KR19980011795U - 마그네트론의 안테나구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 마그네트론의 안테나구조에 관한 것으로, 압착부재에 의해 안테나의 상단과 하단의 중심부분으로부터 소정구간(10.0mm)에 상응하는 부분(A부분)이 변경되는데, 상세하게는 안테나의 정면에서 안테나를 볼 때 안테나의 A부분이 축소되고, 안테나의 측면에서 안테나를 볼 때 안테나의 A부분이 확장되어 마그네트론과 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스가 변화되므로써, 안테나의 중심측으로부터 소정구간에 상응하는 부분의 안테나의 두께를 변형하여 마그네트론가 전자렌지의 캐비티와의 임피던스를 변화시킬 수 있으므로, 임피던스 매칭을 위한 제조공정을 간단하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 마그네트론의 효율을 증진시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

마그네트론의 안테나구조

본 고안은 마그네트론에 관한 것으로, 특히 마그네트론과 전자렌지 캐비티와의 임피던스를 매칭시키는 데에 적합한 마그네트론의 안테나구조에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네트론이란 외부로부터 제공되는 고전압에 의해 초구주파를 발생하는 것으로서, 의료용, 전자렌지용, 기타 가열용에 사용되는 2450MHz의 고주파를 발생하는 마그네트론과 공업용 가열렌지, 연속파 레이다에 사용되는 915MHz의 고주파를 발생하는 마그네트론으로 구분되는데, 본 고안은 전자렌지에 사용되는 마그네트론에 관련된다.

한편, 도 1은 종래의 통상적인 마그네트론의 구조를 나타내는 단면도이다.

동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 동파이프 등에 의해 원통형상으로 형성된 양극체(6)의 내부에는 고주파 성분을 유기시키도록 공동공진기를 형성하는 복수개의(일반적으로, 짝수개임) 양극베인(8)이 축심방향을 향하여 동일한 간격으로 배치되어 있고, 이러한 양극체(6)와 양극베인(8)에 의해 양극부가 구성된다.

또한, 작용공간(10) 내에는 텅스켄(W)과 산화토륨(ThO₂)의 혼합물로 형성되어 나선형상으로 권선된 필라멘트(12)가 양극체(6)와 동축형상으로 배치되어 있고, 이러한 필라멘트(12)는 외부로부터 제공되는 동작전류에 의해 가열되어 열전자를 방출한다.

한편, 필라멘트(12)의 양단부에는 방출된 열전자가 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 상부 및 하부실드햇(14, 16)이 각각 고착되어 있는데, 하부실드햇(16)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 제 1 필라멘트전극(20)이 중앙부에 형성된 관통구멍을 통해서 상부실드햇(14)의 하단부에 용접고착되어 있고, 하부실드햇(16)의 바닥면에는 몰리브덴제의 제 2 필라멘트전극(22)이 용접고착되어 있다.

여기에서, 제 1 및 제 2 필라멘트전극(20, 22)은 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹(18)에 형성된 관통구멍을 통해 전원단자(28, 30)에 접속되어 있는 제 1 및 제 2 외부접속단자(24, 26)에 전기적으로 접속되어 필라멘트(12)에 전류를 공급하는 캐소드지지대이고, 제 1 필라멘트전극(20)은 필라멘트(12)의 중심축을 관통하면서 상부실드햇(14)을 지지한다.

또한, 양극체(6)의 양측개구부에는 필라멘트(12)와 양극베인(8)에 간의 작용공간(10) 내에 자속을 균일하게 형성하도록 자로를 형성하는 상부 및 하부폴피스(32, 34)가 용접고착되어 있는데, 이러한 상부 및 하부폴피스(32, 34)는 깔대기형상의 자성체이다.

그리고, 상부 및 하부폴피스(32, 34)의 상하부에는 상부 및 하부실드컵(36, 38)이 각각 밀착되어 용접고착되어 있고, 상부 및 하부실드컵(36, 38)의 상하부에는 양극체(6)의 내부를 진공상태로 밀봉하기 위하여 안테나세라믹(40) 및 절연세라믹(18)이 밀착되어 용접고착되어 있다.

또한, 마그네트론의 출력부를 구성하는 상부실드컵(36)의 상부개구단부에는 후술된 안테나캡(42)을 절연시키는 원통형상의 안테나세라믹(40)이 접합되어 있고, 안테나세라믹(40)의 상부측 선단부에는 구리물질인 배기관(44)이 접합되어 있으며, 배기관(44)의 내측 중앙부에는 공동공진기 내에서 발진되는 고주파를 출력하기 위해 안테나(46)가 구비되는데, 이러한 안테나(46)은 양극베인(8)으로부터 도출되며, 상부폴피스(32)의 중앙부를 통해 관통되어 축상으로 연장되면서 그 끝부분이 배기관(44) 내에 고정되어 있다.

그리고, 배기관(44)의 외측면에는 배기관(44)의 용접고착부를 보호하고, 전계집중으로 발생되는 스파크를 방지하며, 고주파 안테나의 역할을 하고, 고주파를 외부로 출력하는 창(Window)역할을 하는 안테나세라믹(40)과 안테나캡(42)이 씌워져 있다.

상기한 바와 같은 구성부재로 이루어진 마그네트론의 동작과정은 하기와 같다.

먼저, 외부전원이 전원단자(28, 30)를 통해 제 1 및 제 2 외부접속단자(24, 26)로 제공되면, 제 1 외부접속단자(24), 제 1 필라멘트전극(20), 상부실드햇(14), 필라멘트(12), 하부실드햇(16), 제 2 필라멘트전극(22), 제 2 외부접속단자(26)로 이루어지는 폐회로가 구성되어 필라멘트(12)에 동작전류가 공급된다.

그 다음, 필라멘트(12)로 제공되는 동작전류에 의해 필라멘트(12)가 가열되어 필라멘트(12)로부터 열전자가 방출되고, 방출된 열전자에 의한 전자군이 형성된다.

이때, 제 2 필라멘트전극(22)과 양극부(즉, 양극체(6)와 양극베인(8)에 인가되는 구동전압에 의해 필라멘트(12)와 양극베인(8) 간의 작용공간(10) 내에는 강한 전계가 형성되고, 마그네트A(2)와 마그네트K(4)에 의해 발생된 자계가 하부폴피스(34)를 따라 작용공간(10) 쪽으로 인도되어 작용공간(10)을 통해 상부폴피스(32)로 진행하면서 작용공간(10) 내에 높은 자계가 형성된다.

따라서, 필라멘트(12)로부터 작용공간(10)으로 방출된 열전자로 형성되는 전자군이 작용공간(10) 내에 형성된 강한 전계 및 높은 자계에 의해 양극부(양극체(6)와 양극베인(8)) 방향으로 나선형의 회전운동을 하면서 진행되고, 전자군의 이러한 운동은 작용공간(10)의 모든 공간에서 이루어진다.

따라서, 양극베인(8)과 공동공진기와의 구조적인 공진회로에 따라 열전자들로 형성된 전자군이 양극부(양극체(6)와 양극베인(8)) 방향으로 반복적으로 진행되면서, 전자군이 회전하는 속도에 상응하는 공진주파수인 2450MHz의 고주파가 양극베인(8)으로부터 유기된다.

그 다음, 양극베인(8)으로부터 유기된 고주파(2450MHz)가 안테나(46)를 통해 배기관(44)으로 전송되고, 웨이브 가이드(Wave Guide)를 통해 전자렌지로 제공된 다음, 분산장치를 통해 전자렌지의 캐비티(Cavity)로 제공되어 캐비티 내의 음식물의 분자들이 초단 24억 5천만번 정도 진동되면서 발생되는 마찰열에 의해 음식물이 조리된다.

한편, 마그네트론과 전자렌지 캐비티와의 임피던스 매칭이 되지 않을 경우, 마이크로파 에너지의 출력효율이 떨어지거나 안정된 특성을 유지하지 못하고, 전자렌지 캐비티 내부로 전달되는 열에너지의 효율, 즉 마그네트론의 효율이 저하된다. 결과적으로, 전자렌지 캐비티 내부로 방사되는 마이크로파에 안정된 주파수 공급을 가져오지 못하고, 고조파 특성이 불안정한 결과를 가질 수 있으며, 효율이 떨어지거나 조리가 되지 않는다.

상기한 바와 같은, 마그네트론과 전자렌지 캐비티의 임피던스를 맞추기 위해 종래기술에서는, 전자렌지의 캐비티형상을 변형시키거나, 마그네트론의 안테나(46) 끝단과 마주하는 도파관면과의 거리를 변경하고, 또는 마그네트론 양극체(6) 및 양극베인(8)을 변경하는 방법을 이용하여 마그네트론과 전자렌지의 캐비티의 임피던스를 맞추었다.

그러나, 마그네트론과 전자렌지의 캐비티와의 임피던스를 맞추기 위해 종래기술에서는, 전자렌지의 캐비티형상을 변형시키거나, 마그네트론의 안테나(46) 끝단과 마주하는 도파관면과의 거리를 변경하고, 또는 마그네트론 양극체(6) 및 양극베인(8)을 변경하는 방법을 이용하여 마그네트론과 전자렌지의 캐비티의 임피던스를 맞추었다.

그러나, 마그네트론과 전자렌지의 캐비티와의 임피던스를 맞추기 위해 상기한 방법을 이용하는 경우, 마그네트론 제작공정의 많은 변경 등이 필요하게 되어 마그네트론과 전자렌지 캐비티와의 임피던스를 매칭시키기에 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 재료비가 상승되는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 마그네트론의 안테나구조를 변경하여 마그네트론과 전자렌지의 캐비티간의 임피던스를 매칭시킬 수 있는 마그네트론의 안테나구조를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 마그네트론과 전자렌지의 캐비티와의 임피던스를 매칭시키기 위한 마그네트론의 안테나구조에 있어서, 상기 안테나의 상단과 하단의 중심으로부터 소정구간에 상응하는 부분의 형상을 변경하여 상기 마그네트론과 상기 캐비티 간의 임피던스를 매칭시키는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조를 제공한다.

도 1은 통상의 전형적인 마그네트론의 단면도를 도시한 도면,

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론의 안테나구조를 설명하기 위한 도면

도 3는 종래의 마그네트론의 안테나구조의 임피던스 콜드테스트 챠트 및 본 고안에 따른 안테나구조의 임피던스 콜드테스트 챠트를 비교 설명하기 위한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 : 마그네트A4 : 마그네트K

6 : 양극체8 : 양극베인

10 : 작용공간12 : 필라멘트

(14, 16) : 실드햇18 : 절연세라믹

(20, 22) : 필라멘트전극(24, 26) : 외부접속단자

(28, 30) : 전원단(32, 34) : 폴피스

(36, 38) : 실드컵40 : 안테나세라믹

42 : 안테나캡44 : 배기관

46 : 안테나

본 고안의 상기 및 기타 목적와 여러 가지 장점은 이 기술분야의 숙련자에 의해 첨부되는 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 고안의 바람직한 실시예를 통해 더욱 확실하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 마그네트론의 안테나구조를 도시한 도면이다.

먼저, 마그네트론의 공진시에 마그네트론과 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스를 매칭시키기 위한 방법은, 여러 가지가 있는데, 그 중 가장 큰 변수는 안테나(46)로서, 보다 상세하게는 안테나(46)의 길이, 두께, 형상 및 안테나(46)와 마주하는 면과의 거리가 마그네트론과 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스를 매칭시키는 데에 가장 큰 변수로 작용된다.

그 중에서도 특히, 안테나(46)의 중심부분으로부터 소정구간(도 2의 (a)에 도시된 A부분)의 안테나(46)의 형상변경, 예를 들면, 상부실드컵(36)이 위치한 구간의 안테나(46)의 두께(일반적으로, 2.7mm임)변경이 마그네트론과 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스를 변화시키는 큰 변수로 작용된다.

따라서, 압축부재를 이용하여 안테나(46)의 중심부분(A)으로부터 소정구간(바람직하게는, 안테나(46)의 중심으로부터 상하 5mm, 즉 10.0mm)에서 그 두께(2.7mm)를 소정두께(바람직하게는, 1.8 내지 2.2mm)를 갖도록 안테나(46)의 측면을 압착하게 되면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 안테나(46)의 정면에서 안테나(46)를 볼 때, 안테나(46)의 중심부분(A부분)으로부터 소정구간(10.0mm)의 두께(2.7mm)가 1.8 내지 2.2mm의 두께로 축소된다.

이때, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 안테나(46)의 측면에서 안테나(46)를 볼 때, 안테나(46)의 중심부분(A부분)으로부터 소정구간(10.0mm)의 두께(2.7mm)는 소정두께(바람직하게는, 3.25 내지 3.45mm)로 확장된다.

한편, 콜드테스트 장비(예를 들명, 네트워트 애널라이저)를 이용하여, 각 포지션에 각각 설정된 소정주파수(일예로서, 1 포지션(△1)은 2.44GHz, 2포지션(△2)은 2.45GHz, 3 포지션(△3)dms 2.46GHz, 4 포지션(△4)은 2.47GHz)로써, 종래의 통상적인 안테나구조를 갖는 마그네트론과 본 고안에 따른 안테나구조를 갖는 마그네트론의 임피던스 콜드테스트 챠트는, 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3을 참조하면 알 수 있듯이, 종래의 통상적인 안테나구조를 갖는 마그네트론에 비해 본 고안에 따른 안테나구조를 갖는 마그네트론의 임피던스 콜드테스트가 동심원의 중심측으로 쏠려 있다(통상적으로, 콜드테스트 결과 동심원의 중심축으로 쏠려있는 경우가 출력이 좋음).

상술한 바와 같이, 압착부재에 의해 안테나(46)의 상단과 하단의 중심부분으로부터 소정구간(10.0mm)에 상응하는 부분(A부분)의 두께가 변경되어, 상세하게는 안테나(46)의 정면에서 안테나(46)를 볼 때 안테나(46)의 A부분이 축소되고, 안테타(46)의 측면에서 안테나(46)를 볼 때 안테나(46)A부분이 확장도어 마그네트론가 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스가 변화된다.

한편, 본 고안의 실시예에서는 안테나(46)의 두께를 변경하므로써, 마그네트론과 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스를 변경하는 것에 대하여 주로 설명하였으나, 이 기술분야의 숙련자는 안테나(46)의 길이, 안테나(46)와 상부실드컵(36) 간의 거리를 변경하므로써, 마그네트론과 전자렌지의 캐비티 간의 임피던스를 변경할 수도 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 고안을 이용하면, 안테나(46)의 중심측으로부터 소정구간에 상응하는 부분의 안테나(46)의 형상을 변형하여 마그네트론과 전자렌지의 캐비티와의 임피던스를 변화시킬 수 있으므로, 임피던스 매칭을 위한 제조공정을 간단하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 마그네트론의 효율을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 마그네트론과 전자렌지의 캐비티와의 임피던스를 매칭시키기 위한 마그네트론의 안테나구조에 있어서, 상기 안테나의 상단과 하단의 중심으로부터 소정구간에 상응하는 부분의 형상을 변경하여 상기 마그네트론과 상기 캐비티 간의 임피던스를 매칭시키는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나의 형상변경은, 상기 소정구간에 상응하는 부분에서의 상기 안테나 두께를 변경하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나의 두께는, 그 일측방향으로 제 1 소정두께로 축소되고, 타측방향으로 제 2 소정두께로 확장되도록 압축변경하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 소정두께는, 상기 안테나의 두께가 2.7mm인 경우, 1.8 내지 2.2mm인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 2 소정두께는 상기 안테나의 두께가 2.7mm인 경우, 3.25 내지 3.45mm인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 소정구간은, 상기 안테나의 중심으로부터 상하로 5mm인 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나의 형상변경은, 상기 안테나의 길이를 변경하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나의 형상변경은, 상기 안테나와 상기 마그네트론의 상부실드컵 간의 거리를 변경하는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 안테나구조.