МАГНЕТРОН Российский патент 2015 года по МПК H01J23/05 

Настоящее изобретение относится к магнетронам.

Как показано на фиг.1 сопроводительных чертежей, которая представляет собой осевое сечение известного магнетрона, известный магнетрон состоит из полого анода 1, в который продолжается катод, обозначенный в целом ссылочной позицией 2. Радиочастотная мощность может вводиться от анода в волновод (не показан) с помощью элемента А связи, расположенного в керамическом колпаке В. Входная мощность обеспечивается источником 3 питания постоянного тока высокого напряжения между катодом и анодом, при этом анод обычно имеет потенциал земли, а катод - высокий отрицательный потенциал. Пространство взаимодействия между анодом и катодом вакуумировано, и для поддержания высокого напряжения между анодом и катодом втулка 4 из изоляционного материала образует часть вакуумной оболочки. Втулка 4 скрепляется с анодом и катодом соответственно посредством втулок 5, 6 из сплава. Катод является полым и состоит из внешней втулки 7, содержащей сердечник 8, а эмиссионная часть катода представляет собой яркоизлучающую спиральную нить 9 накала. Для завершения вакуумной оболочки на ее верхнем конце расширяющаяся наружу часть 10 катодной втулки прикреплена к концу сердечника 8 посредством втулок 11, 12 из сплава, которые отделены друг от друга изоляционной втулкой 13. Втулки 11, 12 выполнены из ковара, сплава железа с никелем и кобальтом, чтобы иметь коэффициент теплового расширения, сравнимый с таковым для изоляционной втулки 13, которая выполнена из керамического материала. Источник питания для нагревания нити подключается между головкой сердечника и расширяющейся частью внешней втулки катода. Источник питания включает в себя развязывающий трансформатор, обозначенный в целом ссылочной позицией 14, первичная обмотка которого возбуждается от сети С, а также заземляется, а к выходу вторичной обмотки которого прикладывается высокое отрицательное напряжение, прикладываемое к катоду источником 3 постоянного тока.

Трансформатор работает на частоте сети, однако это является недостатком, поскольку изоляция между первичной и вторичной обмотками является тяжелой и объемной.

Предпочтительной была бы работа трансформатора 14 на высокой частоте, поскольку размер и вес трансформатора был бы значительно ниже.

Однако это имело бы недостаток, поскольку привело бы к значительному нагреву и потерям мощности из-за рассеивания мощности в материале втулок 11, 12 из сплава.

Таким образом, высокочастотное питание с вторичной обмотки трансформатора 14 будет порождать высокочастотный переменный ток, текущий вдоль сердечника 8 и возвращающийся вдоль расширяющейся части 10. Поскольку ковар является ферромагнитным материалом, будет формироваться значительный магнитный поток, циркулирующий через объем втулки 12, также переменный и на высокой частоте. Это, в свою очередь, будет порождать токи во втулке 12, которые будут приводить к потерям мощности. Такая же ситуация наблюдается во втулке 11.

В JP 3-187129 было предложено обеспечить входной терминал высокого напряжения емкостного типа для магнетрона, причем входной терминал, который покрывается проводящим слоем и проводит высокочастотный ток накала.

Настоящее изобретение обеспечивает магнетрон, в котором катод включает в себя две части, сочлененные втулками из сплава железа, разделенными втулкой из изоляционного материала, причем втулки из сплава железа имеют магнитный поток, индуцируемый в них, при использовании, от высокочастотного источника для нагревания катода, и втулки из сплава железа имеют поверхностное покрытие из проводящего материала.

Покрытие позволяет снизить потери мощности во втулках из сплава железа, обусловленные токами нагрева катода, индуцированными наведенным магнитным потоком от высокочастотного источника питания.

Далее описан более подробно один вариант осуществления настоящего изобретения посредством примера, со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой аксиальное сечение известного магнетрона; и

фиг.2 представляет собой увеличенный вид в перспективе втулки 12 магнетрона согласно настоящему изобретению.

Одинаковые ссылочные позиции были присвоены одинаковым частям во всех чертежах.

Магнетрон согласно настоящему изобретению отличается от известного магнетрона типом источника питания для нагрева нити накала (катода) и втулками 11, 12. Показана только втулка 12 (втулка 11 будет такой же), поскольку остальная часть магнетрона такая же, как показано на фиг.1.

В соответствии с настоящим изобретением вход трансформатора 14 возбуждается высокочастотным импульсным источником С питания, вместо того чтобы получать питание на частоте сети. Поэтому объем развязывающего трансформатора значительно уменьшается по сравнению с трансформатором, работающим на частоте сети.

Также, в соответствии с настоящим изобретением, втулки 11, 12 выполняются из ковара, как и ранее, но теперь имеют поверхностное покрытие из проводящего материала 15.

Как показано на фиг.2, азимутальный магнитный поток M1 будет циркулировать вокруг втулки 12 из-за высокочастотного переменного тока, текущего вдоль втулки 7 и сердечника 8 катода 2 (показан на фиг.2 символически как D, причем стрелки указывают направление тока в некоторый момент цикла). Каждая дифференциальная часть по длине окружности втулки 12 будет испытывать наведенный магнитный поток, и это будет приводить к образованию токовых контуров i вокруг каждой дифференциальной части втулки в направлении, параллельном оси втулки 12. В свою очередь, эти токи индуцируют азимутальный магнитный поток М2 во втулке 12 в противоположном направлении к потоку M1, и компенсируя его. Это соответствует правилу Ленца, или данный режим может рассматриваться как подобный закороченному витку вторичной обмотки трансформатора.

Поскольку токи во втулке и сердечнике являются высокочастотными, индуцированное магнитное поле будет высокочастотным переменным полем, и индуцированные токи i также будут высокочастотными. Из этого следует, что из-за скин-эффекта эти высокочастотные токи i будут главным образом переноситься поверхностным покрытием из проводящего материала и в очень малой степени будут переноситься самим коваром. Таким образом, нагрев и потери в самом корпусе из ковара будут незначительны, если вообще будут иметь место.

Преимущество конструкции состоит в том, что такие же рабочие характеристики могут быть достигнуты для данного магнетрона, как и в случае предыдущих источников нагрева, работающих на частоте сети, но источник нагрева и развязывающий трансформатор теперь будут обеспечены меньшими, более легкими и более дешевыми компонентами (например, развязывающий трансформатор, работающий на 50 или 60 Гц, может весить около 100 кг, в то время как работающий на 15 кГц может весить около 1 кг).

Удобно покрывать всю внутреннюю и внешнюю криволинейные поверхности втулок проводящим материалом, но это не является существенным. Например, втулки могут быть покрыты только на внутренней криволинейной поверхности или только на внешней криволинейной поверхности. Кроме того, независимо от того, будет ли выполнено покрытие на одной криволинейной поверхности или на обеих, нет необходимости в том, чтобы покрытие было полным. Например, покрытие может быть выполнено в виде нитей из проводящего материала, проходящих в аксиальном направлении, или может быть выполнено в виде сетки. Медь является предпочтительным проводящим материалом, но может использоваться и проводящий материал, отличный от меди, например серебро или любой другой материал с низким удельным сопротивлением.

В случае меди толщина непрерывного покрытия на внутренней и внешней криволинейных поверхностях может обеспечиваться в диапазоне от 1 мкм (10^-6 м) до 50 мкм, предпочтительно от 5 мкм до 30 мкм.

Кроме того, нет необходимости в том, чтобы материал втулок, несущих проводящий слой, был коваром. Могут использоваться другие сплавы железа, имеющие коэффициент расширения, сравнимый с таковым для изоляционной втулки, например железоникелевая группа сплавов.

Частота импульсного источника С питания может быть в диапазоне от 1 кГц до 1 МГц, но предпочтительно в диапазоне от 10 кГц до 500 кГц. Источник С питания не должен обязательно быть импульсным. Вместо этого могут использоваться другие варианты высокочастотных источников.

Изобретение относится к области электронной техники. Магнетрон имеет анод (1) и катод, обозначенный в целом ссылочной позицией (2), причем катод включает в себя две части, сочлененные втулками (11, 12) из сплава железа, разделенными втулкой (13) из изоляционного материала, причем втулки из сплава железа выполнены с возможностью присоединения к противоположным полюсам источника (14) питания для нагревания катода. Для нагревания катода используется высокочастотный источник питания меньшего объема и втулки из сплава железа, имеющие поверхностное покрытие из проводящего материала. Токи, наведенные магнитным полем, создаваемым высокочастотными токами источника питания, по большей части заключены в проводящем покрытии вследствие скин-эффекта, устраняя нагревание и потери в самом железном сплаве, которые могли бы иметь место в других случаях. Технический результат - снижение потерь мощности.10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Магнетрон, содержащий полый катод, включающий в себя нить накала в качестве электронно-эмиссионной части, и сердечник и внешнюю втулку, чтобы подключать между ними высокочастотное напряжение для нагревания нити накала, причем сердечник и внешняя втулка сочленены втулками из сплава железа, разделенными втулкой из изоляционного материала, причем втулки из сплава железа имеют магнитный поток, индуцируемый в них, при использовании, от высокочастотного источника для нагревания катода, и втулки из сплава железа имеют поверхностное покрытие с удельным сопротивлением, по существу равным удельному сопротивлению меди или серебра.

2. Магнетрон по п.1, в котором частота высокочастотного источника находится в пределах диапазона от 1 кГц до 1 МГц.

3. Магнетрон по п.2, в котором частота высокочастотного источника находится в пределах диапазона от 5 кГц до 500 кГц.

4. Магнетрон по п.1, в котором покрытие является непрерывным как на внутренней, так и на внешней криволинейных поверхностях втулок из сплава железа.

5. Магнетрон по п.4, в котором толщина покрытия находится в пределах диапазона от 1 мкм до 50 мкм.

6. Магнетрон по п.5, в котором толщина покрытия находится в пределах диапазона от 5 мкм до 30 мкм.

7. Магнетрон по п.1, в котором материалом покрытия является медь.

8. Магнетрон по п.1, в котором сплав железа втулок представляет собой сплав железа с никелем и кобальтом.

9. Магнетрон по п.8, в котором сплав железа представляет собой ковар.

10. Магнетрон по п.1, в котором изоляционным материалом является керамический материал.

11. Магнетрон по п.1, в котором соединение втулок из сплава железа с втулками из изоляционного материала представляет собой вакуум-плотное соединение.