(57)【要約】マグネトロンは、複数の空洞を定める少なくとも１つの羽根（３）を有するアノード（２）を備える。誘電体共振器（７）は、羽根と通信するように配置される。誘電体共振器は損失の多い部分を含む。使用の際に、誘電体共振器は、ｐｉ−１モードのようなマグネトロンの所定の作動モードで発生したスプリアス放射を少なくとも部分的に吸収する。ｐｉ−１モードで発生したパワーは、伝送された場合には、他の電子機器を妨害する。共振器は、アルミナのようなセラミック材料からなるものとすることができる。損失の多い材料は、炭素が混ぜ込まれたセラミックからからなるものとすることができる。
2005521201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空洞を定める少なくとも１つの羽根をもつアノードと、誘電体共振器とを備え、該共振器の一部が、損失の多い状態で前記羽根の少なくとも１つと通信し、該共振器が、使用の際に前記マグネトロンの所定の作動モードで発生した放射を少なくとも部分的に減弱するように配置されたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
複数の空洞を定める複数の羽根をもつアノードと、誘電体共振器とを備え、該共振器の一部が、損失の多い状態で前記羽根の少なくとも１つと通信し、該共振器が、使用の際に前記マグネトロンの所定の作動モードで発生した放射を少なくとも部分的に減弱するように配置されたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項３】
前記所定のモードがｐｉ−１モードであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記共振器の損失の多い部分が、前記他方の部分より前記アノード羽根からさらに遠くに配置されたことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項５】
前記共振器の損失の多い部分が前記他方の部分より薄いことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項６】
前記共振器の損失の多い部分が、前記他方の部分の４分の１より小さい厚さを有することを特徴とする請求項５に記載のマグネトロン。
【請求項７】
前記損失の多い部分と前記他方の部分との間に挟み込まれる導電領域をさらに備えることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項８】
前記共振器の損失の多い部分が第１環状部材からなり、前記他方の部分が第２環状部材からなり、前記第１及び第２環状部材が実質的に同軸であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマグネトロン。
【請求項９】
前記第１及び第２環状部材の間に挟み込まれた導電材料の第３部材をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のマグネトロン。
【請求項１０】
前記第３部材が、環状の形状であり、前記第１及び第２部材と実質的に同軸であることを特徴とする請求項９に記載のマグネトロン。
【請求項１１】
前記誘電体共振器がセラミック材料からなるものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項１２】
前記セラミック材料がアルミナであることを特徴とする請求項１１に記載のマグネトロン。
【請求項１３】
前記損失の多い部分が、炭素を混ぜ込んだセラミック材料からなることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のマグネトロン。
【請求項１４】
前記羽根が共通の軸周りに配置され、前記共振器が前記羽根と実質的に同軸であることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項１５】
実質的に付属の図面を参照して上文に記載された又は付属の図面に示されたマグネトロン。
【請求項１６】
上記請求項のいずれかに記載のマグネトロンを組み込むレーダシステム。
【請求項１７】
所定の作動モードでマグネトロンによって発生した放射を減弱する手段であって、前記手段が、誘電体共振器を備え、該共振器の一部は、損失が多く、前記マグネトロンの少なくとも１つのアノード羽根と通信するように配置されることを特徴とする手段。
【請求項１８】
前記所定のモードがｐｉ−１モードであることを特徴とする請求項１７に記載の放射減弱手段。
【請求項１９】
前記共振器の損失の多い部分が、前記他方の部分より前記アノード羽根からさらに遠くに配置されたことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の放射減弱手段。
【請求項２０】
前記共振器の損失の多い部分が前記他方の部分より薄いことを特徴とする請求項１７から請求項１９までのいずれか１項に記載の放射減弱手段。
【請求項２１】
前記共振器の損失の多い部分が、前記他方の部分の４分の１より小さい厚さを有することを特徴とする請求項２０に記載の放射減弱手段。
【請求項２２】
前記損失の多い部分と前記他方の部分との間に挟み込まれる導電領域をさらに備えることを特徴とする請求項１７から請求項２１までのいずれか１項に記載の放射減弱手段。
【請求項２３】
前記共振器の損失の多い部分が第１環状部材からなり、前記他方の部分が第２環状部材からなり、前記第１及び第２環状部材が実質的に同軸であることを特徴とする請求項１７から請求項２１までのいずれか１項に記載の放射減弱手段。
【請求項２４】
前記第１及び第２環状部材の間に挟み込まれた導電材料の第３部材をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の放射減弱手段。
【請求項２５】
前記第３部材が、環状の形状であり、前記第１及び第２部材と実質的に同軸であることを特徴とする請求項２４に記載の放射減弱手段。
【請求項２６】
前記誘電体共振器がセラミック材料からなるものであることを特徴とする請求項１７から請求項２５までのいずれか１項に記載の放射減弱手段。
【請求項２７】
前記セラミック材料がアルミナであることを特徴とする請求項２６に記載の放射減弱手段。
【請求項２８】
前記損失の多い部分が、炭素を混ぜ込んだセラミック材料からなることを特徴とする請求項２７又は請求項２８に記載の放射減弱手段。
【請求項２９】
実質的に付属の図面を参照して上文に記載された又は付属の図面に示された、所定の作動モードでマグネトロンによって発生した放射を減弱する手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの公知のマグネトロン設計においては、中央円筒形カソードが、典型的には導電シリンダからなるアノード構造体によって囲まれており、該導電シリンダは、内面から内向きに延びる複数のアノード羽根を支持する。作動の際に、円筒形構造体の縦軸に平行な方向に磁界が印加され、カソードとアノードとの間の電界と組み合わされて、カソードによって放出された電子に影響を与え、その結果として共振が起こり、高周波エネルギーが生じる。マグネトロンは、アノード羽根によって定められる空洞間の結合に応じて、出力周波数及びパワーの変化を与える幾つかの発振モードをサポートすることができる。通常要求される作動モードは、ｐｉ作動モードと呼ばれる。
或るモード、例えば所謂ｐｉ−１モードで発生したパワーの伝送を抑制できることが望ましい。このモードで発生したパワーは、伝送されれば、移動電話のような他の電子機器、衛星リンク、その他の通信システムを妨害しうることが分かっている。この作動モードを抑制するために種々の方法が提案されているが、これらは通常、高価かつ複雑であり、例えばｐｉモードといった所望の作動モードでの放射も抑制することが分かっている。本発明は、船舶レーダ用途のマグネトロンに関する研究から生まれたものである。こうしたマグネトロンは、小さく、単純で、低コストの装置であり、そのためｐｉ−１放射問題への低コストかつ率直な解決策が探し求められた。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、複数の空洞を定める少なくとも１つの羽根を有するアノードと誘電体共振器とを備えたマグネトロンを提供するものであり、該共振器の一部は、少なくとも１つの羽根と損失の多い状態で通信し、該共振器は、使用の際に、マグネトロンの所定の作動モードで発生した放射を少なくとも部分的に減弱させるように配置されている。
１つ又はそれ以上の羽根と通信する部分的に損失の多い誘電性材料を与えることによって、スプリアス放射の吸収がもたらされる。
所定のモードはｐｉ−１モードであることが好ましい。このモードで発生する放射を吸収することにより、他の電子機器との干渉が防止される。
共振器の損失の多い部分は、他方の部分よりもアノード羽根からさらに遠くに配置されることが好ましい。この配置は、ｐｉモードに関連する電界が、ｐｉ−１モードに関連する電界程には深く共振器の中に入り込まないので、有利である。したがって、ｐｉ−１モードで発生した電気エネルギーは、損失の多い遠位部分のおかげで、ｐｉモードで発生したエネルギーよりも多く減弱される。
有利なことに、共振器の損失の多い部分は、他方の部分より薄く、例えば他方の部分の厚さの４分の１又はそれ以下である。
【０００４】
本発明の改善された性能は、損失の多い部分と他方の部分との間に挟み込まれる導電領域の導入によって達成可能である。
共振器は、２つの環状部材を含むことができ、その一方は損失の多いものである。環状部材は同軸のものとすることができる。前述の改善された性能を達成するために、更なる環状導電材料を、損失の多い部材と損失の多くない部材との間に挟み込むことができる。
誘電体共振器は、例えばアルミナのようなセラミック材料を含むことができる。損失の多い部分は、炭素が混ぜ込まれたセラミック材料からなるものとすることができる。
共振器は、環状の形状とすることができ、アノード羽根と同軸にされる。
本発明の第２の態様によれば、所定の作動モードでマグネトロンによって発生した放射を減弱する手段が与えられ、該手段は、マグネトロンの少なくとも１つのアノード羽根と通信するように配置された誘電体共振器を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
次に、本発明を単なる例として付属の図面を参照しながら説明する。
明細書の全体を通して同じ符合が同じ部分に付されている。
図１を参照すると、全体を符号１で示す通常のマグネトロンの基礎的特徴が示されている。主な基礎的特徴は、複数の羽根３を有するアノード２を含み、そのうちの２つである３ａ、３ｂがこの図面において見えている。上から見たときに、羽根は、アノード２の円筒形部分４の内周の周りに等間隔で配置され、そこから内向きに延び、それにより複数の共振空洞が形成される。マグネトロンはまた、アノード２によって囲まれる中央カソード５を含む。マグネトロン１はまた、マグネトロンの作動に必要とされる磁界を生成させるように配置された磁極片６ａ、６ｂを備える。アノード羽根は、ストラップで固定することができるが、ストラップはこの図には示されていない。
【０００６】
本発明によれば、マグネトロンはさらに、誘電体共振器７を備え、その一部は損失が多い。共振器７は、マグネトロンにおけるアノード羽根３の端部と１つの磁極片６ａとの間のスペースに配置され、それにより羽根３ａ、３ｂを含む複数の羽根と通信する。共振器はまた、１つの磁極片６ａと通信する状態で示されているが、必ずしもそうである必要はない。本発明では、磁極片が共振器７から離間されているときでも等しく作動することが見出されている。
この実施形態においては、共振器７は、２つの環状部材８及び９の形態で実現されている。環状部材８、９は、実質的に同軸であり、緊密に接触しているが、僅かな分離が許容される。環状部材８は、実質的に損失のない平坦なセラミック材料からなるものであり、環状部材９は、炭素粉末が混ぜ込まれたセラミックのような損失の多い材料からなるものである。環状部材８、９は、アノード羽根３ａ、３ｂと損失の多い環状部材９との間に損失のない環状部材８が挟み込まれるようにして配置される。アノード羽根３ａ、３ｂ及び環状部材８、９はまた、実質的に同軸のものである。
環状部材８、９の寸法は、環状部材が所謂ＴＭ１１０モードで誘電体共振器として共振するように予め定められる。共振器７は、アノードに磁気的に結合することによって、ｐｉ−１モードのようなマグネトロンの望ましくない作動モードで発生した放射を減弱するように配置され、それによりこのモードでのパワーの伝送を抑制する。
【０００７】
次に図２を参照すると、これは、共振器の厚さに沿う位置に対してプロットされた電界の強さを示すグラフである。縦軸１０は、アノード羽根が共振器に出会う位置を表わし、縦軸１１は、共振器が磁極片に出会う位置を表わす。縦軸１２は、共振器の損失の多い部分と損失のない部分との接合部を表わす。
上の線１３は、ｐｉ−１モードにおけるＴＭ１１０電界の共振器への入り込みを表わす。電界は、共振器の深さの全体にわたって高く、損失の多い部分においても高い。したがって、損失の多いセラミックは、ｐｉ−１モードの電界のほぼ全体に影響を与える。環状部材の直径は、ＴＭ１１０モードで共振器にアノードのｐｉ−１共振の周波数と一致する共振が起こるように選択される。これら２つの共振は、外径における共通の方位磁界によって互いに強く結合され、それによりセラミック共振における抵抗損失が、ｐｉ−１共振における比較的大きい直列抵抗に変換されて、低いＱが与えられる。この方法でｐｉ−１モードが減弱される。
【０００８】
このチャートの他の線１４は、ｐｉモードにおけるフリンジ電界の入り込みを表わす。非常に僅かな電界が共振器の損失の多い部分に入り、そのためｐｉモードにおいては電界のほんの一部、典型的には２０％より少ない部分が抑制される。しかしながら、ｐｉモードで発生した電界の減少を最小にすることが好ましく、それにより図３に係るマグネトロンを用いることができる。
図３に示されたマグネトロンは、図１のマグネトロンと同じ特徴を有するが、損失のない環状部材８と損失の多い環状部材９との間に挟み込まれる薄い金属環１５を備える。
【０００９】
図４ａは、図３の共振器の断面を示し、また、ＴＭ１１０モードで共振器に生じた電界及び電流（Ｉ）を示す。図４ｂは、共振器の平面図である。ＴＭ１１０モードは、損失の多い環状部材９において引き起こされる。損失のない環状部材は、ｐｉ−１モードを損失の多い環状部材に結合する。金属リング１５は、セラミック環状部材より小さい外径を有し、そのため損失の多い環状部材と平坦な環状部材との共振間の磁気結合の改善を可能にし、それによりｐｉ−１モードが前述のように減弱される。ＴＭ１１０電流は、セラミックの外径の周りを流れ、金属リングはそれらを妨害しない。ｐｉモードの残留磁界が実質的に減少され、金属リングによってゼロにもっていくことができる。この金属座金１５の作用は、図５のグラフにも示されている。
【００１０】
図５は、ｐｉモードのフリンジ電界とｐｉ−１モードのＴＭ１１０電界の共振器への深さを示す。縦軸１６は、アノード羽根が共振器に出会う位置を表わし、縦軸１７は、共振器が磁極片に出会う位置を表わす。縦線１８は、金属リング１５の位置を表わす。このチャートの横線１９は、ｐｉ−１モードで発生した電界の強度のプロットであり、これらの電界が損失の多い部分を含む共振器にまで入ることを示す。したがって、損失の多いセラミックは、残留電界に影響を与え、それを減弱することができる。ライン２０は、ｐｉモードで発生した電界強度のプロットである。電界強度は、電界が金属リングに遭遇したときに鋭く下降し、それにより共振器の損失の多い部分に入るのは電界のほんの僅かな部分である。
図３のマグネトロン配置を使用すると、ｐｉ−１モードのＱ0を１０００からほぼ５０近くの数値にまで減少させることができる。しかしながら、ｐｉモードにおける変化は無視できるほどであり、Ｑ0の変化は１０００からおよそ９５０までである。これは、マグネトロンの作動システムへの僅かな調整によって適応させることができ、それは当業者の可能な範囲内である。
【００１１】
金属座金は、環状部材８、９より小さい外径を有することが好ましい。この特徴は、損失の多い環状部材と損失のない環状部材との間の磁気結合を可能にする。金属環は、環状部材８、９の１つの表面上の金属層の形態で実現することができ、又は上側の環状部材９と下側の環状部材８との両方をメタライズすることによって形成されても良い。本発明は、複数の部品からなる共振器に関連して説明されてきたが、共振器は、該共振器の異なる領域において異なる損失特性を有する単一部品からなるものであっても良い。
共振器に適したセラミックはアルミナであるが、真空に適合する何らかの絶縁体が用いられても良い。セラミック座金は安価に大量生産されるので、スプリアス放射の問題に対する本発明者らの解決案は、低コストかつ簡素である。共振器のコストは、典型的には数ペンスであり、マグネトロンにおける共振器の取り付けは煩雑なものではなく、それにより製造及び労働コストにおける顕著な増加はない。
本発明は、低パワーマグネトロンに関連して考案されたが、高パワーマグネトロンにも直ちに適用できると考えられる。通常のストラップで固定されたアノード羽根マグネトロンを説明してきたが、共振器は、例えばライジングサン型マグネトロンと組み合わせて用いることができる。本発明の範囲から逸脱せずにさらなる変更を加えることができる。例えば、誘電体共振器は、必ずしも環状である必要はなく、必ずしも閉鎖された形状である必要はない。さらに、誘電体共振器は全ての羽根に接触する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成されたマグネトロンの断面図である。
【図２】図１のマグネトロンのｐｉモード及びｐｉ−１モードの位置に対する電界の変化を示す実験データのグラフである。
【図３】本発明に従って構成された別のマグネトロンの断面図である。
【図４ａ】図３の共振器の断面図である。
【図４ｂ】図３の共振器の平面図である。
【図５】図３のマグネトロンのｐｉモード及びｐｉ−１モードの位置に対する電界の変化を示す実験データのグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
2005521201.tif 000009
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