(57)【要約】複数のキャビティを画定するヴェイナ（vaner）（３ａ、3ｂ）を有するアノード（２）を備えるマグネトロン。誘電性の共振器（７）が少なくともヴェイン（vane）（３ａ、３ｂ）の一つと連絡状態であるように、当該誘電性の共鳴器（７）が配置される。使用状態では、誘電性の共振器（７）は、少なくとも部分的に、マグネトロンの動作の所定のモード（例えばπ−１モード）で生成されたスプリアス放射を吸収する。π−１モードで生成された電力がもし放射されれば、他の誘電性の素子と干渉しうる。共振器（７）は、アルミナのようなセラミックス材料であり得る。
2004520693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャビティーを画定する少なくとも一つのヴェインを持つアノード、および、
使用されている、前記少なくとも一つの配置されたヴェインと連絡状態（in communication with）で、少なくとも部分的に、マグネトロンの所定の動作モードで生成された放射を吸収するための誘電性の共振器、
を備えるマグネトロン。
【請求項２】
複数のキャビティーを画定する複数のヴェインを持つアノード、および、
使用されている、配置された前記ヴェインの少なくとも一つと連絡状態で、少なくとも部分的に、マグネトロンの所定の動作モードで生成された放射を吸収するための誘電性の共振器、
を備えるマグネトロン。
【請求項３】
前記誘電性の共振器の寸法（dimension）が、マグネトロンのヴェインと磁極片（a pole piece）の間の所定の共振が、実質的に、前記所定のモードの周波数と等くなるものである、
請求項１または２に記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記所定のモードが、π−１モードである、以上のいずれかの請求項に記載のマグネトロン。
【請求項５】
前記誘電性の共振器が、セラミック材料からなる、以上のいずれかの請求項に記載のマグネトロン。
【請求項６】
前記セラミック材料がアルミナである、請求項５に記載のマグネトロン。
【請求項７】
前記ヴェインが、共通軸の周りに（about）配置され、
前記共振器が環状で、実質的に前記ヴェインと同軸である、
以上のいずれかの請求項に記載のマグネトロン。
【請求項８】
添付の図面を参照して、または、その中に示されたように、添付の明細書に実質的に記載されたマグネトロン。
【請求項９】
以上のいずれかの請求項に記載のマグネトロンを取り込んだ（incorporating）レーダーシステム。
【請求項１０】
所定の動作モードのマグネトロンによって生成された放射を吸収するための手段であって、当該手段が、当該マグネトロンの少なくとも一つのアノード・ヴェインと連絡状態（in communication with）となるように配置された誘電性の共振器を備える手段。
【請求項１１】
前記誘電性の共振器が、セラミック材料からなる、請求項１０に記載の放射吸収手段。
【請求項１２】
前記セラミック材料がアルミナである、請求項１１に記載の放射吸収手段。
【請求項１３】
前記共振器が環状であって、実質的に、前記マグネトロンのヴェインと同軸である、請求項１０、１１、または１２に記載の放射吸収手段。
【請求項１４】
添付の図面を参照して、または、その中に示されたように、実質的に添付の明細書に記載された、所定の動作モードのマグネトロンによって生成された放射を吸収するための手段。
【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】
既知のマグネトロンの設計において、中央の円筒形のカソードは、一般的に、その内部表面から内方に向かって延設される複数のアノード・ヴェイン（vanes）を支持する導電性の円筒を備えるアノード構造によって囲まれる。動作中に、磁界が、円筒構造の長軸に平行な方向に印加され、カソードとアノードの間の電界との組合せによって、カソードによって放出された電子に、作用し、その結果、共振（resonances）が発生し、ＲＦエネルギーが生成される。マグネトロンは、アノード・ヴェインによって画定されるキャビティー（cavities）の間のカップリングによって、複数の発振のモードを支持（supporting）し、出力周波数およびパワーに振動を与える能力を持つ。通常要求される動作のモードは、いわゆる、π動作モードである。
【０００３】
一定のモード（例えば、いわゆるπ−１モード）で生成されたパワーを抑圧することが可能であることが望ましい。このモードで生成されたパワーは、もし送信されれば、移動電話、衛星リンク、および他の通信システムのような他の電子素子と干渉し得ることが発見されてきた。この動作モードを抑圧するための、種々の方法が提案されてきたが、それらは一般的に、コストが高く、複雑で、所望の動作モード（例えばπモード）での放射をも抑圧してしまうことが分かった。本発明は、海洋レーダー応用のためのマグネトロンに関する研究から生まれた。そのようなマグネトロンは、小さく、単純で、低コストの素子であり、よって、π−１放射の問題に対する低コストで簡単な解決方法が、求められた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、複数のキャビティー（cavities）を画定する少なくとも一つのヴェイン（vane）を有するアノード、および、使用されている、配置された少なくとも一つのヴェインと連絡状態の（in communication with）、少なくとも部分的に所定のマグネトロンの動作モードで生成された放射を吸収するための、誘電性の共振器（resonator）、を備えるマグネトロンを提供する。
一つまたは複数のヴェインと連絡状態の誘電性の材料の準備によって、スプリアス放射の吸収が達成される。
【０００５】
好ましくは、所定のモードはπ−１モードである。このモードで生成された放射の吸収によって、他の電子装置との干渉が防がれる。
有利に、本共振器は、セラミック材料（好ましくはアルミナ）からなる。共振器は、環状で、アノードのヴェインと同軸を有するものであり得る。
【０００６】
本発明の第２の特徴によって、マグネトロンによって生成された、所定の動作モードでの放射を吸収するための手段であって、マグネトロンの少なくとも一つのアノード・ヴェインと連絡状態となるように配置された誘電性の共振器を含む手段が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明について、添付の図面を参照して、例によって、説明する。
図１を参照する。ここで、参照番号１によって一般的に示される、従来のマグネトロンの基本的特徴が示される。マグネトロン１のカソードは明確には示されていないが、この電極は通常、マグネトロンの中心に配置され、本図の破線（broken line）の上に位置する。主要な基本的特徴には、複数のヴェイン３（そのうちの２つである、３ａおよび３ｂが、この図で可視的である）を有するアノード２が含まれる。上から眺めた際に、ヴェインは、アノード２の円筒部分４の内部境界線に沿って、均等に間隔を空けられており、複数の共振キャビティーが形成されるように、そこから内方に延在する。ヴェイン３ａ、３ｂは、ストラップ手段（means of straps）５ａ、５ｂによって、相互に他のヴェインに接続される。ストラップは、マグネトロンの異なる動作モードの周波数分離を増強させるために用いられる。所望のπ動作モードにおいて、交互アノードヴェイン（alternate anode vanes）は、同一のＲＦポテンシャルにある。従って、もし交互ヴェインが、ストラップによって一緒に接続されるならば、何の追加のインダクタンスも、引き起こされない。なぜなら、ストラップの端部が、同じポテンシャルにあるからである。ストラップは、回路に静電容量を追加する。そしてそのために、πモード周波数が変更される。πモード以外のモードにおいて、交互アノードヴェインの間の電位差は、ゼロではない。そしてそのために、ストラップは、静電容量に加えてインダクタンスを引き起こし、その結果、πモードに対して起こるのとは異なった周波数シフトをもたらす。よって、不所望のモードは、πモードから周波数的に除去される。マグネトロン１はまた、マグネトロンの動作のために必要な磁界を生成するための磁極片（pole pieces）をも備える。
【０００８】
本発明によるマグネトロンは、更に、誘電性の共振器７を備える。本共振器は７は、セラミック材料の、環（annulus）またはワッシャーを備える。共振器７は、それが複数のヴェイン（ヴェイン３ａ、３ｂを含む）と連絡状態（in communication with）となるように、アノードヴェイン３の端部部分と、磁極片６ａの一つとの間の、マグネトロン内の空間に配置される。共振器は、磁極片６ａの一つとも連絡状態にあることが示されるが、必ずしもそのようにする必要は無い。本発明は、磁極片が、共振器から離される時にさえ、動作することが見出された。共振器は、ストラップされた端部から離れた端部部分で、アノード・ヴェイン３に接触する。本発明者によって、共振器が、ストラップされた端部部分と反対のヴェインの端部部分と連絡状態にある時に、本発明の有利な効果が、一般的に増強されることが見出された。
【０００９】
共振器７は、π−１モードのような、マグネトロンの不所望の動作モードで生成された放射を吸収するようにされ、それによって、このモードでのパワーの放射を抑圧するようにされる。それによって共振器がπ−１モードを抑圧するメカニズムは、複雑であるが、以下にその概略が説明される。
【００１０】
セラミック・ワッシャーの形式の共振器は、ワッシャーの平均全周（average perimeter）が、ガイド波長の整数”ｎ”と等しくなる際に発生する複数の共振を持つ。マグネトロン・アノードとセラミック・ワッシャーの電磁共振は、マグネトロンおよびセラミックの軸を中心として対称性を持ち、方位角での（in azimuth）電磁界の周期的変動を持つ。２つの回路が、共通の局在化された電磁界領域（localised region of field）を共有する際に、それらの回路の間のカップリングが存在する。このカップリングは、等価回路モデルにおける相互誘導で表現され得る。共通の共振の電磁界の全てが、マグネトロン軸に関して方位角的な対称性を持つ場合には、カップリングは、位置と共振周波数での共通性（commonality）に加えて、同じ数の方位角での周期を持つ共振の間でのみ存在することは明白である。さもなければ、異なる領域によるカップリングは、対称性によって相殺されるであろう。アノードの端部の上に配置されたセラミック・ワッシャーの場合には、共通の電磁界は、アノード・キャビティーの背部の上の磁界である。セラミックの共振に対して、磁界は同時に、方位角方向に、”ｎ”周期で変化する。ここで、”ｎ”は、共振数である。アノード共振について、キャビティーの背部の周りを循環する（circulating）回路は、アノード表面の周りの電圧と同じ周期性を持つ。アノードの端部において、各キャビティーにおける軸方向の（axial）磁界は、ヴェインの端部に亘って分割し（divides）、次のキャビティー群に戻る。即ち、方位各方向に同じ周期性を持つ。よって、ヴェイン端部と磁極片面（pole piece face）の間のｎ＝１共振が、周波数的に、アノードのπ−１共振と一致するように、高誘電率のセラミック・ワッシャーの直径が選択され得る。これらの２つの共振は、セラミック共振内の抵抗損失が、π−１共振内での比較的大きな直列抵抗に変換されて、低いＱを与えるように、外径（outer diameter）において、共通方位角方向のｎ＝１磁界（common azimuthal n=1 magnetic field）によって、強力に一緒にカップルされる。πモードでは、局所容量電流以外のストラップ電流が存在しないので、ｎ＝０セラミック共振をカップルする、磁界のゼロ・モード要素（component）は存在しない。
【００１１】
図２、３および４は、実験データを示す。異なった内部直径の共振器が作られ、これらの共振器を含むマグネトロンの、異なった動作モードにおける、種々の特性がモニターされた。例えば、図２は、２つの動作モードにおけるマグネトロンのＱファクター（factor）を示す。Ｑファクターは、誘電性のワッシャーの、異なる内部直径にともなって変化する。図２の上方の線は、π動作モード（これが所望の動作モードである）のＱファクターを示す。下方の線は、π−１動作モード（これが不所望のモードである）のＱファクターを示す。共振キャビティーのＱ（即ち品質）ファクターは、蓄積されたエネルギー、対、損失（dissipation）によって失ったエネルギー、の比率である。図２に示されるように、所望のπモードのＱは、セラミック・ワッシャーの存在によって、少しだけ（数パーセント程度だけ）減少させられる。しかし、より小さな内部直径を有するワッシャーが用いられるときに、π−１モードのＱは減少する。ワッシャーの内部直径の値が、12.5ｍｍ以下になるときに、π−１モードのＱは、殆ど検知不能のレベルまで落ちる。これは、このモードでマグメトロンによって生成されるパワーが、殆ど完全に装置内で消費される（dissipated）ことを意味する。セラミック・ワッシャーの内部直径の下方限界は、磁極片6ａのサイズによって支配される。より小さい内部直径のワッシャーを取りこむ（accommodate）ために、この磁極片をより狭く作ることが提案されている。これによって、更に、π−１モードの抑圧が改善されることが望まれる。
【００１２】
図３および４は、本発明の装置における、πおよびπ−１モードの周波数の変化を示す。図３を参照する。ここで、最上部の線は、異なった内部直径に対する、セラミック・ワッシャー自身の共振周波数の変化をプロットしたものである。共振周波数は、ワッシャーの内部直径のサイズの減少とともに減少する傾向を持つ。中央の線は、セラミック・ワッシャーが存在しない状態でのπ−１モードの装置の共振周波数を示す。最下部の線は、異なった内部直径のセラミック・ワッシャーが存在するときの、π−１モードの周波数を示す。全体として周波数は、セラミック・ワッシャーを伴うと低減され、その効果は、より小さな内部直径のワッシャーにおいて、より顕著である。共振周波数は、13.3ｍｍの内部直径のワッシャーにおける10.75ＧＨｚから、11.3ｍｍの内部直径のワッシャーにおける約10.45ＧＨｚ、に変化する。ここで、共振器無しの場合、共振周波数は、約10.85ＧＨｚである。
【００１３】
図４を参照する。ここで、セラミックを伴わないπモードの周波数が、図の上側の線によって示される。共振周波数は、丁度9.44ＧＨｚの上にある。セラミックの存在によって、πモードの共振周波数が数ＭＨｚだけ（13.3ｍｍワッシャーを伴う場合の9.425ＧＨｚから、11.3ｍｍワッシャーを伴う場合の9.405ＧＨｚに）変化させられる。これは、マグネトロンの作動システムへの若干の調整によって取りこまれることが可能であり、熟練した人（skilled person）の能力の範囲内にある。
【００１４】
共振器に対する適切なセラミックは、アルミナである。これは、材料をより低損失とするために搭載され得る。セラミックは、一つあるいはそれ以上の表面の上で金属化（metallised）され得る。セラミック・ワッシャーは安価に大量に製造され得るので、スプリアス放射の問題に対する本発明者の解決方法は、低コストであり、かつ単純である。共振器のコストは、一般的に数ペンス（a few pense）であり、マグネトロン内への共振器の装着は、複雑ではない。よって、目に見えるほどの、製造コストおよび労働コストの増大は存在しない。
【００１５】
本発明は、低パワーマグネトロンに関連して考案されたものであるが、これは、直に高パワーマグネトロンに応用され得ることが考えられる。本発明は、共振器の効果が最も明白となる、ヴェインの一つの端部領域においてストラップされたアノードを有するマグネトロン、と関連させて議論されてきた。発明者は、本発明の原理の、ヴェインの双方の端部部分でストラップされたアノードへの応用を考えた。このタイプのマグネトロンについて、外径直径がキャビティーの背部と同じのセラミック円筒（ceramic cylinder）（１／４（誘電体の）波長に沿って）（a quarter (dielectric) wavelength along）を使用することが提案されてきた。軸方向の金属性のストリップ（strip）またはロッド（rod）が、ヴェインの端部から約１／４誘電体波長の長さに亘って円筒の内部に延在し、反対側の端部において開口する。これらは、カップルされた共振回路を形成する。この組合せ（arrangement）が、アノードの、一つあるいは双方の端部において使用され得る。ストリップは、セラミックの内部表面上で金属化され得る。これは、軸方向に深い端部スペース、または、セラミック内に延在する磁極片を必要とする。
【００１６】
本発明の視野から離れること無しに、更なる変更が為され得る。例えば、誘電性の共振器は、環状である必要が無く、閉じた形である必要が無い。更に、誘電性の共振器は、ヴェインの全てに接触する必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によって構築されたマグネトロンの断面図。
【図２】図１のマグネトロンのπモードおよびπ−１モードのＱの変化を示す実験データのグラフ。
【図３】図１のマグネトロンのπ−１モードの周波数の変化を示す実験データのグラフ。
【図４】図１のマグネトロンのπモードの周波数の変化を示す実験データのグラフ。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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