专利名称：磁控管的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁控管。
在一种已知的磁控管设计中，中心圆柱状阴极由阳极结构包围，该阳极结构一般包括支撑多个从其内部表面向内延伸的阳极叶片的圆柱导体。在工作期间，在平行于圆柱状结构的纵轴方向施加磁场，与阴极和阳极之间的电场结合，作用于由阴极发射的电子，导致发生谐振并产生射频能。根据由阳极叶片限定的腔体之间的耦合，磁控管能够支持几种模式的振荡，并在输出频率和功率上产生变化。通常要求的工作模式是所谓的pi工作模式。
理想状态是能够抑制在某种模式中产生的功率传输，例如，所谓的pi-1模式。已经发现，如果传输，在此模式下产生的功率将干扰其他电子器件，如手机、卫星链路和其他通讯系统。已经提出了各种方法来抑制此模式运行，但是一般发现这些方法成本高、复杂，并且也抑制了所需运行模式的辐射，例如p模式。本发明从是与海洋雷达应用相关的工作中引起的。此种磁控管是小巧、简单和成本低的器件，因此寻求一种解决pi-1辐射问题的低成本和直接的解决方案。
本发明提供一种磁控管，包括阳极和介质谐振器，其中该阳极具有限定多个腔体的至少一个叶片，该介质谐振器的一部分是损耗的，并与至少一个叶片连接，在使用中该谐振器被设置成至少部分衰减磁控管在预定工作模式下产生的辐射。
与一个叶片或多个叶片连接的部分损耗介质材料的提供导致寄生辐射的吸收。
优选地，预定模式为pi-1模式。在该模式下产生的辐射的吸收阻止了对其他电子器件的干扰。
优选地，谐振器的损耗部分位于比其他部分距阳极更远的位置。这种设置是有利的，因为与pi模式有关的电场未穿透至和pi-1模式相关的那些场同样的深度。由此，通过利用远端的损耗部分，在pi-1模式中产生的电场比pi模式产生的功率衰减得更多。
有利地，谐振器的损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。
通过引入介于损耗部分和其它部分之间的导电区，本发明的性能获得提高。
谐振器可以包括两个环状件，其中之一是损耗的。环状件可以是同轴的。为了获得上面提到的改善的性能，又一个由导电材料制成的环状件可以插入在损耗和无损耗件之间。
介质谐振器可以包括陶瓷材料，例如氧化铝。损耗部分可以是含有碳的陶瓷材料。
谐振器可以是环形的并与阳极叶片同轴。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于衰减由磁控管在预定工作模式下产生的辐射的装置，所述装置包括设置成与磁控管的至少一个阳极叶片连接的介质谐振器。
现在参考附图，通过实施例来描述本发明，其中
图1为根据本发明构造的磁控管的剖面图；图2为图1中磁控管pi和pi-1模式的实验数据的曲线图，表示电场随位置的变化；图3为根据本发明构造的可替换的磁控管的剖面图；图4a为图3谐振器的剖面图，图4b为图3谐振器的平面图；以及图5为图3中磁控管pi和pi-1模式的实验数据的曲线图，表示电场随位置的变化。
在整个说明书中同样的附图标记用于表示同样的零件。
参考图1，示出了由参考数字1表示的常规磁控管的基本结构。主要的基本结构包括具有多个叶片3的阳极2，其中的两个叶片3a，3b见于图中。当从上面看时，叶片绕阳极2的圆柱状部分4的内圆周均匀间隔开，并从此向内延伸，由此形成多个谐振腔。磁控管还包括被阳极2环绕的中心阴极5。磁控管1也包括为产生磁控管工作所需要的磁场而设置的磁极件6a、6b。阳极叶片可以带均压环，但在图中未示出均压环。
根据本发明，磁控管进一步包括介质谐振器7，它的一部分是损耗的。谐振器7位于在阳极叶片3的端部和一个磁极件6a之间的磁控管的空间中，使得它与多个叶片连接，包括叶片3a、3b。图中示出谐振器还与一个磁极件6a连接，但并不需要这样。已经发现本发明即使当磁极件与谐振器7隔开时也能工作。
在本实施例中，谐振器7以两个环状件8和9的形式实现。环状件8和9基本上同轴并紧密接触，尽管也允许分开很小的量。环状件8为基本上无损耗的普通陶瓷材料，环状件9为损耗材料，例如含有碳粉的陶瓷。如此设置环状件8、9使得无损耗环状件8插入在阳极叶片3a、3b和损耗环状件9之间。阳极叶片3a、3b与环状件8、9也基本上同轴。
预定环状件8、9的尺寸使得环状件作为介质谐振器以所谓的TM110模式谐振。将谐振器7设置成通过磁耦合到阳极而衰减在磁控管的不想要的工作模式下产生的辐射，例如pi-1模式，由此抑制在此模式下的功率传输。
现在参考图2，该曲线示出相对于沿谐振器的厚度位置而绘出的场强度。纵轴10表示阳极叶片遇到谐振器的位置，纵轴11表示谐振器遇到磁极件的位置。纵轴12表示谐振器损耗和无损耗部分的连接处。
上面的线13表示在pi-1模式下TM110场穿入谐振器。电场在整个谐振器深度都是高的，甚至在损耗部分。所以，损耗陶瓷对pi-1模式的几乎全部场起作用。选择环状件的直径使得在TM110模式下在谐振器中建立谐振，在频率上它与阳极的pi-1谐振一致。这两个谐振通过普通的在外径的水平磁场强耦合到一起，使得在陶瓷谐振中的电阻损失转化为pi-1谐振中的较大串联电阻，并得到低Q。用这种方式衰减了pi-1模式。
在图中的另一条线14表示在pi模式下边缘场的穿过。很小的场进入谐振器的损耗部分，因此在pi模式下只有一部分场被抑制，一般小于20％。然而，优选使在pi模式下产生的场的衰减最小所以可以使用根据图3的磁控管。
图3示出的磁控管具有和图1示出的磁控管相同的结构，除了薄的金属环状件15插入在无损耗环状件8和损耗环状件9之间。
图4a示出图3谐振器的剖面，也示出以TM1110模式在谐振器中建立的电场和电流(I)。图4b是谐振器的平面图。TM110模式建立在损耗环状件9中。无损耗环状件将pi-1耦合到损耗环状件。金属环15具有比陶瓷环状件更小的外径，因此使损耗环状件和普通环状件之间的磁耦合提高，导致如同从前一样衰减pi-1模式。TM110电流绕陶瓷的外径流过，在此位置金属环不干扰它们。Pi模式残留场被充分降低了，并通过金属环可以降低到零。该金属垫圈15的效果也在图5的曲线中示出。
图5示出进入到pi模式的边缘场和pi-1模式的TM110场的谐振器的深度。纵轴16表示阳极叶片遇到谐振器的位置，纵轴17表示谐振器遇到磁极件的位置。纵轴18表示金属环状件15的位置。在此图中的水平线19表示pi-1模式中产生的场的强度，并说明这些场进入到并包括损耗部分的谐振器。所以，损耗陶瓷可以对残留场起作用并能衰减它。线20表示在pi模式中产生的场的强度。当场遇到金属环状件时场强度急剧下降，由此只有一小部分场进入谐振器的损耗部分。
利用图3的磁控管布置，可以减少pi-1模式的Q0，从1000到大约50。然而，在pi模式下的变化是可以忽略的-Q0从1000变化到将近950。通过对磁控管的运行系统进行稍微的调整可以适应这种情况，并且是在本领域技术人员的能力范围内。
优选地，金属垫圈具有小于环状件8、9的外部直径。此结构提供了损耗环状件和无损耗环状件之间的磁耦合。金属环状件以环状件8、9之一的表面的金属层的形式实现，或者通过对上部环状件9和下部环状件8金属化形成。尽管本发明已经对于包括多个部件的谐振器进行了描述，但是谐振器也可以包括在谐振器不同区域内的、具有不同损耗特性的单一部件。
用于谐振器的合适的陶瓷是氧化铝，尽管也可以使用任何适合于真空的绝缘体。因为陶瓷垫圈可以成批便宜地制造，发明人对寄生辐射问题的解决方案是成本低和简单的。一般谐振器的成本为几个便士，在磁控管中谐振器的装配也不复杂，因此在制造和劳动成本方面没有明显增加。
尽管本发明是相对于低功率磁控管而设计，但可以认为它同样易于应用到高功率磁控管。例如，虽然已经描述了常规的带均压环的阳极叶片磁控管，但是也可以和日出型磁控管一起使用。在不背离本发明的范围的情况下可以进行进一步的变化。例如，介质谐振器不需要为环状件，也不需要为封闭形状。而且，介质谐振器也不需要接触所有的叶片。
权利要求
1.一种磁控管，包括阳极和介质谐振器，其中该阳极具有限定多个腔体的至少一个叶片，该介质谐振器的一部分是损耗的，并与至少一个叶片连接，在使用中该谐振器被设置成至少部分衰减磁控管在预定工作模式下产生的辐射。
2.一种磁控管，包括阳极和介质谐振器，其中该阳极具有限定多个腔体的多个叶片，该介质谐振器的一部分是损耗的，并与至少一个叶片连接，在使用中该谐振器被设置成至少部分衰减磁控管在预定工作模式下产生的辐射。
3.如前面任一个权利要求所述的磁控管，其中预定模式为pi-1模式。
4.如前面任一个权利要求所述的磁控管，其中谐振器的损耗部分位于比其他部分距阳极叶片更远的位置。
5.如前面任一个权利要求所述的磁控管，其中谐振器的损耗部分比其他部分更薄。
6.如权利要求5所述的磁控管，其中谐振器的损耗部分的厚度小于其它部分四分之一的厚度。
7.如前面任一个权利要求所述的磁控管，进一步包括插入在损耗部分和其它部分之间的导电区。
8.如权利要求1到6中的任何一个所述的磁控管，其中谐振器的损耗部分包括第一环状件，另一部分包括第二环状件，第一和第二环状件基本上同轴。
9.如权利要求8所述的磁控管，进一步包括介于第一和第二环状件之间的由导电材料制成的第三部件。
10.如权利要求9所述的磁控管，其中第三部件是环状的，并基本上与第一和第二环状件同轴。
11.如前面任一个权利要求所述的磁控管，其中介质谐振器包括陶瓷材料。
12.如权利要求11所述的磁控管，其中陶瓷材料为氧化铝。
13.如权利要求11或12所述的磁控管，其中损耗部分包括含有碳的陶瓷材料。
14.如前面任一个权利要求所述的磁控管，其中叶片被基本上同轴设置，并且谐振器基本上与叶片同轴。
15.一种基本上如前所述的或参考如附图所示的磁控管。
16.一种包含如前面权利要求所述的磁控管的雷达系统。
17.一种用于衰减磁控管在预定工作模式下产生的辐射的装置，所述装置包括介质谐振器，其一部分是损耗的，并设置成与磁控管的至少一个阳极叶片连接。
18.如权利要求17所述的衰减辐射的装置，其中预定模式为pi-1模式。
19.如权利要求17或18所述的衰减辐射的装置，其中谐振器的损耗部分位于比其他部分距阳极叶片更远的位置。
20.如权利要求17到19的任何一个所述的衰减辐射的装置，其中谐振器的损耗部分比其他部分更薄。
21.如权利要求20所述的衰减辐射的装置，其中谐振器的损耗部分的厚度小于其它部分四分之一的厚度。
22.如权利要求17到21的任何一个所述的衰减辐射的装置，进一步包括插入在损耗部分和其它部分之间的导电区。
23.如权利要求17到21中的任何一个所述的衰减辐射的装置，其中谐振器的损耗部分包括第一环状件，另一部分包括第二环状件，第一和第二环状件基本上同轴。
24.如权利要求23所述的衰减辐射的装置，进一步包括介于第一和第二环状件之间的由导电材料制成的第三部件。
25.如权利要求24所述的衰减辐射的装置，其中第三部件是环状的，并基本上与第一和第二环状件同轴。
26.如权利要求17到25中的任何一个所述的衰减辐射的装置，其中介质谐振器具有陶瓷材料。
27.如权利要求26所述的衰减辐射的装置，其中陶瓷材料为氧化铝。
28.如权利要求27或28所述的衰减辐射的装置，其中损耗部分包括含有碳的陶瓷材料。
29.一种基本上如前所述的或参考如附图所示的用于衰减磁控管在预定工作模式下产生的辐射的装置。
全文摘要
一种磁控管，包括具有至少一个叶片(3)的阳极(2)，其中该阳极限定多个腔体。介质谐振器(7)设置成与至少一个叶片连接。介质谐振器包括损耗部分。在使用中该谐振器至少部分吸收磁控管在预定工作模式下产生的辐射，例如pi－1模式。如果传输，在pi－1模式中产生的功率将对其它电子器件进行干扰。谐振器可以具有陶瓷材料，如氧化铝。损耗材料可以包括含碳陶瓷。
文档编号H01J25/50GK1643637SQ03806170
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月17日 优先权日2002年3月16日
发明者M·B·C·布拉迪 申请人:E2V技术(英国)有限公司