磁控管的製作方法

2023-06-04 03:11:56 2

專利名稱：磁控管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發生微波振蕩的磁控管。具體地講，涉及一種具有能夠有效抑制寄生模式振蕩的結構的磁控管。
背景技術：
近幾年，對於輻射微波的裝置中寄生輻射的限制逐漸變得嚴格。在這種趨勢下，作為振蕩管的磁控管是一種在振蕩機構上很難抑制寄生輻射的裝置。然而，磁控管由於價格低並且操縱容易可得到大功率，磁控管而被廣泛地用在雷達裝置等發射機上。因此，對於能抑制磁控管的寄生輻射產品的開發正被廣泛開展起來。
一般的磁控管，主振蕩模式被稱作π模式的相鄰的空腔間以構成π弧度的相位差的模式振蕩，然而由於結構的原因，磁控管會產生除這種π模式以外的許多共振模式。在葉片帶型(vane trap type)磁控管中，一般磁控管輻射的寄生成分中最大的是被稱作π-1模式的成分，會產生π模式的振蕩頻率的1.1～2倍頻率的無用輻射。通常這種π模式與π-1模式的輸出電平之比能達到為-30～-50dBc(與基波電平比較的分貝值)的程度，需要用高的電平抑制寄生輻射，從而不形成幹擾、噪聲源。
為了抑制這種寄生輻射，採用下面的電路結構，把被傳遞到波導管52內的寄生振蕩波，與從磁控管50的天線51接收的π模的基頻基波一起通過圖5所示的與波導管52連接的濾波器53被衰減。更進一步，圖5中分別表示了陽極殼體55、陽極葉片56、帶57。
使用帶通濾波器、低通濾波器、帶阻濾波器等(參照特開平2001-35399號公報)作為濾波器，使主振蕩模式的頻率通過，寄生成分的π-1模式不能通過。通過配置濾波器，通過頻帶寬的π模式的基波振蕩能夠毫無問題的通過，而例如比π模式頻率高的π-1模式的寄生振蕩則被濾波器截止，不被傳遞到發送天線方向。
如上所述，由於磁控管會從輸出端輻射寄生振蕩波，雷達裝置內有必要配置濾波器。然而，雷達裝置多被安裝在船舶等高的位置上，要求設計得小型輕便，而安裝濾波器則違背了這種要求。此外，由於濾波器的加工精度要確保基波以外的衰減量，同時基波能夠不被衰減的通過，因此要求加工成精度高的尺寸，存在成本變高的問題。
本發明為解決上述問題提出，其目的在於提供一種能抑制π-1模式等寄生振蕩這種磁控管中特別的問題，即使不插入濾波器也能夠抑制寄生輻射的磁控管。

發明內容
本發明者對於抑制磁控管中的寄生振蕩進行多次研究，結果發現例如利用葉片的側端與極片之間的空間等，通過形成以比寄生振蕩頻率低若干的頻率共振的共振模式，降低產生寄生的共振的Q值，能夠大大抑制這種振蕩，幾乎不產生噪聲問題。特別是輸出較大的π-1模式的寄生，是基波的頻率(波長λ)的1.1倍左右，例如通過把極片的前端，在大於從葉片的前端起算在葉片長度的1/3的範圍內，接近到相對葉片側端在0.015λ以內的位置，由葉片側端與極片之間的空間所引起的模式的共振頻率是以比π-1模式低若干的頻率共振，π-1模式的共振的Q值被降低從而大大抑制這種振蕩。
根據本發明的磁控管，具有陽極，設置了多個葉片，葉片的一端被固定在圓柱形陽極殼體的內周壁上，與這一端相對的前端朝向該陽極殼體的中心呈放射狀延伸，相鄰的葉片間形成空腔；陰極，被設置在該陽極的中心；和一組極片，將前述葉片的側端夾在中間，使得能向前述葉片的前端與前述陰極相對的作用空間施加與前述陰極大體平行的磁場，其特徵在於，在從前述葉片前端開始到該葉片長度(前述一端和前端間的長度)的1/3以上的範圍內，在前述葉片側端與前述極片前端的間隔為0.015λ(λ是磁控管的振蕩波長)以內的位置設置前述一組極片中的至少一個。
此處葉片的側端表示沿陽極殼體的軸向延伸的葉片的兩端，陽極殼體的半徑方向的葉片的兩端是前述一端和前端，其徑向的葉片長度表示前述葉片的長度。
根據這種結構，葉片的側端與極片前端之間形成的空間的共振頻率，成為比π-1模式寄生振蕩的頻率低若干的共振頻率，降低了π-1模式振蕩的共振的Q值，結果能夠大大減小π-1模式振蕩的輸出，得到即使不附加濾波器也幾乎沒有寄生影響的磁控管。
以下的結構代替前述極片前端接近葉片側端的設計也是可以的，在前述一組極片中至少一個的前端和前述葉片的側端之間，在從前述葉片前端開始到該葉片長度(前述一端和前端間的長度)的1/3以上的範圍內，在前述葉片的側端的間隔為0.015λ(λ是磁控管的振蕩波長)以內的位置上設置有金屬片。如果是這種結構，極片的間隔維持最佳的尺寸，為作用空間施加最佳的磁場的同時，通過銅等非磁性體，能夠形成降低寄生的Q值的共振模式。再者，金屬片附著在極片的前端也可以，固定在極片以外的陽極殼體等上面也可以。
根據本發明的磁控管的另一個方式，具有陽極，設置了多個葉片，葉片的一端被固定在圓柱形陽極殼體的內周壁上，與這一端相對的前端朝向該陽極殼體的中心呈放射狀延伸，相鄰的葉片間形成空腔；陰極，被設置在該陽極的中心；和一組極片，將前述葉片的側端夾在中間，使得能向前述葉片的前端與前述陰極相對的作用空間施加與前述陰極大體平行的磁場，其特徵在於，與前述葉片側端相對而設置前述極片的前端或者金屬片，使得通過前述葉片的側端和前述極片的前端之間的空間所引起的模式的諧振頻率為π模式的頻率和π-1模式的頻率之間的頻率。
在與前述葉片側端對置而設置前述極片的前端或者金屬片，使得由前述葉片的側端和前述極片的前端之間的空間所引起(決定)的模式的共振頻率為在從前述π-1模式的頻率的下限附近起算在250MHz以內的頻率，通過在施加陽極電壓的上升沿以比π-1模式低的頻率開始振蕩，抑制π-1模式振蕩，同時由於能夠降低π-1模式的共振的Q值，能夠更加抑制π-1模式的振蕩。


圖1是表示根據本發明的磁控管的一個實施方式的剖視圖。
圖2是通過網絡分析器觀測的圖1所示的磁控管的共振特性的圖。
圖3是表示根據本發明的磁控管的另一實施方式的剖視圖。
圖4是表示根據本發明的磁控管的另一實施方式的剖視圖。
圖5是表示以往的磁控管的構成例的剖視圖。
具體實施例方式
接下來，參照附圖對本發明的磁控管進行說明。基於本發明的磁控管具有圖1的一實施方式的剖視圖所表示的結構。也就是，一端被固定在圓柱形的陽極殼體11的內周壁，與這一端相對的前端12a朝向陽極殼體11的中心呈放射狀延伸，通過這樣設置多個葉片12，形成了在相鄰的葉片間有空腔13(參照圖1(b))的陽極1，在陽極1的中心設置陰極2。然後設置一組極片4，用於為在葉片12的前端12a與陰極2對置的作用空間3能施加與陰極2大體平行的磁場，葉片12的側端12b被夾在極片4中間。
本發明具有以下特徵，從葉片前端12a起算在大於葉片長度L(前述一端和前端間的長度)的1/3的範圍內，設置極片4中的至少一個使得葉片側端12b與極片4的前端的間隔B在0.015λ(λ是磁控管的振蕩波長)以內，並且不與葉片12接觸。
如圖1(a)和圖1(b)分別表示的縱剖面和橫剖面所示，由無氧銅等板材構成的多個葉片(陽極片)12的一端被固定在在由無氧銅等構成的陽極殼體11的內周壁上，另一端12a朝向陽極殼體11的中心延伸，在葉片12間形成了按照所要求的頻率振蕩的諧振腔13。每個葉片12都用帶14連接，各個相差π弧度相位，形成了容易產生π模式振蕩的結構。
在被葉片12的前端12a所包圍的陽極殼體11的中心部分同心狀地插入陰極2，葉片12的前端12a與陰極2之間形成作用空間3，成為從陰極2發射的電子運動的空間。從陽極殼體11的軸向的兩端插入由鐵等強磁性材料構成的一組極片4，固定在陽極殼體11上，可以為這個作用空間3施加與陰極2平行方向的磁場，由圖中沒有表示的永久磁鐵或者電磁鐵產生的磁場施加在作用空間3，通過為作用空間施加的電磁場使電子運動，為空腔提供能量，而形成共振。
圖1所示的例子，設置極片4並且使得極片4的前端和葉片12的側端12b的間隔B，振蕩波長為λ時為0.015λ以下。也就是，如前述形成陽極1使主振蕩模式以π模式振蕩，以這種π模式振蕩的磁控管中，其振蕩頻率的1.1倍頻率的π-1模式的寄生成為輸出最大的寄生，通過形成以比此頻率低若干的頻率振蕩的共振模式，能夠降低π-1模式的共振的Q值，從而能大大降低振蕩輸出。通過把前述極片4的前端與葉片側端12b的間隔設定為0.015λ以下，能降低π-1模的共振的Q值。
例如如果主振蕩為9.4GHz，其波長λ為31.9mm，0.015λ是很小的0.48mm，在這之間的容量，以比π-1模式的振蕩頻率低的頻率共振。如果把這個間隔變大，共振頻率就變高，不能有效減少π-1模的寄生。此外，作為設定這個間隔的範圍，過於狹小的範圍不能夠充分的抑制寄生，需要從葉片前端12a起算在至少大於葉片長度的1/3的範圍A內保持上述間隔B。
圖2為通過網絡分析器觀測的磁控管共振器的回波損耗特性。橫軸是頻率，縱軸是以dB表示的回波損耗量。圖中頻率為9.4GHz的下降是作為基波的π模式共振。一般磁控管輻射的寄生成分中最大的π-1模式的寄生頻率為圖2中虛線所表示的10.5GHz。如圖2中實線所表示的，通過把前述的極片4和葉片側端12b間的距離B，選擇為從葉片前端12a起算在葉片長度L的1/3範圍A內，在磁控管的振蕩波長λ的0.015倍以內，在主振蕩的9.4GHz的共振下降依舊出現，鄰近比π-1模式的頻率低若干的位置，出現新的共振模式的頻率，Q值被降低。因此，π模式以外的Q值低的振蕩被抑制，寄生振蕩被抑制。
葉片側端12b與極片4之間的間隔B即使不小於前述的尺寸，也可以利用葉片側端12b與極片4之間的空間形成以π模式和π-1模式之間的頻率共振的共振模式，從而能夠有效抑制π-1模式的振蕩。也就是，當加上脈衝陽極電壓，在上升沿π-1模式振蕩產生以前，被位於頻率低的點的上述共振鎖定，不產生π-1模式振蕩，是因為π模式的振蕩變成上升。因此，由磁控管發出輻射，而對π模式沒有現有技術的那種影響供給不輻射π-1模式的、抑制寄生的、具有頻譜特性的優質的微波。這種情況下，通過把空間5內共振頻率調整為在π-1模式的下限(π-1模式的振蕩頻率的最低的頻率)附近的250MHz以內，能夠有助於降低前述的Q值，更加抑制寄生振蕩。
極片4本來其目的在於向作用空間3提供磁場，它前端的形狀不必是完全的平坦面。也就是，前端被磨尖，或邊緣被進行倒角加工，即使為了確保與中心部的陰極2的距離而成為遠離的形狀，只要從本申請所表示的葉片12的側端12b起算在葉片長度的1/3距離以內，極片4的前端的一部分存在與前述的距離B在磁控管振蕩波長的0.015倍以內的部分，就能夠得到上述的效果。
前述的例子中，雖決定了按以下方式配置極片4的前端，即極片4的前端按照在規定的尺寸以下接近葉片12的側端12b，或者葉片12的側端12b與極片4之間的空間所引起的共振模式以π模式和π-1模式之間的頻率共振，然而通過極片4的前端接近葉片12，改變了一對相對的極片的間隔，作用空間3的磁場圖形發生變化，會出現影響振蕩特性的情況。在這種情況下，下面的設計也是可以的，不改變極片4的前端的位置，在極片4的前端粘貼由銅這種非磁性體構成的金屬片6，或者固定在陽極殼體11的內壁的金屬片6遮蓋從葉片前端12a起算的葉片長L的至少1/3的部分A。
也就是，通過如圖3所示的例子中在極片4的前端粘貼由無氧銅構成的金屬片6，使其表面與葉片側端12b的距離B在0.015λ以內，實現葉片側端12b與極片4之間的空間5所引起的共振模式的共振頻率以π模式和π-1模式之間的頻率共振。也就是，共振頻率與前述圖1所示的例子作用相同，由於金屬片6由非磁性體構成，關於磁場，與極片4不動時具有同樣的特性，對磁控管的π模式振蕩的電特性沒有什麼影響，僅可抑制寄生的產生，得到頻譜特性十分良好的磁控管。
圖4所示的例子被設計成，金屬片6沒有被貼在極片4上面，而是固定在陽極殼體11的內周壁上，直接伸向它的中心，以此遮蓋住從葉片前端12a起算的至少1/3的範圍。通過把與葉片側端12b的間隔B設定為所要求的尺寸，能夠共振頻率設定為比寄生模式低若干的頻率，也能夠把由葉片12與極片4之間的空間5所引起的共振模式設定為以π模式和π-1模式之間的頻率共振。再者，圖3和圖4中，金屬片6以外的部分的結構與圖1所示的結構相同，給相同的部分標以相同的標號，並省略說明。
圖3和圖4任何一個的例子中，可以在與極片4的前端一周相當的全體部分設置金屬片6，得到所期望的特性，在與極片4前端表面一部相當的局部形成金屬片6，能夠通過加大與葉片12之間局部的容量，調整整體的特性。
更進一步，僅對一對相對極片中的一個調整極片4的前端位置或者設置金屬片6會產生效果，對兩個極片都調整也是可以的。此外，通過一組極片4的兩側分別以不同的頻率共振，能夠一方面抑制π-1模式，另一方面抑制其它模式的寄生。
如上所述，根據本發明，能夠不影響主振蕩模式的π模式的Q值、耦合度，通過降低以π-1模式為代表的多個寄生共振的Q值進行抑制。結果得到以π模式穩定振蕩，不產生寄生的具有良好的頻譜特性磁控管。因此，能夠不使用影響到空間效率和不得已要增加重量的濾波器，而實現方便使用並且成本低。
權利要求
1.一種磁控管，具有陽極，設置了多個葉片，葉片的一端被固定在圓柱形陽極殼體的內周壁上，與這一端相對的前端朝向該陽極殼體的中心呈放射狀延伸，相鄰的葉片間形成空腔；陰極，被設置在該陽極的中心；和一組極片，將前述葉片的側端夾在中間，使得能向前述葉片的前端與前述陰極相對的作用空間施加與前述陰極大體平行的磁場，其特徵在於，在從前述葉片前端開始到該葉片長度(前述一端和前端間的長度)的1/3以上的範圍內，在前述葉片側端與前述極片前端的間隔為0.015λ(λ是磁控管的振蕩波長)以內的位置設置前述一組極片中的至少一個。
2.一種磁控管，具有陽極，設置了多個葉片，葉片的一端被固定在圓柱形陽極殼體的內周壁上，與這一端相對的前端朝向該陽極殼體的中心呈放射狀延伸，相鄰的葉片間形成空腔；陰極，被設置在該陽極的中心；和一組極片，將前述葉片的側端夾在中間，使得能向前述葉片的前端與前述陰極相對的作用空間施加與前述陰極大體平行的磁場，其特徵在於，在前述一組極片中至少一個的前端和前述葉片的側端之間，在從前述葉片前端開始到該葉片長度(前述一端和前端間的長度)的1/3以上的範圍內，在前述葉片的側端的間隔為0.015λ(λ是磁控管的振蕩波長)以內的位置上設置有金屬片。
3.一種磁控管，具有陽極，設置了多個葉片，葉片的一端被固定在圓柱形陽極殼體的內周壁上，與這一端相對的前端朝向該陽極殼體的中心呈放射狀延伸，相鄰的葉片間形成空腔；陰極，被設置在該陽極的中心；和一組極片，將前述葉片的側端夾在中間，使得能向前述葉片的前端與前述陰極相對的作用空間施加與前述陰極大體平行的磁場，其特徵在於，與前述葉片側端相對而設置前述極片的前端或者金屬片，使得通過前述葉片的側端和前述極片的前端之間的空間所引起的模式的諧振頻率為π模式的頻率和π-1模式的頻率之間的頻率。
4.根據權利要求3所記載的磁控管，其特徵在於，與前述葉片側端相對而設置前述極片的前端或者金屬片，使得通過前述葉片的側端和前述極片的前端之間的空間所引起的模式的共振頻率為從前述π-1模式的頻率的下限開始到250MHz以內的頻率。
全文摘要
π－1模式等寄生振蕩是磁控管中特別的問題，本發明提供一種能夠抑制寄生振蕩，即使不配置濾波器也能夠抑制寄生輻射的磁控管。本發明的磁控管，在圓柱形的陽極殼體11的內周壁上設置多個葉片12形成了陽極1，葉片的前端12a朝向陽極殼體11的中心呈放射狀延伸，中心部分設置陰極2。設置一組極片4用於為葉片前端12a與陰極2相對的作用空間3施加磁場。極片中至少有一個，在大於從葉片前端12a開始該葉片長度L的1/3的範圍內，葉片側端12b與極片前端的間隔B小於等於0.015λ(λ是磁控管的振蕩波長)。
文檔編號H01J23/02GK1497646SQ03160118
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月26日 優先權日2002年9月26日
發明者小畑英幸, 辻直樹, 小 英幸 申請人:新日本無線株式會社