KR19990056505A - 직접가열방식의 열전자 방출체를 채용한 초고주파 발진관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접가열방식의 열전자 방출체를 채용한 초고주파 발진관에 관한 것으로, 텅스텐 필라멘트 타입으로써 직접 가열되는 것에 전자를 방출하는 열전자 방출체, 열전자 방출체가 그의 내부에 설치되며, 열전자 방출체로부터 방출된 전자들이 통과되는 홀을 갖는 캐소드 그리드, 캐소드 그리드를 고정하기 위한 캐소드 그리드 홀더 및 캐소드 그리드를 지지하기 위한 지지체로 구성되는 캐소드 그리드 어셈블리, 캐소드 그리드 홀을 통과한 전자를 제어하고 집속하기 위한 것으로, 그의 중앙에 형성된 중앙홀 및 캐소드 그리드의 홀을 통과한 전자들이 통과되는 복수개의 홀을 갖는 제 1 그리드, 그의 중앙에 형성된 중앙홀 및 제 1 그리드의 홀을 통과한 전자가 통과되는 복수개의 홀을 갖는 제 2 그리드, 초고주파 에너지의 일부를 피이드백 시키기 위한 피이드백 구조체 및 피이드백 구조체를 지지하기 위한 것으로, 그리드의 중앙홀에 삽입되는 제 1 실린더 및 캐소드 그리드 어셈블리 내에 설치되는 제 2 실린더로 구성되는 피이드백 지지부재를 포함하는 것에 의해, 열전자가 방출될 때까지 소요되는 동작시간을 단축시킬 수 있다.

Description

직접가열방식의 열전자 방출체를 채용한 초고주파 발진관

본 발명은 전자렌지용 초고주파 발진관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접가열방식으로 열전자 방출체로부터 열전자를 방출시킬 수 있는 초고주파 발진관에 관한 것이다.

본 출원인이 한국 특허 출원 제 97-36327 호로 출원한 전자렌지용 초고주파 발진관이 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 초고주파 발진관(10)은 커버(12)가 하부에 덮인 필터박스(14)내에 히터(16), 열전자 방출체(18), 제 1 그리드(22), 제 2 그리드(28) 및 애노드(30)를 포함한다.

발열수단으로써의 히터(16)는 필라멘트로 구성되고, 히터(16)상에는 히터(16)의 간접가열방식에 의해 열전자를 방출하는 열전자 방출체(18)가 히터(16)와 소정 간격을 두고 열전자 방출체 지지부재(20)에 의해 지지된 채 위치한다. 열전자 방출체(18)상에는 열전자 방출체(18)로부터 방출된 전자를 제어하고 집속하기 위한 제 1 그리드(22)가 열전자 방출체(18)와 소정 간격을 두고 배치된다. 열전자 방출체(18)와 제 1 그리드(22) 사이에는, 직류전류는 차단시키고 초고주파 형성을 위한 표면전류는 통과시키는 쵸크 구조체(24)가 마련된다. 열전자 방출체(18), 열전자 방출체 지지부재(20), 쵸크 구조체(24) 및 제 1 그리드(22)에 의해 이루어지는 공간은 공진회로 역할을 하는 입력캐비티(26)이다. 또한, 제 1 그리드(22)와 열전자 방출체(18) 사이에는, 제 1 그리드(22)에 소정의 바이어스 전압을 유기시키기 위한 저항체(도시하지 않음)가 연결되어 있다.

제 1 그리드(22)상에는, 제 2 그리드(28)가 제 1 그리드(22)와 소정 간격을 두고 위치하며, 제 2 그리드(28) 상에는 제 2 그리드(28)를 통과한 전자가 흡수되는 애노드(30)가 배치된다. 애노드(30) 둘레에는 전자의 흡수에 의해 애노드(30)로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각핀(32)이 마련되어 있다. 제 2 그리드(28)와 애노드(30)에 의해 둘러싸인 공간은 열전자 방출체(18)로부터 방출된 전자중 제 1 및 제 2 그리드(22), (28)을 통과한 전자가 밀도 변조되어 초고주파를 발생시키는 출력캐비티(34)이다.

출력캐비티(34) 내에 발생된 초고주파의 일부를 입력캐비티(26)로 피이드백 시켜 초고주파의 파워를 증가시키기 위한 피이드백 봉(36)은 열전자 방출체 지지부재(20)에 그의 한쪽 끝이 솔더링된 채 지지된다.

상술한 구성의 조립공정에 있어서, 우선 피이드백 봉(36)을 캐소드 지지부재(20)에 솔더링한 후, 제 1 그리드(22)를 세라믹 핀(42)의 하단부에 의해 지지되는 제 1 그리드 홀더(44)에 고정시키며, 그후 제 2 그리드(28)를 세라믹 핀(42)의 상단부에 의해 지지되는 제 2 그리드 홀더(46)에 고정시킨다.

상술한 구성에 의해, 초기에 열전자 방출체(18)로부터 방출된 전자에 의해 제 1 그리드(22)가 소정의 바이어스 전압을 가지게 된다. 이에 따라, 열전자 방출체(18)로부터 방출된 전자는 입력캐비티(26) 내에서 밀도 변조된 후, 제 1 및 제 2 그리드(22), (28)을 통과한 후 전자가 출력캐비티(34)에 도달하게 된다. 출력캐비티(34) 내에서 전자의 운동에너지가 초고주파 에너지로 변환되면서 초고주파를 발생하게 된다. 변환된 초고주파 에너지의 일부는 피이드백 봉(36)을 통해 입력캐비티(26)로 피이드백 되며, 발생된 초고주파는 커플링 단부(38) 및 안테나(40)를 통해 소정의 공간으로 방출된다.

그러나, 열전자 방출체를 히터에 의해 간접가열방식으로 가열하므로 열전자 방출체가 충분한 열전자를 방출하도록 가열하는데 소요되는 동작시간이 지연된다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 초고주파 발진관이 정상 동작하지 않을 때에도 열전자 방출체를 예열해 주거나 초고주파 발진관 동작시 초기에 과전류를 흘려 열전자 방출체가 정상 동작 온도까지 승온시키는데 필요한 시간을 단축시키는 방법 등이 적용 가능하지만 부가적인 전원부의 회로가 필요하다. 또한, 간접가열방식의 초고주파 발진관은 열전자 방출체와 열전자 방출체를 가열하는 히터가 별도로 필요하며 이를 절연시키는 부수적인 부품이 필요하므로 제조공정이 복잡하며, 간접가열방식의 열전자 방출체는 제조공정 자체가 복잡하며 고가이다.

따라서 본 발명의 목적은 직접가열방식으로 열전자 방출체로부터 열전자를 방출시킬 수 있는 초고주파 발진관을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 전자렌지용 초고주파 발진관에 있어서, 텅스텐 필라멘트 타입으로써 직접 가열되는 것에 전자를 방출하는 열전자 방출체, 열전자 방출체가 그의 내부에 설치되며, 열전자 방출체로부터 방출된 전자들이 통과되는 홀을 갖는 캐소드 그리드, 캐소드 그리드를 고정하기 위한 캐소드 그리드 홀더 및 캐소드 그리드를 지지하기 위한 지지체로 구성되는 캐소드 그리드 어셈블리, 캐소드 그리드 홀을 통과한 전자를 제어하고 집속하기 위한 것으로, 그의 중앙에 형성된 중앙홀 및 캐소드 그리드의 홀을 통과한 전자들이 통과되는 복수개의 홀을 갖는 제 1 그리드, 그의 중앙에 형성된 중앙홀 및 제 1 그리드의 홀을 통과한 전자가 통과되는 복수개의 홀을 갖는 제 2 그리드, 초고주파 에너지의 일부를 피이드백 시키기 위한 피이드백 구조체 및 피이드백 구조체를 지지하기 위한 것으로, 그리드의 중앙홀에 삽입되는 제 1 실린더 및 캐소드 그리드 어셈블리 내에 설치되는 제 2 실린더로 구성되는 피이드백 지지부재를 포함하는 초고주파 발진관을 채용한다.

도 1은 종래의 전자렌지용 초고주파 발진관의 단면도,

도 2는 제 1의 초고주파 발진관의 요부 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 직접가열방식의 열전자 방출체를 채용한 초고주파 발진관의 요부 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

34 : 애노드 36 : 쵸크 구조체

38 : 입력캐비티 42 : 출력캐비티

62 : 제 1 그리드 홀더 64 : 제 2 그리드 홀더

100 : 열전자 방출체 110 : 캐소드 그리드 어셈블리

112 : 캐소드 그리드 114 : 캐소드 그리드 홀

116 : 캐소드 그리드 홀더 118 : 지지체

119 : 절연판 120 : 제 1 그리드

122 : 제 1 그리드 중앙홀 124 : 제 1 그리드 홀

130 : 제 2 그리드 132 : 제 2 그리드 중앙홀

134 : 제 2 그리드 홀 140 : 피이드백 봉

142 : 피이드백 봉 지지부재 144 : 제 1 실린더

146 : 제 2 실린더

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직접가열 방식의 열전자 방출체를 채용한 초고주파 발진관에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 종래의 초고주파 발진관의 구성과 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이며 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 초고주파 발진관은, 도 3에 도시된 바와 같이, 텅스텐 필라멘트 타입의 직접가열방식인 열전자 방출체(100) 및 열전자 방출체(100)가 그의 내부에 설치되는 캐소드 그리드 어셈블리(110)를 포함한다.

캐소드 그리드 어셈블리(110)는 열전자 방출체(100)로부터 방출된 전자들이 통과되는 홀(114)을 갖는 그리드 형상의 도체(112)(이하, 캐소드 그리드(112)라 함), 캐소드 그리드(112)를 고정하기 위한 캐소드 그리드 홀더(116) 및 캐소드 그리드(112)를 지지하는 지지체(118)를 포함한다. 캐소드 그리드 어셈블리(110)의 조립 완료 후 그의 내부에는 열전자 방출체(100)가 설치되는 소정의 설치공간이 형성된다. 즉, 설치공간이란 바닥면을 이루는 지지체(118), 외주면을 이루는 캐소드 그리드 홀더(116) 및 상면을 이루는 캐소드 그리드(112)에 의해 형성되는 공간을 말한다.

열전자 방출체(100)는 열전자 방출체 설치공간 전반에 걸쳐 균일 열전자 밀도를 갖도록 나선형으로 설치되며, 지지체(118)와 열전자 방출체(100) 사이에는 그들 사이의 절연을 위해 세라믹재로 만들어지는 디스크 형상을 갖는 절연판(119)이 설치된다. 또한, 캐소드 그리드(112)는 열전자 방출체(100)와 소정 간격을 두고 배치되도록 캐소드 그리드 홀더(116)에 고정된다.

캐소드 그리드(112) 상에는 그의 중앙에 형성된 중앙홀(122)과 캐소드 그리드 홀(114)을 통과한 전자를 제어하고 집속하기 위한 것으로 그의 표면 전체에 거쳐 형성된 복수개의 홀(124)을 갖는 제 1 그리드(120)가 캐소드 그리드(112)와 소정간격을 두고 배치된다. 제 1 그리드(120), 제 1 그리드 홀더(62), 쵸크 구조체(36), 캐소드 그리드 어셈블리(110)로 이루어지는 공간은 공진회로 역할을 하는 입력캐비티(38)이다.

제 1 그리드(120) 상에는, 그의 중앙에 형성되며 제 1 그리드(120)의 중앙홀(122)과 동일한 직경을 갖는 중앙홀(132)과 제 1 그리드 홀(124)을 통과한 전자가 통과되는 복수개의 홀(134)을 갖는 제 2 그리드(130)가 제 1 그리드(120)와 소정 간격을 두고 위치한다. 제 2 그리드(130)와 애노드(34)에 의해 둘러싸인 공간은 캐소드 그리드(112)로부터 방출된 전자중 제 1 및 제 2 그리드(120), (130)의 홀(124), (134)을 통과한 전자가 밀도 변조되어 초고주파를 발생시키는 출력캐비티(42)이다.

본 발명은 또한, 피이드백 봉(140)을 안정적으로 지지하기 위한 피이드백 봉 지지부재(142)를 포함한다.

피이드백 봉 지지부재(142)는 그리드(120), (130)의 중앙홀(122), (132)에 삽입되는 제 1 실린더(144) 및 열전자 방출체 설치공간에 설치되며 제 1 실린더(144)보다 작은 직경을 갖는 제 2 실리더(146)로 구성된다. 피이드백 봉(140)은 그의 한쪽 끝부는 출력캐비티(42) 내에 존재하고 그의 다른 끝부는 캐소드 그리드(112)에 연결된 채 제 2 실린더(146)에 삽입되도록 제 1 실린더(144)에 삽입된다. 제 1 실린더(144)는 피이드백 봉(140)과 그리드(120), (130) 사이를 절연시키는 역할을 하며, 제 2 실린더(146)는 피이드백 봉(140)과 열전자 방출체(100) 사이를 절연시키는 역할을 한다.

이하, 본 발명에 따른 초고주파 발진관의 동작원리에 대해서 설명한다.

캐소드 그리드 어셈블리(110)에 초고주파 발진관을 동작시키는 동작 전압이 인가되어 등 전위면을 형성한 상태 하에서, 열전자 방출체(100)를 소정온도까지 가열하면, 열전자 방출체(100)로부터 열전자가 방출되어 열전자 방출체(100)와 캐소드 그리드(112) 사이의 공간에 존재하게 된다. 그후, 계속되는 전자의 방출에 의해 전자들이 열전자 방출체(100)와 캐소드 그리드(112) 사이의 공간에 축적되면, 전자들은 그들 간의 척력에 의해 캐소드 그리드(112)의 홀(114)을 통과하여 제 1 그리드(120)로 향한다. 이후, 열전자 방출체(100)로부터 방출된 전자의 일부는 제 1 및 제 2 그리드(120), (130)의 홀(124), (134)를 통과하여 애노드(34)에 흡수되고, 그의 일부는 제 1 그리드(120)의 표면에 흡수되어 축적된다. 이러한 전자들의 축적에 의해 제 1 그리드(120)에 바이어스 전압이 걸리게 되면, 캐소드 그리드(112)와 제 1 그리드(120) 사이의 공간에 전자 군이 형성되며, 이들 전자 군은 제 1 그리드(120)의 RF필드에 의해 반칭(bunching)된다. 이 반칭된 전자는 제 1 및 제 2 그리드(120), (130)의 홀(124), (134)를 통과하여 출력캐비티(42) 내에서 운동에너지가 초고주파 에너지로 변환되면서 초고주파를 발생하게 된다. 변환된 초고주파 에너지의 일부는 피이드백 봉(140)을 통해 입력캐비티(38)로 피이드백 되며, 발생된 초고주파는 커플링 단부(66) 및 안테나(68)를 통해 소정의 공간으로 방출된다.

상기한 설명에 있어서, 전자의 방출을 위해 열전자 방출체를 직접가열하는 방법에 관하여 기술하였지만, 열전자 방출체에 열선을 삽입하여 이 열선을 통해서 열전자 방출체를 가열할 수도 있다.

본 발명에 따른 초고주파 발진관에 있어서, 텅스텐 필라멘트 타입의 직접가열방식의 열전자 방출체가 채용되므로, 열전자가 방출될 때까지 소요되는 동작시간이 단축된다.

상기에 있어서 본 발명의 특정의 실시예에 대하여 설명했지만, 본 명세서에 기재한 특허청구의 범위를 일탈하지 않고 당업자는 여러 가지의 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

Claims (3)

1. 전자렌지용 초고주파 발진관에 있어서,

   텅스텐 필라멘트 타입으로써 직접 가열되는 것에 전자를 방출하는 열전자 방출체,

   열전자 방출체가 그의 내부에 설치되며, 열전자 방출체로부터 방출된 전자들이 통과되는 홀을 갖는 캐소드 그리드, 캐소드 그리드를 고정하기 위한 캐소드 그리드 홀더 및 캐소드 그리드를 지지하기 위한 지지체로 구성되는 캐소드 그리드 어셈블리,

   캐소드 그리드 홀을 통과한 전자를 제어하고 집속하기 위한 것으로, 그의 중앙에 형성된 중앙홀 및 캐소드 그리드의 홀을 통과한 전자들이 통과되는 복수개의 홀을 갖는 제 1 그리드,

   그의 중앙에 형성된 중앙홀 및 제 1 그리드의 홀을 통과한 전자가 통과되는 복수개의 홀을 갖는 제 2 그리드,

   초고주파 에너지의 일부를 피이드백 시키기 위한 피이드백 구조체 및

   피이드백 구조체를 지지하기 위한 것으로, 그리드의 중앙홀에 삽입되는 제 1 실린더 및 캐소드 그리드 어셈블리 내에 설치되는 제 2 실린더로 구성되는 피이드백 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 발진관.
2. 제 1 항에 있어서, 열전자 방출체와 지지체 사이의 절연을 위한 세라믹 절연판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 발진관.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열전자 방출체는 캐소드 그리드 어셈블리 내에 나선형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 초고주파 발진관.