KR200152146Y1 - 저전압 마그네트론의 안테나구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 입력전압이 약 2KV인 저전압 마그네트론에 관한 것으로서, 특히 안테나(49')의 직경을 3내지 3.4

Description

저전압 마그네트론의 안테나구조

본고안은 입력전압이 약 2KV인 저전압 마그네트론에 관한 것으로서, 특히 안테나의 직경을 증가시켜 안테나로부터 발생되는 열을 감소시킬수 있고 마그네트론의 출력효율을 향상시킬수 있는 저전압 마그네트론의 안테나구조에 관한 것이다.

종래의 마그네트론은 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 동파이프 등에 의해 원통형상으로 형성된 양극통체(13)의 내부에는 고주파성분을 유기시피도록 복수개의 공진공동을 형성하는 다수(짝수)개의 베인(15)이 축심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고 이들 양극통체(13)와 베인(15)에 의해 양극을 구성한다.

그리고, 베인(15)의 선단부측 근처에는 상/하부에 각각 커패시턴스를 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 명명함)가 상기 양극통체(13)와 동축형상으조 배치되어 있다.

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

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

상기 외부접속단자(29,31)에는 쵸크코일(30,32)의 일단부가 전기적으로 접속되어 있고, 상기 쵸느로일(30,32)의 타단부는 박스필터의 측벽부에 배설되어 있는 커패시터(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 형펑하도록 자로를 형성하는 깔대기형상의 상부 및 하부폴피스(33,35)가 용접고착되어 있다.

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

또, 상기 상부 띤 하부실드컵(37,39)의 외측면에는 상기 양극통체(13)내에 일정한 자계분포를 유지하도록 링형상의 상/하부 마그네트(41,43)가 배치되어 있고, 마그네트론의 출력부를 구성하는 상기 상부실드컵(37)의 방부개구단부레는 후술되는 안테나캡을 절연시키는 원통형상의 안테나세라믹(45)이 접합되어 있다.

또한, 도면에 있어서, 상기 안테나세라믹(45)의 상부측선단부에는 동으로 이루어진 배기관(47)이 접합되어 있고, 상기 배기관(47)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 마이크로파를 출력하도록 상기 베인(15)으로부터 코출된 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 마이크로파출력을 외부로 배보내는 창(Window)역할을 하는 안테나세라믹(45)과 그 위에 안테나캡(51)이 씌워져 있다.

또한, 상기 양극통체(13)의 외부에는 귀환되는 자속을 연결하기위해 상기 양극통체(13)내의 자속량을 결정하는 상부 및 하부요오크(53,55)가 설치되어 있고, 상기 양극통체(13) 및 하부요오크(55)사이에는 복수개의 알루미늄냉각핀(57)이 상기 양극통체(13) 및 하부요오크(55)에 고정된 클램프부재(55a)에 의해 감압배치되어 상기 마그네트(41,43)와 함께 자로 형성용 상부 및 하부요오크(53,55)에 의해 덮여 있다.

상기와 같이 구성된 마그네트론의 동작은 먼저, 외부접속단자(29,31)를 통해 전원이 인가되면, 상기 외부접속단자(29), 제 1캐소드지지대(23), 상부실드햇(20)필라멘트(17), 하부실드햇(21), 제 2캐소드지지대(25), 외부접속단자(31)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(17)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

상기 필라멘트(17)가 가열되면 고온에서 작용공간(12)내로 열전자를 방출하기 시작한다.

이때, 상기 제 2캐소드지지대(25)와 양극에 인가된 약 4KV의 구동전압에 의해 삘라멘트(17)의 바깥표면과 베인(15)사이의 작용공간(12)내에 강한 전계가 형성되고 이강한 전계는 베인(15)에서 출발하여 필라멘트(17)로 이른다.

한편, 상부 마그네트(41)로부터 발생된 자속은 상부폴피스(33), 작용공간(12), 하부폴피스(35), 하부 마그네트(43), 하부 요오크(55), 상부 요오크(53), 상부 마그네트(41)로 이루어지는 자기회로를 구성하여 작용공간(12)내데 높은 자계를 형성한다.

따라서, 고온의 필라멘트(17)표면으로 부터 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 자계에 의해 진행방향에 대해 수직으로 힘을 받아 전자가 양극쪽으로 진행함에 따라 나선형운동을 한다.

이러한 전자의 운동은 모든 작용공간(12)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 2450대(기본파)마이크로파가 발생되고 이 발생된 마이크로파는 안테나(49)에 의해 유도되어 외부로 방출된다.

한편, 종래 마그네트론에 있어서, 안테나(49)는 제3도 도시한 바와 같이 직경이 약 2.5이고, 상기 안테나(49)로부터 출력되는 마이크로파의 출력전력은 약 IKV이며, 제 2캐소드지지대(25)와 양극에 인가된 구동전압은 약 4KV이며, 상기 양극에 흐르는 전류는 약 350mA이다

또한, 상기와 달리 구동전압이 약 2KU인 마그네트론에서는 안테나로부터 출력되는 마이크로파의 전력이 약 IKW이고, 양극에 흐르는 전류는 약 500∼550mA정도 된다.

그러나, 종래의 4KV용 마그네트론에 적용되던 안테나(49)를 2KV용 마그네트론에 적용하게 되면 좁은 선로에 많은 전류를 공급하지 못하는 것과 같으므로 안테나에는 열이 발생하고 마이크로파의 출력이 저하된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본고안의 목적은 안테나로부터 발생되는 열을 감소시킬수 있고 마그네트론의 출력을 향상시킬수 있는 저전압 마그네트론의 안테나구조를 제공하는데 있다.

싱기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본고안에 따른 저전압 마그네트론의 안테나구조는 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트를 외측에서 뚤러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수의 베인이 배치된 양극통체와, 상기 양극통체에서 발생된 마이크로파를 유도하는 안테나를 구비한 저전압 마그네트론에 있어서, 상기 안테나는 그 직경이 3mm 내지 3.4mm인 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래기술에 의한 마그네트론의 종단면도.

제1도는 제1도의 A-A선에 따른 단면도.

제3도는 종래기술에 의한 마그네트론에 장착된 안테나 및 배기관을 도시한 단면도.

제4도는 본고안의 일실시예에 의한 저전압마그네트론의 안테나 및 배기관을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 양극통체 15 : 베인

17 : 필라멘트 33 : 상부폴피스

35 : 하부폴리스 41,53 : 상/하부 마그네트

47 : 배기관 49; : 안테나

이하, 본고안의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제4도는 본고안의 일실시예에 의한 저전압마그네트론의 안테나 및 배기관을 도시한 단면도로서, 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 붙인다.

본 고안에 의한 저전압 마그네트론의 안테나구조는 제4도에 도시한 바와 같이 배기관(47)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 마이크로파를 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 있고, 상기 안테나(49')의 직경은 3,20.2이다.

상기와 같이 구성된 저전압 마그네트론의 안테나구조에 대한 작용을 설명하면 다음과 같다.

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

상기 필라멘트(17)가 가열되면 고온에서 작용공간(12)내로 열전자를 방출하기 시작한다.

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

한편, 상부 마그네트(41)로부터 발생된 자속은 상부폴피스(33), 작용공간(12), 하부폴피스(35), 하루 마그네트(43), 하부 요오크(55), 상부 요오크(53), 상부 마그네트(41)로 이루어지는 자기회로를 구성하여 작용공간(12)내에 높은 자계를 형성한다.

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

이러한 전자의 운동은 모든 작용공간(12)에서 이루어져 베인(15)과 공진기(10)와의 구조적 공진회로에 따라 전자들이 전자군글 형성하면서 높은 전위인 베인(15)으로의 진행을 반복적으로 수행하여 상기 베인(15)에는 전자군이 회전하는 속도에 대응하는 공진주파수인 2450대(기본파)마이크로파를 발생한다.

상기 베인(15)에 발생된 마이크로파는 안테나(49')에 유도되어 배기관(47) 및 안테나캡(51)을 통해 외부로 방출된다.

이때, 상기 직경이 증가된 안테나(49')에 유도된 아이크로파의 전류는 상기 안테나(49')의 내부표면을 따라 원할히 흐르게 되어 상기 안테나(49')로부터 발생되는 열이 감소되고, 상기 안테나(49')직격의 증가로 배기관(47)과 안테나(49')사이의 거리(d) 감소로 인해 후술되는 「수학식 3」에 따라 배기관(47)과 안테나(49')사이의 정전용량(C)이 증가됨으로써 마그네트론의 출력이 향상될 수 있다.

상기 마그네론의 마그네트론의 출력을 결정하는 전력(P)은 다음의 「수학식 1」과 같다.

여기에서, ω =2f(f는 동작주파수)이고, W는 저장에너지로서 다음의 「수학식 2」와 같으며, Q는 손실에너지(Wdiss)를 거장에너지(W)로 나눈 궐리티 함수( Qual i ty factor)이다.

여기에서 N은 베인의 개수이고, C는 마그네트론의 정전용량이며 「수학식 3」과 같으며, V는 마그네트론으로부터 출력되는 마이크로웨이브 주파수의 전압이다.

여기에서,은 두 마주보는 면 사이에 존재하는 매질의 큐전율이고, 5는 마주보는 두면의 평균단면적이며, d는 마주보는 두면사이의 거리이다.

앞에서 설명한 바와같이 본고안에 의한 저전압 마그네트론의 안테나구조에 의하면 상기 안테나의 직경이 3내지 3.4로 증가되어 상기 안테나의 마이크로파 전류흐름이 원할히 이루어짐으로써 상기 안테나로부터 발땡되는 열이 감소되며, 또한 상기 안테나직경의 증가로 배기관과 안테나사이의 정전용량이 증가됨으로써 마그네트론의 출력이 향상될수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (1)

1. 열전자를 방출하는 필라멘트(17)와, 상기 필라멘트(17)를 외측에서 둘러싸서 마이크로파를 발생하도록 다수의 베인(15)이 배치된 양극통체(13)와, 상기 양극통체(13)에서 발생된 마이크로파를 유도하는 안테나(49')를 구비한 저전압 마그네트론에 있어서, 상기 안테나(49')는 그 직경이 3내지 3.4인 것을 특징으로 하는 저전압 마그네트론의 안테나구조.