 상기 베인(15)에는 전자군이 회전하는 속도에 대응하는 공진주파수인 2450㎒대(기본파) 고주파가 유기된다.

이때에, 각각의 베인(15)에 유기된 고주파 에너지를 외부로 최대한 방출하기위해서는 모든 공진기(10)와 안테나(48)와의 커플링이 양호해야 한다.

이에, 본 고안에서는 두 개이상의 안테나를 대칭구조로 만든 대칭형 안테나(48)를 사용하여 전체 공진기(10)와 안테나(48)와의 전계커플링을 최대로 향상시킴으로써 안테나(48)를 통해 외부 즉, 전자렌지의 캐비티내로 전달되는 고주파에너지를 최대로 실현할 수 있다.

상기의 설명에서와 같이 본 고안에 의한 마그네트론의 안테나구조에 의하면, 2개이상의 안테나를 대칭구조로 만들어 공진기와 안테나의 커플링을 향상시킴으로써 고주파에너지의 외부전달을 최대로 하여 마그네트론의 효율을 높일 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (2)

1. 열전자를 방출하는 필라멘트(17)와, 상기 필라멘트(17)로부터 방출되는 전자를 편향하여 회전운동을 유지하도록 자속을 발생하는 마그네트(41,43)와, 상기 마그네트(41,43)에서 발생된 자속을 유지하도록 자로를 형성하는 폴피스(33,35)와, 상기 마그네트(41,43)에서 귀환되는 자속을 연결하도록 자속량을 결정하는 요우크(53,55)와, 상기 필라멘트(17)를 외측에서 둘러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수개의 베인(15)이 배치된 양극통체(13)와, 상기 베인(15)과 필라멘트(17)사이에 형성된 작용공간(12)과, 상기 작용공간(12)내에 운동하는 전자와 상호작용으로 rf전자계를 형성하는 공진기(10)와, 상기 필라멘트(17)에 전원을 공급하는 필라멘트전극(23,25)으로 구성된 마그네트론에 있어서,

   상기 베인(15)내에 유기된 고주파 에너지를 외부로 유도하도록 2개이상의 안테나를 대칭구조로 형성한 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
2. 상기 안테나(48)는 상기 공진기(10)와의 전계커플링을 향상시켜 상기 베인(15)내에 유기된 고주파 에너지를 효율적으로 외부로 전달하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.