專利名稱：磁控管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁控管。
在一種已知的磁控管設(shè)計(jì)中，中心圓柱狀陰極由陽(yáng)極結(jié)構(gòu)包圍，該陽(yáng)極結(jié)構(gòu)一般包括支撐多個(gè)從其內(nèi)部表面向內(nèi)延伸的陽(yáng)極葉片的圓柱導(dǎo)體。在工作期間，在平行于圓柱狀結(jié)構(gòu)的縱軸方向施加磁場(chǎng)，與陰極和陽(yáng)極之間的電場(chǎng)結(jié)合，作用于由陰極發(fā)射的電子，導(dǎo)致發(fā)生諧振并產(chǎn)生射頻能。根據(jù)由陽(yáng)極葉片限定的腔體之間的耦合，磁控管能夠支持幾種模式的振蕩，并在輸出頻率和功率上產(chǎn)生變化。通常要求的工作模式是所謂的pi工作模式。
理想狀態(tài)是能夠抑制在某種模式中產(chǎn)生的功率傳輸，例如，所謂的pi-1模式。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果傳輸，在此模式下產(chǎn)生的功率將干擾其他電子器件，如手機(jī)、衛(wèi)星鏈路和其他通訊系統(tǒng)。已經(jīng)提出了各種方法來(lái)抑制此模式運(yùn)行，但是一般發(fā)現(xiàn)這些方法成本高、復(fù)雜，并且也抑制了所需運(yùn)行模式的輻射，例如p模式。本發(fā)明從是與海洋雷達(dá)應(yīng)用相關(guān)的工作中引起的。此種磁控管是小巧、簡(jiǎn)單和成本低的器件，因此尋求一種解決pi-1輻射問(wèn)題的低成本和直接的解決方案。
本發(fā)明提供一種磁控管，包括陽(yáng)極和介質(zhì)諧振器，其中該陽(yáng)極具有限定多個(gè)腔體的至少一個(gè)葉片，該介質(zhì)諧振器的一部分是損耗的，并與至少一個(gè)葉片連接，在使用中該諧振器被設(shè)置成至少部分衰減磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射。
與一個(gè)葉片或多個(gè)葉片連接的部分損耗介質(zhì)材料的提供導(dǎo)致寄生輻射的吸收。
優(yōu)選地，預(yù)定模式為pi-1模式。在該模式下產(chǎn)生的輻射的吸收阻止了對(duì)其他電子器件的干擾。
優(yōu)選地，諧振器的損耗部分位于比其他部分距陽(yáng)極更遠(yuǎn)的位置。這種設(shè)置是有利的，因?yàn)榕cpi模式有關(guān)的電場(chǎng)未穿透至和pi-1模式相關(guān)的那些場(chǎng)同樣的深度。由此，通過(guò)利用遠(yuǎn)端的損耗部分，在pi-1模式中產(chǎn)生的電場(chǎng)比pi模式產(chǎn)生的功率衰減得更多。
有利地，諧振器的損耗部分比其他部分更薄，例如是其它部分的四分之一或更少。
通過(guò)引入介于損耗部分和其它部分之間的導(dǎo)電區(qū)，本發(fā)明的性能獲得提高。
諧振器可以包括兩個(gè)環(huán)狀件，其中之一是損耗的。環(huán)狀件可以是同軸的。為了獲得上面提到的改善的性能，又一個(gè)由導(dǎo)電材料制成的環(huán)狀件可以插入在損耗和無(wú)損耗件之間。
介質(zhì)諧振器可以包括陶瓷材料，例如氧化鋁。損耗部分可以是含有碳的陶瓷材料。
諧振器可以是環(huán)形的并與陽(yáng)極葉片同軸。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種用于衰減由磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射的裝置，所述裝置包括設(shè)置成與磁控管的至少一個(gè)陽(yáng)極葉片連接的介質(zhì)諧振器。
現(xiàn)在參考附圖，通過(guò)實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的磁控管的剖面圖；圖2為圖1中磁控管pi和pi-1模式的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖，表示電場(chǎng)隨位置的變化；圖3為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的可替換的磁控管的剖面圖；圖4a為圖3諧振器的剖面圖，圖4b為圖3諧振器的平面圖；以及圖5為圖3中磁控管pi和pi-1模式的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖，表示電場(chǎng)隨位置的變化。
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中同樣的附圖標(biāo)記用于表示同樣的零件。
參考圖1，示出了由參考數(shù)字1表示的常規(guī)磁控管的基本結(jié)構(gòu)。主要的基本結(jié)構(gòu)包括具有多個(gè)葉片3的陽(yáng)極2，其中的兩個(gè)葉片3a，3b見(jiàn)于圖中。當(dāng)從上面看時(shí)，葉片繞陽(yáng)極2的圓柱狀部分4的內(nèi)圓周均勻間隔開(kāi)，并從此向內(nèi)延伸，由此形成多個(gè)諧振腔。磁控管還包括被陽(yáng)極2環(huán)繞的中心陰極5。磁控管1也包括為產(chǎn)生磁控管工作所需要的磁場(chǎng)而設(shè)置的磁極件6a、6b。陽(yáng)極葉片可以帶均壓環(huán)，但在圖中未示出均壓環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明，磁控管進(jìn)一步包括介質(zhì)諧振器7，它的一部分是損耗的。諧振器7位于在陽(yáng)極葉片3的端部和一個(gè)磁極件6a之間的磁控管的空間中，使得它與多個(gè)葉片連接，包括葉片3a、3b。圖中示出諧振器還與一個(gè)磁極件6a連接，但并不需要這樣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明即使當(dāng)磁極件與諧振器7隔開(kāi)時(shí)也能工作。
在本實(shí)施例中，諧振器7以兩個(gè)環(huán)狀件8和9的形式實(shí)現(xiàn)。環(huán)狀件8和9基本上同軸并緊密接觸，盡管也允許分開(kāi)很小的量。環(huán)狀件8為基本上無(wú)損耗的普通陶瓷材料，環(huán)狀件9為損耗材料，例如含有碳粉的陶瓷。如此設(shè)置環(huán)狀件8、9使得無(wú)損耗環(huán)狀件8插入在陽(yáng)極葉片3a、3b和損耗環(huán)狀件9之間。陽(yáng)極葉片3a、3b與環(huán)狀件8、9也基本上同軸。
預(yù)定環(huán)狀件8、9的尺寸使得環(huán)狀件作為介質(zhì)諧振器以所謂的TM110模式諧振。將諧振器7設(shè)置成通過(guò)磁耦合到陽(yáng)極而衰減在磁控管的不想要的工作模式下產(chǎn)生的輻射，例如pi-1模式，由此抑制在此模式下的功率傳輸。
現(xiàn)在參考圖2，該曲線示出相對(duì)于沿諧振器的厚度位置而繪出的場(chǎng)強(qiáng)度?？v軸10表示陽(yáng)極葉片遇到諧振器的位置，縱軸11表示諧振器遇到磁極件的位置。縱軸12表示諧振器損耗和無(wú)損耗部分的連接處。
上面的線13表示在pi-1模式下TM110場(chǎng)穿入諧振器。電場(chǎng)在整個(gè)諧振器深度都是高的，甚至在損耗部分。所以，損耗陶瓷對(duì)pi-1模式的幾乎全部場(chǎng)起作用。選擇環(huán)狀件的直徑使得在TM110模式下在諧振器中建立諧振，在頻率上它與陽(yáng)極的pi-1諧振一致。這兩個(gè)諧振通過(guò)普通的在外徑的水平磁場(chǎng)強(qiáng)耦合到一起，使得在陶瓷諧振中的電阻損失轉(zhuǎn)化為pi-1諧振中的較大串聯(lián)電阻，并得到低Q。用這種方式衰減了pi-1模式。
在圖中的另一條線14表示在pi模式下邊緣場(chǎng)的穿過(guò)。很小的場(chǎng)進(jìn)入諧振器的損耗部分，因此在pi模式下只有一部分場(chǎng)被抑制，一般小于20％。然而，優(yōu)選使在pi模式下產(chǎn)生的場(chǎng)的衰減最小所以可以使用根據(jù)圖3的磁控管。
圖3示出的磁控管具有和圖1示出的磁控管相同的結(jié)構(gòu)，除了薄的金屬環(huán)狀件15插入在無(wú)損耗環(huán)狀件8和損耗環(huán)狀件9之間。
圖4a示出圖3諧振器的剖面，也示出以TM1110模式在諧振器中建立的電場(chǎng)和電流(I)。圖4b是諧振器的平面圖。TM110模式建立在損耗環(huán)狀件9中。無(wú)損耗環(huán)狀件將pi-1耦合到損耗環(huán)狀件。金屬環(huán)15具有比陶瓷環(huán)狀件更小的外徑，因此使損耗環(huán)狀件和普通環(huán)狀件之間的磁耦合提高，導(dǎo)致如同從前一樣衰減pi-1模式。TM110電流繞陶瓷的外徑流過(guò)，在此位置金屬環(huán)不干擾它們。Pi模式殘留場(chǎng)被充分降低了，并通過(guò)金屬環(huán)可以降低到零。該金屬墊圈15的效果也在圖5的曲線中示出。
圖5示出進(jìn)入到pi模式的邊緣場(chǎng)和pi-1模式的TM110場(chǎng)的諧振器的深度?？v軸16表示陽(yáng)極葉片遇到諧振器的位置，縱軸17表示諧振器遇到磁極件的位置?？v軸18表示金屬環(huán)狀件15的位置。在此圖中的水平線19表示pi-1模式中產(chǎn)生的場(chǎng)的強(qiáng)度，并說(shuō)明這些場(chǎng)進(jìn)入到并包括損耗部分的諧振器。所以，損耗陶瓷可以對(duì)殘留場(chǎng)起作用并能衰減它。線20表示在pi模式中產(chǎn)生的場(chǎng)的強(qiáng)度。當(dāng)場(chǎng)遇到金屬環(huán)狀件時(shí)場(chǎng)強(qiáng)度急劇下降，由此只有一小部分場(chǎng)進(jìn)入諧振器的損耗部分。
利用圖3的磁控管布置，可以減少pi-1模式的Q0，從1000到大約50。然而，在pi模式下的變化是可以忽略的-Q0從1000變化到將近950。通過(guò)對(duì)磁控管的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行稍微的調(diào)整可以適應(yīng)這種情況，并且是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，金屬墊圈具有小于環(huán)狀件8、9的外部直徑。此結(jié)構(gòu)提供了損耗環(huán)狀件和無(wú)損耗環(huán)狀件之間的磁耦合。金屬環(huán)狀件以環(huán)狀件8、9之一的表面的金屬層的形式實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)對(duì)上部環(huán)狀件9和下部環(huán)狀件8金屬化形成。盡管本發(fā)明已經(jīng)對(duì)于包括多個(gè)部件的諧振器進(jìn)行了描述，但是諧振器也可以包括在諧振器不同區(qū)域內(nèi)的、具有不同損耗特性的單一部件。
用于諧振器的合適的陶瓷是氧化鋁，盡管也可以使用任何適合于真空的絕緣體。因?yàn)樘沾蓧|圈可以成批便宜地制造，發(fā)明人對(duì)寄生輻射問(wèn)題的解決方案是成本低和簡(jiǎn)單的。一般諧振器的成本為幾個(gè)便士，在磁控管中諧振器的裝配也不復(fù)雜，因此在制造和勞動(dòng)成本方面沒(méi)有明顯增加。
盡管本發(fā)明是相對(duì)于低功率磁控管而設(shè)計(jì)，但可以認(rèn)為它同樣易于應(yīng)用到高功率磁控管。例如，雖然已經(jīng)描述了常規(guī)的帶均壓環(huán)的陽(yáng)極葉片磁控管，但是也可以和日出型磁控管一起使用。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行進(jìn)一步的變化。例如，介質(zhì)諧振器不需要為環(huán)狀件，也不需要為封閉形狀。而且，介質(zhì)諧振器也不需要接觸所有的葉片。
權(quán)利要求
1.一種磁控管，包括陽(yáng)極和介質(zhì)諧振器，其中該陽(yáng)極具有限定多個(gè)腔體的至少一個(gè)葉片，該介質(zhì)諧振器的一部分是損耗的，并與至少一個(gè)葉片連接，在使用中該諧振器被設(shè)置成至少部分衰減磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射。
2.一種磁控管，包括陽(yáng)極和介質(zhì)諧振器，其中該陽(yáng)極具有限定多個(gè)腔體的多個(gè)葉片，該介質(zhì)諧振器的一部分是損耗的，并與至少一個(gè)葉片連接，在使用中該諧振器被設(shè)置成至少部分衰減磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射。
3.如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的磁控管，其中預(yù)定模式為pi-1模式。
4.如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的磁控管，其中諧振器的損耗部分位于比其他部分距陽(yáng)極葉片更遠(yuǎn)的位置。
5.如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的磁控管，其中諧振器的損耗部分比其他部分更薄。
6.如權(quán)利要求5所述的磁控管，其中諧振器的損耗部分的厚度小于其它部分四分之一的厚度。
7.如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的磁控管，進(jìn)一步包括插入在損耗部分和其它部分之間的導(dǎo)電區(qū)。
8.如權(quán)利要求1到6中的任何一個(gè)所述的磁控管，其中諧振器的損耗部分包括第一環(huán)狀件，另一部分包括第二環(huán)狀件，第一和第二環(huán)狀件基本上同軸。
9.如權(quán)利要求8所述的磁控管，進(jìn)一步包括介于第一和第二環(huán)狀件之間的由導(dǎo)電材料制成的第三部件。
10.如權(quán)利要求9所述的磁控管，其中第三部件是環(huán)狀的，并基本上與第一和第二環(huán)狀件同軸。
11.如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的磁控管，其中介質(zhì)諧振器包括陶瓷材料。
12.如權(quán)利要求11所述的磁控管，其中陶瓷材料為氧化鋁。
13.如權(quán)利要求11或12所述的磁控管，其中損耗部分包括含有碳的陶瓷材料。
14.如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的磁控管，其中葉片被基本上同軸設(shè)置，并且諧振器基本上與葉片同軸。
15.一種基本上如前所述的或參考如附圖所示的磁控管。
16.一種包含如前面權(quán)利要求所述的磁控管的雷達(dá)系統(tǒng)。
17.一種用于衰減磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射的裝置，所述裝置包括介質(zhì)諧振器，其一部分是損耗的，并設(shè)置成與磁控管的至少一個(gè)陽(yáng)極葉片連接。
18.如權(quán)利要求17所述的衰減輻射的裝置，其中預(yù)定模式為pi-1模式。
19.如權(quán)利要求17或18所述的衰減輻射的裝置，其中諧振器的損耗部分位于比其他部分距陽(yáng)極葉片更遠(yuǎn)的位置。
20.如權(quán)利要求17到19的任何一個(gè)所述的衰減輻射的裝置，其中諧振器的損耗部分比其他部分更薄。
21.如權(quán)利要求20所述的衰減輻射的裝置，其中諧振器的損耗部分的厚度小于其它部分四分之一的厚度。
22.如權(quán)利要求17到21的任何一個(gè)所述的衰減輻射的裝置，進(jìn)一步包括插入在損耗部分和其它部分之間的導(dǎo)電區(qū)。
23.如權(quán)利要求17到21中的任何一個(gè)所述的衰減輻射的裝置，其中諧振器的損耗部分包括第一環(huán)狀件，另一部分包括第二環(huán)狀件，第一和第二環(huán)狀件基本上同軸。
24.如權(quán)利要求23所述的衰減輻射的裝置，進(jìn)一步包括介于第一和第二環(huán)狀件之間的由導(dǎo)電材料制成的第三部件。
25.如權(quán)利要求24所述的衰減輻射的裝置，其中第三部件是環(huán)狀的，并基本上與第一和第二環(huán)狀件同軸。
26.如權(quán)利要求17到25中的任何一個(gè)所述的衰減輻射的裝置，其中介質(zhì)諧振器具有陶瓷材料。
27.如權(quán)利要求26所述的衰減輻射的裝置，其中陶瓷材料為氧化鋁。
28.如權(quán)利要求27或28所述的衰減輻射的裝置，其中損耗部分包括含有碳的陶瓷材料。
29.一種基本上如前所述的或參考如附圖所示的用于衰減磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射的裝置。
全文摘要
一種磁控管，包括具有至少一個(gè)葉片(3)的陽(yáng)極(2)，其中該陽(yáng)極限定多個(gè)腔體。介質(zhì)諧振器(7)設(shè)置成與至少一個(gè)葉片連接。介質(zhì)諧振器包括損耗部分。在使用中該諧振器至少部分吸收磁控管在預(yù)定工作模式下產(chǎn)生的輻射，例如pi－1模式。如果傳輸，在pi－1模式中產(chǎn)生的功率將對(duì)其它電子器件進(jìn)行干擾。諧振器可以具有陶瓷材料，如氧化鋁。損耗材料可以包括含碳陶瓷。
文檔編號(hào)H01J25/50GK1643637SQ03806170
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月16日
發(fā)明者M·B·C·布拉迪 申請(qǐng)人:E2V技術(shù)(英國(guó))有限公司