KR19990008919U - 고주파 발진장치의 안테나 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고주파 발진장치의 안테나 결합구조에 관한 것으로, 상부플레이트에 형성된 제1베인과 하부플레이트에 형성된 제2베인이 인터디지탈 방식으로 체결되고, 인덕턴스성분을 증가시키기 위해 상기 상하부 플레이트에 부채꼴형상의 홈이 각각 형성되어 서로 일치되도록 체결되며, 음극으로부터 방출된 열전자와 양극 내의 공진기와의 상호작용으로 인해 고주파를 유기시켜 안테나를 통해 외부로 방출하는 고주파 발진장치에 있어서, 상기 상부플레이트의 소정부분에는 상기 안테나의 둘레 보다 큰 관통홀이 형성되고, 상기 하부플레이트의 내측에는 결합부가 형성되며, 상기 안테나가 상기 상부플레이트에 형성된 관통홀을 관통하여 상기 하부플레이트의 내측면에 형성된 결합부에 결합되어, 공진기의 외형크기를 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양질의 고주파를 외부로 방출시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

고주파 발진장치의 안테나 결합구조

본 고안은 저전압에서 안정된 동작특성을 유지하면서 높은 효율과 출력을 갖는 고주파 발진장치의 안테나 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로, 고주파 발진장치란 외부로부터 제공되는 고전압에 의해 초고주파를 발생하는 것으로서, 의료용, 전자렌지용, 기타 가열용에 사용되는 2450MHz의 고주파를 발생하는 고주파 발진장치와 공업용 가열렌지, 연속파 레이다에 사용되는 915MHz의 고주파를 발생하는 고주파 발진장치로 구분된다.

한편, 종래의 통상적인 고주파 발진장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와같이, 동파이프 등에 의해 원통형상으로 형성된 양극몸체(13)의 내부에는 고주파 성분을 유기시키도록 복수개의 공동공진기를 형성하는 다수(통상적으로, 짝수개임)개의 베인(15)이 중심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고, 이들 양극몸체(13)와 베인(15)에 의해 양극(16)이 형성된다.

그리고, 베인(15)의 선단부측에는 상하부에 각각 캐패시턴스를 변화시켜 일정한 공진주파수를 얻기 위해 내측 및 외측균압링(15a, 15b)이 베인(15)을 하나 걸러서 각각 접속되어 있고, 양극몸체(13)의 중심축 근처에는 다수개의 베인(15)의 선단부와 필라멘트(17) 사이에 작용공간(12)이 형성되어 있다.

또한, 작용공간(12)내에는 고열을 발생하도록 텅스텐(W)과 산화토륨(ThO₂)을 혼합소결시켜 나선형상으로 권회된 필라멘트(17)가 양극몸체(13)와 동축형상으로 배치되어 있다.

한편, 필라멘트(17)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 열전자가 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하기 위해 상부 및 하부엔드햇(20, 21)이 고착되어 있고, 하부엔드햇(21)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 제1캐소드지지대(23)가 관통구멍을 통해 상부엔드햇(20)의 하단부에 용접고착되어 있으며, 하부엔드햇(21)의 바닥면에는 몰리브덴제의 제2캐소드지지대(25)가 용접고착되어 있다.

여기에서, 제1캐소드지지대(23)는 필라멘트(17)의 중심축을 관통하면서 상부엔드햇(20)을 지지하고, 제1 및 제2캐소드지지대(23, 25)는 고주파 발진장치의 음극을 지지고정하는 절연세라믹(27)에 형성된 관통구멍을 통해 전원단자(30b, 32b)에 접속되어 있는 외부접속단자(29, 31)에 전기적으로 접속되어 필라멘트(17)에 전류를 공급하는 필라멘트전극이다.

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

그리고, 양극몸체(13)의 상하부 양측개구부에는 필라멘트(17)와 베인(15)에 의해 형성되는 작용공간(12) 내에 균일한 자속을 형성하기 위해 자로를 형성하는 깔대기형상의 자성체인 상부 및 하부폴피스(33, 35)가 용접고착되어 있고, 상부 및 하부폴피스(33, 35)의 상하부에는 상부 및 하부실드컵(37, 39)이 각각 기밀하게 용접고착되어 있으며, 상부 및 하부실드컵(37, 39)의 상하부에는 양극몸체(13)의 내부를 진공으로 밀봉하기 위하여 안테나세라믹(45) 및 절연세라믹(27)이 기밀하게 용접고착되어 있다.

또한, 상부 및 하부실드컵(37, 39)의 외측면에는 양극몸체(13)내에 일정한 자계분포를 유지시키기 위한 링형상의 마그네트(41, 43)가 배치되어 있고, 고주파 발진장치의 출력부를 구성하는 상부실드컵(37)의 상부개구단부에는 후술되는 안테나캡(51)을 절연시키기 위해 원통형상의 안테나세라믹(45)이 접합되어 있다.

한편, 안테나세라믹(45)의 상부측 선단부에는 동으로 이루어진 배기관(47)이 접합되어 있고, 배기관(47)의 내측 중앙부근처에는 공동공진기 내에서 발진된 고주파를 출력시키기 위해 베인(15)으로부터 도출된 안테나(49)가 상부폴피스(33)의 관통구멍을 통과하여 축상으로 연장되면서 안테나(49)의 끝이 배기관(47)내에 고정되어 있다.

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

또한, 양극몸체(13)의 외부에는 양극몸체(13)내의 자속량을 결정하는 상부 및 하부요우크(53, 55)가 설치되어 있고, 양극몸체(13) 및 하부요우크(55) 사이에는 복수개의 알루미늄 냉각핀(57)이 양극몸체(13) 및 하부요우크(55)에 고정된 클램프부재(55a)에 의해 감합배치되어 마그네트(41, 43)와 함께 자로 형성용 상부 및 하부요우크(53,55)에 의해 덮여 있다.

상기와 같이 구성된 고주파 발진장치의 동작과정에 대하여 도 1과 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 외부접속단자(29, 31)를 통해 전원이 인가되면, 외부접속단자(29), 제1캐소드지지대(23), 상부엔드햇(20), 필라멘트(17) 하부엔드햇(21), 제2캐소드지지대(25), 외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 필라멘트(17)가 가열된 다음, 필라멘트(17)로부터 열전자가 방출되기 시작한다.

이때, 제2캐소드지지대(25)와 양극(16)에 인가된 구동전압에 의해 필라멘트(17)의 바깥표면과 베인(15)사이의 작용공간(12)내에는 베인(15)으로부터 필라멘트(17) 측으로 강한 전계가 형성되고, 두 개의 마그네트(41, 43)로부터 발생한 자속은 상부요우크(53), 하부요우크(55), 상부폴피스(33), 하부폴피스(35) 및 작용공간(12)으로 이루어지는 자기회로내에 분포되어 작용공간(12) 내에 높은 자속밀도가 형성된다.

따라서, 고온의 필라멘트(17) 표면으로부터 작용공간(12)으로 방출되는 열전자는 작용공간(12)내에 존재하는 강한 전계에 의해 베인(15) 또는 양극몸체(13)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간(12)내에 형성된 강한 자속밀도에 의해 열전자의 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 양극(16)쪽으로 진행하면서 나선형의 회전운동을 하게 된다.

이러한 열전자의 운동으로 형성된 전자군이 베인(15)에 주기적으로 간섭을 일으키고, 이 간섭에 의해 마주보는 베인(15) 간에 작용하는 정전용량인 캐패시턴스성분과, 마주보는 베인(15)과 이를 연결하는 양극몸체(13)로 이루어지는 인덕턴스성분에 의해 병렬공진회로가 구성되게 된다.

따라서, 상기한 캐패시턴스성분과 인덕턴스성분에 의해 공진주파수, 즉 가 결정되어 고주파가 유기되고, 유기된 고주파가 안테나(49)를 통해 외부로 방출된다.

한편, 상기한 고주파 발진장치를 이용한 가열장치 또는 의료장치에 있어서, 고주파 발진장치의 동작전압을 낮추는 것은 구조형상과 전원공급회로의 원가절감, 노이즈 감소, 저압에 따른 각 절연 회로물의 원가절감 및 효율향상 등으로 안정성과 경제적으로 여러가지 잇점을 제공하므로 동작전압을 최대한으로 낮추는 기술에 대해 이와 관련있는 분야에서 연구되고 있으며, 이와 관련된 기술로는 본원의 출원인에 의해 제안되어 1997년 4월 15일 대한민국 특허청에 출원된 특허 제13838호, 고주파 발진장치가 있다.

이러한 고주파 발진장치는, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 낮은 동작전압(예를 들면, 4kV 정도)에서도 70% 이상의 높은 효율을 얻을 수 있도록 하기 위해, 작용공간 내로 방출된 열전자와 양극 내의 공동공진기와의 상호작용으로 인해 고주파를 유기시켜 안테나를 통해 방출하는 고주파 발진장치에 있어서, 상기 양극은, 복수개의 제1베인(248)을 갖는 상부플레이트(238)와 복수개의 제2베인(250)을 갖는 하부플레이트(246)로 구성되며, 상기 상하부플레이트(238, 246)는 상기 제1베인(248)과 제2베인(250)이 서로 교번되어 손가락을 깍지끼는 형태, 즉 인터디지탈(Interdigital;손가락을 깍지끼는 형태)로 맞물리도록 구성로 결합되어 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 인터디지탈 방식의 고주파 발진장치의 상부플레이트를 관통하여 하부플레이트의 내측에 안테나를 결합시킴으로써, 양질의 고주파를 방출시킬 수 있는 고주파 발진장치의 안테나 결합구조를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 고주파 발진장치의 안테나 결합구조는, 상부플레이트에 형성된 제1베인과 하부플레이트에 형성된 제2베인이 인터디지탈 방식으로 체결되고, 인덕턴스성분을 증가시키기 위해 상기 상하부 플레이트에 부채꼴형상의 홈이 각각 형성되어 서로 일치되도록 체결되며, 음극으로부터 방출된 열전자와 양극 내의 공진기와의 상호작용으로 인해 고주파를 유기시켜 안테나를 통해 외부로 방출하는 고주파 발진장치에 있어서, 상기 상부플레이트의 소정부분에는 상기 안테나의 둘레 보다 큰 관통홀이 형성되고, 상기 하부플레이트의 내측에는 결합부가 형성되며, 상기 안테나가 상기 상부플레이트에 형성된 관통홀을 관통하여 상기 하부플레이트의 내측면에 형성된 결합부에 결합되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 통상적인 고주파 발진장치의 종단면도,

도 2는 도 1의 A-A선의 단면도,

도 3은 종래의 고주파 발진장치의 분해사시도,

도 4는 도 3에 도시된 고주파 발진장치의 결합도,

도 5는 본 고안에 따른 고주파 발진장치의 상부플레이트를 도시한 평면도,

도 6은 본 고안에 따른 고주파 발진장치의 하부플레이트를 도시한 평면도,

도 7은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 고주파 발진장치의 안테나 결합구조를 도시한 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

248, 250 : 베인 204 : 양극몸체

238 : 상부플레이트 246 : 하부플레이트

258, 256, 266, 268 : 홈 270 : 안테나

272 : 관통홀 274 : 결합부

이하, 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 중복된 기재를 피하기 위해 그 설명을 생략하기로 한다.

도 5와 도 6은 본 고안에 따른 고주파 발진장치의 상부플레이트와 하부플레이트를 각각 도시한 평면도이고, 도 7은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 고주파 발진장치의 안테나 결합구조를 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면 알 수 있듯이, 인터디지탈 방식의 고주파 발진장치에 있어서, 상부플레이트(238)에는 공진기의 크기가 줄어들면서 감소되는 공진기의 인덕턴스성분을 보완하기 위해, 인덕턴스성분이 증가되도록 상부플레이트(238)에 부채꼴형의 홈(258, 268)을 형성시킴과 동시에, 하부플레이트(246)에 부채꼴형의 홈(256, 266)을 형성시킨다.

이때, 상부플레이트(238)에 형성된 부채꼴형의 홈(258, 268)과 하부플레이트(246)에 형성된 부채꼴형의 홈(256, 266)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 조립시에 그 위치가 일치되도록 형성되어 있다.

따라서, 상부플레이트(238)와 하부플레이트(246)에 각각 형성된 부채꼴형의 홈에 의해 인덕턴스성분이 증가되므로, 공진기의 크기가 작아지더라도 인덕턴스성분이 보완되어 낮은 동작전압(4kV 정도)에서 기본주파수(2.45GHz)를 얻을 수 있다.

또한, 상부플레이트(238)와 안테나(270)가 접속되지 않도록 상부플레이트(238)의 소정부분, 바람직하게는 부채꼴형의 홈(268) 상에 안테나(27)의 둘레보다 큰 사각형의 관통홀(272)이 형성되고, 하부플레이트(246)의 내측에는 안테나(270)가 장착되는 결합부(274)가 형성되어 안테나(270)가 상부플레이트(238)에 형성된 사각형의 관통홀(272)에 관통된 다음, 하부플레이(246)에 형성된 결합부(274)에 브레이징 공법에 의해 결합된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 고주파 발진장치의 안테나 결합구조에 대하여 도 5 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 마그네트론의 상부플레이트(238)에 부채꼴형의 홈(258, 268)이 형성됨과 동시에, 하부플레이트(246)에 부채꼴형의 홈(256, 266)이 형성되어 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 플레이트(238, 246)에 형성된 부체꼴형의 홈(258, 268, 256, 266)은 서로 일치되도록 체결된다.

이때, 안테나(270)가 상부플레이트(238)의 부체꼴형의 홈(268) 상에 형성된 사각형의 관통홈(272)에 관통된 다음, 하부플레이트(246)에 형성된 결합부(274)에서 브레이징 공법에 의해 결합된 다음 양극몸체(204)에 체결된다.

다음에, 낮은 전압(4kV)이 외부접속단자(29, 31)를 통해 인가되면, 필라멘트(114)에 동작전류가 공급되어 가열되고, 필라멘트(114)의 가열에 의해 에미터(116)로부터 열전자가 작용공간 내로 방출되기 시작한다.

이때, 제2캐소드지지대(25)와 양극(16)에 인가된 구동전압에 의해 필라멘트(17)의 바깥표면과 상하부 플레이트(238, 246)의 각 베인(248, 250)사이의 작용공간 내에는 각 베인(248, 250)으로부터 필라멘트(17) 측으로 강한 전계가 형성되고, 두 개의 마그네트(41, 43)로부터 발생한 자속은 상부요우크(53), 하부요우크(55), 상부폴피스(33), 하부폴피스(35) 및 작용공간으로 이루어지는 자기회로내에 분포되어 작용공간 내에 높은 자속밀도가 형성된다.

따라서, 고온의 필라멘트(17) 표면으로부터 작용공간으로 방출되는 열전자는 작용공간 내에 존재하는 강한 전계에 의해 양극몸체(204)쪽으로 진행함과 동시에 작용공간 내에 형성된 강한 자속밀도에 의해 열전자의 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 양극몸체(204)쪽으로 진행하면서 나선형의 회전운동을 하게 된다.

이러한 열전자의 운동으로 형성된 전자군이, 상하부 플레이트(238, 246)의 각 베인(248, 250)에 주기적으로 간섭을 일으키고, 이 간섭에 의해 마주보는 각 베인(248, 250) 간에 작용하는 정전용량인 캐패시턴스성분(C)과, 마주보는 각 베인(248, 250)과 이를 연결하는 양극몸체(204)로 이루어지는 인덕턴스성분(L)에 의해 병렬공진회로가 구성되게 된다.

따라서, 상기한 캐패시턴스성분(C)과 인덕턴스성분(L)에 의해 공진주파수, 즉 가 결정되어 양질의 고주파가 유기되고, 유기된 고주파가 하부플레이트(246)의 결합부(274)에 결합된 안테나(270)를 통해 외부로 방출된다.

상술한 바와 같이, 본 고안을 이용하면, 안테나가 상부플레이트에 형성된 관통홀을 관통하여 하부플레이트의 결합부에 결합되므로, 공진기의 외형크기를 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양질의 고주파를 외부로 방출시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상부플레이트에 형성된 제1베인과 하부플레이트에 형성된 제2베인이 인터디지탈 방식으로 체결되고, 인덕턴스성분을 증가시키기 위해 상기 상하부 플레이트에 부채꼴형상의 홈이 각각 형성되어 서로 일치되도록 체결되며, 음극으로부터 방출된 열전자와 양극 내의 공진기와의 상호작용으로 인해 고주파를 유기시켜 안테나를 통해 외부로 방출하는 고주파 발진장치에 있어서,

   상기 상부플레이트의 소정부분에는 상기 안테나의 둘레 보다 큰 관통홀이 형성되고, 상기 하부플레이트의 내측에는 결합부가 형성되며,

   상기 안테나가 상기 상부플레이트에 형성된 관통홀을 관통하여 상기 하부플레이트의 내측면에 형성된 결합부에 결합되는 것을 특징으로 하는 고주파 발진장치의 안테나 결합구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부플레이트에 형성되는 사각형의 관통홀은 상기 상부플레이트에 형성된 부채꼴형의 홈상에 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 발진장치의 안테나 결합구조.