电子调谐磁控管的制作方法

专利名称：电子调谐磁控管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使微波振荡的电子调谐磁控管，特别是一种结构简单、根据来 自外部的电信号使振荡频率改变的磁控管的构成。
背景技术：
图11表示以往的磁控管的基本结构，磁控管在中心配置阴极管1，在其外侧与 阴极管1同心地设置阳极壳2，同时，在周向将其内部空间分割成多个地配置多个阳极翼 片3。即，该阳极翼片3相对于阴极管1成为正电极，同时，起到决定振荡频率的谐振器 的作用，所以，与阳极壳2的内壁一起形成谐振腔。
另外，使磁控管的π模式振荡最稳定地使用被称为隔型带4的线状金属导体， 每次空出一个地连接作为如上述那样分割成多个的谐振腔的分隔壁的阳极翼片3。在这样 的结构的磁控管中，其振荡频率根据谐振腔的电抗和由隔型带4构成的电抗决定。
如上述那样，在图11的磁控管的构成中，由于振荡频率由机械的结构决定，所 以，为了改变振荡频率，如不改变由机械结构决定的电抗，则不能改变振荡频率。作为 一般的能够实用化的频率调谐手段，存在根据下述非专利文献1的Ρ.562所示原理的手 段，该手段通过将金属插入谐振腔，改变谐振腔的电抗，从而改变频率。即，通过将金 属插入在谐振腔的内部，从而使谐振器的电感增加，特别是如插入在作为谐振腔的分隔 壁的阳极翼片3的前端附近，则电容增加，结果，振荡频率变高。
另夕卜，作为机械的调谐手段，在“MIROWAVE MAGNETRON” MLT Radiation Laboratory Series的p.569 572中公开了使金属接近隔型带4、阳极翼片3而进行的方 法。
另外，如在日本特开2006-100066号公报中公开的那样，具有这样的方式， 即，在管球的外侧通过孔(或狭缝)设置外部谐振腔(或外部空间)，使配置在该外部谐 振腔内的金属板(或可动金属片)的位置机械移动而调整，从而从管球外使谐振腔的电抗 变化，由此控制振荡频率。发明内容
然而，在日本特开2006-100066号公报中，作为改变频率的手段，利用机械的 可动部，存在将可动部设置在成为真空的外部谐振腔内这样的制作上的困难。而且，在 具有可动部的机械式的频率改变手段中，由于响应慢，所以，虽然在使频率缓慢改变的 场合没有问题，但不能实现如在1脉冲内使频率改变的场合那样的迅速变化，例如在数 百纳秒等内的频率变化。
另一方面，作为电子调谐磁控管的例子，如在日本特开昭50-133763号公报及 国际公开第92/020088号小册子公开的那样，在同轴型磁控管的管球内配置开关元件， 能够根据来自外部的信号改变配置在谐振腔内部的开关元件的导通状态，通过改变上述 谐振腔的电抗，使频率改变。
然而，在这些日本特开昭50-133763号公报及国际公开第92/020088号小册子 中，需要在成为真空的管球内部装入复杂的开关元件等而制造，存在制造上的困难、成 本相关的问题。在磁控管那样的真空管的场合，如气体发生使真空度劣化，则特性容易 改变，所以，需要维持高真空度。因此，不能使用容易发生气体的材料，另外，接合也 为在高温下的锡焊，所以，在开关元件为半导体的场合等难以将其收容在管球内。
在日本特开昭50-133763号公报中，具有“虽然对外部的圆形电模式空腔进行 排气，但它不是必要条件”、“在某一实施例中，陶瓷圆筒那样的习惯的气密电磁波透 过性的箱体在谐振器14的内侧处于内壁的外侧。因此，谐振器不被排气”的记载，也可 在大气侧准备电抗负荷，不产生上述制造上的困难、气体发生的问题。
然而，在日本特开昭50-133763号公报的记载的发明中，需要多个用于合成而 决定谐振频率的多个电抗元件，存在一个负荷元件的电抗变化对整体频率变化的影响减 少的缺点。这是因为，通常的开关元件仅是本来的谐振腔或与谐振腔耦合的谐振器的一 部分能够使电抗改变，为了扩大频率可变范围，需要使用很多昂贵的开关元件。
图12表示公开于日本特开昭50-133763号公报的图1的圆形电模式磁控管的谐 振电路。如图12所示，辐条式车轮谐振器与圆形模式谐振器在多个部位(在图1中为10 个部位)耦合，各个的电抗相互影响而合成，决定谐振频率。
另外，为了改变圆形模式谐振器的电抗，需要对宽范围的谐振器的电抗产生大 的影响，如不在全周设置多个电抗负荷元件，则不能获得所期望的量的频率变化。开关 元件通常为了具有静电电容，存在相对于偏置电压使响应恶化的问题，在使用了多个开 关元件18a的场合，其电容变大，不能用于要求高速响应的在脉冲内的频率改变。
另外，如上述那样作为合成谐振腔在作为磁控管谐振器一部分的部分插入开关 元件，所以，高频的电阻值对磁控管的谐振阻抗产生大的作用，产生使谐振的Q值下降 这样的对基本特性的影响。如日本特开昭50-133763号公报的图8所示那样，输出的电 场RF信号的电平相对于频率产生大的变化。为此，需要将二极管(开关元件)从非导通 状态迅速地切换为充分的导通状态。这样，不能在导通状态与不导通状态的中间的偏置 状态即中间的频率使用。这样的Q值的大幅度变化引起使帕克托拉姆( 々卜，a)特 性劣化的问题，成为必须解决的问题。
另外，关于磁控管的可靠性质量，如在管球内配置开关元件，则在磁控管劣化 时，特别是施加了上升快的阳极电压脉冲那样的场合，即使配置在电场最小、磁场最大 的位置近旁，有时也发生高的电场，发生开关元件的耐电力破坏。Q值为表示按Q = fQ/ 迮咔)定义的谐振电路的质的无因次数。。f” ^分别为在输出峰的谐振频率、在谐振 峰的左侧振动能成为谐振峰的半值的频率、在谐振峰的右侧成为输出峰的半值的频率。 该值越大，则意味着在磁控管振荡频率越稳定。
另外，关于频率调谐的必要性，具有相对于磁控管的漂移的稳定性确保这样的 被动原因和希望施加调制这样的主动原因。磁控管的振荡频率的漂移，被称为电流推动 (currentpushing)特性，有时随阳极电流的大小产生变化。该频率的漂移可认为是流动的 阳极电流的大小使从阴极飞出的电子的量改变，空间电荷变化也是一个原因。
另外，关于磁控管，有时其搭载场所的周围的温度、磁控管自身发生的热使谐 振腔产生热膨胀。在该场合，出现如升温则振荡频率下降，如受到冷却则上升的现象。
这样，磁控管具有振荡频率变化的因素，所以，存在调谐偏移的可能性，最好 稳定地进行振荡频率的可变控制。
另外，对于在雷达等使用磁控管对受到调制了的微波信号进行振荡，解析来自 目标的反射波的场合，包含的信息量非常大，雷达的搜索功能进一步提高。该领域现在 按由容易调制的固态来解决的思路在进行研究。然而，能够按固态以良好效率振荡高输 出的元件尚未出现。
本发明就是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种低价格、可靠性高的 磁控管，该磁控管不使用具有可动部的机械式手段，而是由简单的结构根据来自外部的 电信号以极为迅速的响应获得所期望频率的高输出微波，另外，不在管球内部配置开关 元件，能够获得宽的可变范围的振荡频率，也不损害生产率，不需要在通常的阳极谐振 器的外侧设置复杂形状的圆筒模式谐振器。
本发明的特征在于具有阳极、阴极、及真空结构体；该阳极在圆筒状阳极壳 的内周侧形成被分割为多个的谐振腔；该阴极在该阳极壳的中心部沿其圆筒轴向设置； 该真空结构体具有连接在该阳极壳的谐振腔内、高频地耦合的同轴中心导体；该同轴中 心导体通过贯通孔而穿过上述真空结构体的壁面引出到外部，而且能够保持上述谐振腔 的真空地由安装在构成该同轴中心导体的外部导体与中心导体间的电介质部堵塞该贯通 孔，
引出的该同轴中心导体的一部分与开关元件导通连接。
最好在上述引出的同轴中心导体上使上述真空结构体的壁面的贯通孔的高频耦 合短路地连接开关元件。
最好在上述引出的同轴中心导体的一部分导通地连接着开关元件，上述同轴中 心导体及上述开关元件被同轴外部导体覆盖，该开关元件的一端或两端不与同轴外部导 体接触，由导体导出到覆盖上述开关元件的同轴外部导体外部。
最好上述引出的同轴中心导体与作为主要的谐振器起作用的上述谐振腔连通地 在与同轴外部导体间具有静电电容，与其电极间并列地连接开关元件。
按照本发明的构成，例如由PIN 二极管构成的开关元件配置到阳极壳(谐振腔) 的外侧，根据来自外部的电信号自由地改变频率，能够使用电子调谐磁控管。
另外，按照本发明的构成，同轴地将磁控管的空腔谐振器与外部耦合，所以， 通过在同轴中心导体安装开关元件，施加偏置电流，能够使开关元件的高频导通状态变 化，相对于开关元件的导通状态变化，产生大的变化，所以，电抗变化。为此，磁控管 的谐振频率受到影响而变化。
按照本发明的电子调谐磁控管，不使用具有可动部的机械式手段，而是由简单 的结构根据来自外部的电信号以极为迅速的响应获得所期望频率的高输出微波。另外， 不在管球内部配置开关元件，能够获得宽的可变范围的振荡频率，也不损害生产率，具 有能够提供低价格、可靠性高的磁控管的效果。另外，针对磁控管的频率漂移的对策、 用于干扰防止的频率选择变得容易，通过对脉冲施加调制，能够由低输出获得很多的压 缩信息，同时，还具有能够实现占有频带宽度狭小化等的效果。
如以上说明的那样，实施例的电子调谐磁控管在管球的外部设置开关元件部， 所以，真空管的制作没有限制，特别是不需要以特别昂贵的同轴型磁控管、过去设计的具有电抗负荷结构物、外部谐振腔的磁控管为基础进行设计，能够充分利用以往的简单 构成的磁控管。另外，如上述那样，能够供给可根据来自外部的信号自由地在宽范围改 变频率地使用的微波振荡源，存在针对磁控管的频率漂移的对策、用于干扰防止的频率 选择变得容易的优点。


图1 (a)为表示第1实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图1 (b)为表示第1实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视图。
图2(a)为表示第2实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图2(b)为表示第2实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视图。
图3(a)为表示第3实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图3(b)为表示第3实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视图。
图4(a)为表示第4实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图4(b)为表示第4实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视图。
图5(a)为表示第5实施例的电子调谐磁控管的同轴中心导体与翼片的接合部的 图。
图5(b)为表示第5实施例的电子调谐磁控管的同轴中心导体与翼片的接合部的 图。
图5(c)为表示第5实施例的电子调谐磁控管的同轴中心导体与翼片的接合部的 图。
图6(a)为表示第6实施例的电子调谐磁控管的构成的图。
图6(b)为表示第6实施例的电子调谐磁控管的构成的图。
图6(c)为表示第6实施例的电子调谐磁控管的构成的图。
图7(a)为表示第7实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图7(b)为表示第7实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视图。
图8 (a)为表示第8实施例的电子调谐磁控管的构成的图。
图8(b)为表示第8实施例的电子调谐磁控管的构成的图。
图9为表示第9实施例的电子调谐磁控管的构成的图。
图10为表示使用变容二极管时的偏置电压与振荡频率的曲线图。
图11为表示以往的磁控管的构成的图。
图12为以往的磁控管的说明图。
图13为本发明的磁控管的说明图。
图14为本发明的磁控管的说明图。
图15为表示使用PIN 二极管作为本发明的开关元件时的偏置电流与耦合度的关 系的曲线图。
图16为表示使用变容二极管作为本发明的开关元件时的偏置电压与耦合度的关 系的曲线图。
图17为表示本发明第9实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图18为表示第9实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视(局部剖视)图。7
图19为表示第10实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图20(a)为表示第11实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图20(b)为表示第11实施例的电子调谐磁控管的构成的俯视(局部剖视)图。
图21 (a)为表示第12实施例的电子调谐磁控管的构成的透视图。
图21 (b)为表示第12实施例的电子调谐磁控管的窗部分的正视图。
图22为表示实施例的开关元件部的构成的电路图。
图23为表示在实施例的电子调谐磁控管中的偏置电流与振荡频率的关系的曲线 图。
图M为表示实施例的电子调谐磁控管的偏置控制(驱动)电路的一例的电路 图。
图25为表示图M的实施例的调制器、调谐控制电路及电子调谐磁控管的动作的 波形图。
图沈为表示实施例的电子调谐磁控管的偏置控制电路的另一例的电路图。
具体实施方式
图1和图2表示本发明第1实施例的电子调谐磁控管的构成。在图1中，磁控 管与图11所示基本结构同样，具有阳极、阴极1、及真空结构体(以下也称为磁控管管 球)；该阳极在圆筒状阳极壳2的内周侧形成被分割成多个的谐振腔；该阴极1在该阳极 壳2的中心部沿其圆筒轴向设置；该真空结构体具有连接在该阳极壳2的谐振腔内、高频 地耦合的同轴中心导体。即，本发明的第1实施例的电子调谐磁控管在中心配置阴极1， 在其外侧与阴极1同心状地设置阳极壳2，同时，在周向将该阳极壳2的空间分割成多个 地配置多个阳极翼片3。该阳极翼片3相对于阴极1成为正电极，同时，与阳极壳2的内 壁一起形成谐振腔(谐振器)，作为阳极起作用。另外，使磁控管的η模式振荡最稳定 地用隔型带4隔开一个连接一个地对分隔上述分割的谐振腔的阳极翼片3进行连线，该隔 型带4由线状金属导体构成。
在第1实施例中，通过贯通孔21将同轴中心导体14插入在阳极壳的谐振腔内。 如图1所示，在形成于例如作为中心导体起作用的阳极壳2的壁面内侧的贯通孔21的外 侧，设置堵塞该贯通孔21的电介质部25。该电介质部25例如由陶瓷或玻璃等电介质构 成，按保持磁控管管球的真空的状态安装。另外，在该阳极壳2内，同轴中心导体的端 部连接在阳极翼片3，与谐振腔内的电抗耦合，贯通电介质部25导出到外部，通过外部 导体34连接在开关元件18。S卩，电介质部25插在同轴中心导体14与阳极壳2间，起到 同轴结构的绝缘用电介质的作用。在该开关元件18的另一端施加偏置电压。S卩，偏置 的另一方的端子成为与阳极壳2等电位的点，偏置电流按开关元件18、外部导体34、同 轴中心导体14、阳极翼片3、阳极壳2的顺序直流地流动。在开关元件18使用PIN 二极 管的场合存在极性，所以，电流的方向决定，但根据开关元件18的安装方向，对应于其 极性施加偏置电压。另外，如将开关元件18置换成变容二极管，则偏置方向相反。
按照这样的第1实施例的构成，在开关元件18与阳极壳2间施加偏置电压，调 整偏置电流，则开关元件18的RF电阻、电容变化，磁控管的谐振腔与外部的耦合变化， 振荡频率变化。
这样，在本发明中，在限定的位置，由同轴中心导体紧密地与谐振腔耦合。为 此，使该紧密耦合的同轴部的阻抗、电容、导通状态变化，能够有效地使谐振腔的谐振 频率变化。该状态表示于图13。在图13中，由偏置电流/电压使耦合在同轴中心导体 14的开关元件18的阻抗、电容、导通状态变化。在开关元件18为PIN 二极管的场合， 通过使偏置电流流动，从导通状态成为非导通状态，阻抗产生大的变化。在图12所示现 有技术例中，将开关元件18a内包在负荷结构物，使该电抗负荷结构物的电抗变化，但如 使用PIN 二极管作为开关元件，则不仅电抗变化，而且其内部电阻也变化，所以，与磁 控管的输出的耦合度也变化。结果，导致磁控管的输出变动、频谱的恶化、牵引特性的 劣化。与此对应，在本发明中，能够由1个开关元件使频率产生大的变化，所以，开关 元件的内部电阻变小，与磁控管的输出的耦合度的变化受到抑制。即，本发明不导致磁 控管的输出变动、频谱恶化、牵引特性的劣化，能够使频率改变。
另外，即使按导通状态与非导通状态间的半导通状态使开关元件动作地使偏置 电流流动，也能够获得稳定的振荡输出。
图2表示使用与图1同样的构成元件改变开关元件18与外部导体34的位置关 系，相对于外部导体；34成直角地配置开关元件18的实施例。相对于由同轴中心导体14 耦合的RF电路，在图1的场合串联地连接开关元件18，而在图2的场合并联地连接开关 元件18。在所有的场合，耦合状态、外部导体34中的短路位置变化都使得电抗变化，结 果，磁控管的振荡频率变化。
磁控管管球(即真空管)的真空密封通过接合电介质部25与阳极壳2而保持。 因此，开关元件18处于真空壁外，也能够包含罩35 —起在管球组装排气后安装。由于不 进入管球内部，所以，不需要特别考虑气体的发生、锡焊时的热导致的元件的破坏等。
图3及图4表示本发明第2实施例的电子调谐磁控管的构成。在图3中，在与图 1同样构成的基础上，还具有同轴外部导体35。例如，在作为谐振腔的壁面的阳极壳2形 成贯通孔21，在该贯通孔21的外侧保持真空地安装电介质部25。同轴中心导体14贯通 贯通孔21及电介质部25，将高频电场导出到阳极翼片3的外侧，连接在导体34。同轴中 心导体14与同轴外部导体35成对地构成同轴。在导体34安装开关元件18。当然，通 过延长同轴中心导体14，也能够产生导体34的作用。这样使同轴中心导体14耦合，引 出到外部，所以，根据偏置条件，使包含开关元件18的同轴中心导体14的阻抗、电容、 导通状态变化，对磁控管的振荡频率产生影响。因此，如通过同轴外部导体35的一部分 在开关元件18施加偏置电压，则能够如上述那样改变阳极的振荡频率。如开关元件18 不为PIN 二极管，而是为变容二极管，则通过改变电容，能够改变谐振频率。使用这样 的原理，能够选择实现开关元件18的安装位置。安装位置的选择主要能够使频率可变量 适当化，不易使作为磁控管的输出耦合度产生变化，能够考虑形状的紧凑化等进行。另 外，导体34耦合在同轴外部导体35的内壁，直流的场合也没有问题。
在图3及图4中，使同轴外部导体35延长，从而使得由同轴中心导体14引出的 微波不泄漏到外部。通过使同轴外部导体35延长，能够获得防止泄漏的屏蔽效果和降低 从外部使金属、电介质接近同轴中心导体14、开关元件18的场合的影响的屏蔽效果。
图5表示第3实施例的磁控管的构成，该第3实施例表示第1及第2实施例的同 轴中心导体14的前端部的形状。即使如图5所示那样为环状，即使直接连接在阳极翼片3、阳极壳2的内壁，如高频地耦合，则也没有问题。只要考虑频率可变量、此外的特 性，选择环形、接合的场所，使耦合量改变即可。
在上述第1实施例 第5实施例中，确认了能够通过由例如PIN 二极管构成开关 元件18而实现。在所有场合，与管球内部的耦合度能够根据贯通孔21、11、同轴中心导 体14的直径、环的尺寸、与阳极壳2、阳极翼片3的连接位置进行调整，但不发生由电场 导致的破坏，可进行振荡频率的改变。
图6为在图3、图4的实施例或组合图3、图4的实施例与图5的实施例的基础上 安装了滤波器16的实施例。使得在磁控管振荡之际由同轴中心导体14耦合的微波电场 不通过导体34及开关元件18对偏置电路产生影响地安装滤波器16。该滤波器16遮断磁 控管的振荡频率，但为了不降低偏置电流的响应，需要使某种程度较高的频率通过。例 如，在对磁控管的振荡频率施加调制的场合，需要数纳秒的响应。如对该响应进行频率 换算，则成为数百赫兹。必须能够通过该频率地设计滤波器。图6所示滤波器为扼流圈 结构的滤波器，如对应于磁控管的振荡频率地进行设计，则不会损害偏置电流的响应。 另外，关于包含L、C的滤波器，也能够分离振荡频率与响应所需频率。
在以上的说明中，不进行关于开关元件18的限定，但一般PIN 二极管能够由偏 置电流改变元件的电抗而进行利用。然而，在流过偏置电流之际，不仅电抗部分变化， 而且内电阻也变化。然而，按照本发明，如上述那样，能够将内部电阻的变化抑制得较 小，所以，耦合度的变化受到抑制，与现有技术例相比，有效性高。另外，为了抑制耦 合度变化，如开关元件18不为PIN 二极管，而是改变为变容二极管、可调式天线变容二 极管、可变电容二极管，则耦合度的变化受到抑制。这一点表示于图15及图16。图15 为作为本发明的开关元件使用PIN 二极管时的偏置电流与耦合度的关系的曲线图Y1，图 16为作为本发明的开关元件使用变容二极管时的偏置电压与耦合度的关系的曲线图Y2。 这是因为，这些二极管在施加偏置电压时电阻的变化小，使电抗的变化大。施加偏置电 压的极性如图7所示那样与PIN 二极管相反。
图8表示并列地配置开关元件18的第8实施例。特别是在如变容二极管等那样 通过偏置使电容改变的方式的场合，电容的可变范围宽，因此，能够扩大磁控管的振荡 频率范围。
图9为表示用于获得良好的频率或响应性的第9实施例的开关元件18的安装相 位的图。
图10表示使用了变容二极管的场合的偏置电压与振荡频率的关系。
图17及图18表示本发明第9实施例的电子调谐磁控管的构成。在图1中，磁控 管与图11所示基本结构同样，在中心配置阴极1，在其外侧与阴极1成为同心状地设置阳 极壳2，同时，在周向将该阳极壳2内的空间分割成多个地配置多个阳极翼片3。该阳极 翼片3相对于阴极1成为正电极，同时，与阳极壳2的内壁一起形成谐振腔(谐振器)。 另外，使磁控管的η模式振荡最稳定地用隔型带4隔开一个连接一个地对分隔上述分割 的谐振腔的阳极翼片3进行连线，该隔型带4由线状金属导体构成。
在第9实施例中，例如在作为谐振腔壁面的阳极壳2形成贯通孔11，堵塞该贯通 孔11的外侧，维持谐振腔(磁控管管球)的真空(成为气密状态)地配置由低电介质损 失材料例如陶瓷或玻璃等构成的窗12。另外，在该窗12的外侧堵塞窗12前面的一部分地配置金属制的杆(杆状金属)14，该杆14的一端在通过绝缘体15按获得电绝缘的状态 下由支承体(金属)1 支承于阳极壳2，该杆14的一端也作为施加偏置电压的端子14T 起作用。另外，在杆14的另一端连接由PIN 二极管构成的开关元件部18的一端，该开 关元件部18的另一端由支承体(金属)16b电连接(短路)于阳极壳2。
按照这样的结构的第9实施例，谐振腔的电场通过贯通孔11及窗12外延到外 部。通常，当偏置电流不流过时，开关元件部18断开，杆14从阳极壳2的电位浮动， 所以，外延的电场不受到阻止，谐振频率成为比本来的谐振腔的频率高的频率。即，相 对于作为管球的阳极壳2内的电抗作用管球外部的电抗。
然后，如为了使偏置电流流过，接通开关元件部18，而在阳极壳2与端子14T间 施加偏置电压，则杆14高频地短路于阳极壳2，开关元件部18及杆14随着偏置电流的增 大，提高RF电阻，同时，防止来自窗12的电场的外延。结果，振荡频率随着偏置电流 的增大而下降。作为以往的一个方法，使另一谐振器在磁控管的主谐振腔耦合，改变该 另一谐振器的电抗，使复合了的谐振腔的谐振频率改变，但本发明的构成不是使另一谐 振器耦合而改变谐振频率，不设置另一谐振器，而是通过改变从谐振腔外延的电场(窗 12的部分的耦合度)，从而改变单一谐振腔自身的谐振频率。
图19表示第10实施例的磁控管的构成，该第10实施例改变了金属制杆相对于 阳极壳的短路位置。即，在杆20的途中配置开关元件部18，通过绝缘体15浮动地连接 支承体1 侧的杆20的一端，同时，使该一端作为偏置电流供给端子20T起作用，杆20 的另一端通过支承体16a电连接在阳极壳2。在这样的第10实施例中，通过相对于开关 元件部18从端子20T供给偏置电流，能够与第1实施例的场合同样地改变振荡频率。
图20表示第11实施例的磁控管的构成，该第11实施例将金属制杆配置在阳极 壳内部。如图20所示，在形成谐振腔的阳极壳2的壁面设置贯通孔21，同时，在该贯通 孔21的外侧设置低电介质损失材料的窗12，该窗12维持保持谐振腔真空的气密状态地安 装。从阳极壳2的外部将金属制的杆14插入在其壁面内的上述窗12与贯通孔21间，该 杆14配置在从贯通孔21外延的电场内(堵塞贯通孔21及窗12的一部分)。
上述杆14例如由图示那样的配置的绝缘体23支承，从阳极壳2形成绝缘地由支 承体1 等支承，支承体1 侧的杆14的一端作为偏置电流供给的端子14T起作用。另 外，该杆14的另一端露出到外部，在该露出端连接开关元件部18的一端，该开关元件部 18的另一端电连接在阳极壳2 (或通过支承体16b连接在阳极壳2)。
按照这样的第11实施例，从端子14T供给偏置电流，对开关元件部18进行开 关，同时，将受到控制的偏置电流提供给杆14，从而能够通过上述贯通孔21及窗12改变 外延的电场，这样，能够与第9实施例同样地改变振荡频率。
图21表示第12实施例的磁控管的构成，该第12实施例在窗形成金属图案。在 该第12实施例中，例如在形成于阳极壳2的壁面的内侧的贯通孔21的外侧设置堵塞该 贯通孔21的窗25(与图7(a)的窗同样)，该窗25由电介质基板(也为低电介质损失材 料)构成，保持磁控管管球的真空地安装，该电介质基板例如由陶瓷构成。另外，如图 2Kb)所示，在作为该电介质基板的窗25的表面堵塞贯通孔21及窗25的一部分地形成代 替杆状金属的带状(线状)的金属图案27，同时，在该带状金属图案27的一端部与端子 部(金属图案)28间安装开关元件部四，在上述端子部观安装施加偏置电流的端子30。另外，上述带状金属图案27的另一端部27a短路在阳极壳2。
按照这样的第12实施例，在上述端子30与阳极壳2间施加偏置电压，从而使 偏置电流从开关元件部四流往金属图案27，控制该电流量，从而使电场的外延变化，这 样，能够可变地控制振荡频率。
图7 (b)表示第7实施例的磁控管的构成，该第7实施例通过窗将金属体插入在 阳极壳的谐振腔内。如图7(b)所示，例如在形成于阳极壳2的壁面内侧的贯通孔21的 外侧设置堵塞该贯通孔21的窗25，该窗25例如由陶瓷或玻璃等低电介质损失材料构成， 按保持磁控管管球(谐振腔)的真空的状态安装。另外，不接触该阳极壳2内的谐振腔 的构成物地配置金属制引出体(金属体)32，该引出体32由金属丝33通过窗25被引出到 管球外，金属丝33的另一端通过端子34连接在开关元件部18。该开关元件部18的另一 端由支承体(金属)35电连接(短路)在阳极壳2。
按照这样的第7实施例的构成，如将偏置电流供给到阳极壳2与端子34间的开 关元件部18，则由于引出体32的存在，使阳极壳2的谐振腔内的阻抗变化，由此能够使 振荡频率变化。因此，通过可变地调整流往上述开关元件部18的偏置电流，从而能够与 第9实施例等同样地对振荡频率进行可变控制。
在上述第9实施例 第12实施例中，在用作为X频带的磁控管的场合，只要上 述贯通孔11、21如形成为高4 10mm、宽0.6 5mm的方形或圆形等形状，则能够外 延电场。另外，窗12、25选择如云母、陶瓷类原材料那样在振荡频率下的电介质损失小 的材质即可，该窗12、25的厚度最好为0.3 3mm左右，需要对用来保持真空的压力有 耐受性。另外，杆14、20的粗细为0.5 2.5mm时有效，开关元件部18最好使用PIN 二极管，在IOV以下的低电压也能够动作。
图22表示上述开关元件部18的构成的一例，如图所示，该开关元件部18例如 并列地配置PIN 二极管D1、PIN 二极管D2、电阻艮、及PIN 二极管D3。按照这样的开 关元件部18，能够获得迅速的开关特性，这样使偏置电流流动，则能够获得数十ns的高 速响应性。这样的高速响应性在以往那样使用多个开关元件、静电电容高的状态下不能 实现。另外，在按上述条件制造的场合，实施例的频率可变范围能够确保30MHz以上的 可变范围，不象以往那样使用多个开关元件来改变宽范围的电抗，能够获得足够的频率 可变范围。
图23表示实施例的一例的偏置电流(mA)和振荡频率(MPiz)的变化，这是在X 频带的电子调谐磁控管施加偏置电压的例子，如图所示，成为频率改变40MHz的结果。 另外，偏置电流的控制(变化)所需要的电流为IOOmA左右，非常小，电压也低，所 以，用于控制的电路非常容易制作。
图M表示将上述实施例的电子调谐磁控管用于雷达等的场合的偏置控制(驱动) 电路的一实施例，在该例的电子调谐磁控管37连接调制器38的加热器电源39和阳极电 压源40，由此进行自励振荡。用于雷达的微波输出为脉冲的场合较多，在调制器38，由 脉冲发生阳极电压。获得与该脉冲电压同步的信号，在调谐控制电路41，如对应于同步 信号改变用于调谐的偏置电流，则电子调谐磁控管37振荡在脉冲内使频率变化了的微波 输出。即，获得调制微波输出。
图25表示图M的上述实施例的调制器、调谐控制电路及电子调谐磁控管的波形，如(A)所示，从调制器38利用脉冲将阳极电压提供给磁控管37。同时，如图(B)所 示，从调谐控制电路41根据与上述阳极电压脉冲同步的信号将例如按锯齿状变化的控制 电压供给到开关元件部18、29。结果，如(C)所示，在磁控管37的场合，获得按与(B) 相反的倒倾斜以锯齿状变化的振荡频率。在上述调谐控制电路41中，利用同步信号，能 够形成锯齿状以外的波形也自由变化的控制电压，这样，能够任意地改变电子调谐磁控 管37的调制频率。按照这样的构成，能够提供通过在脉冲施加调制而获得低输出的许多 压缩信息的雷达等，并能够实现占有频带宽度狭小化等。
图沈表示上述实施例的电子调谐磁控管的偏置控制电路的另一例，该实施例对 振荡频率进行反馈，设有检测电子调谐磁控管37的振荡频率的频率检测电路43。与该检 测电路43检测出的频率相应的信号在比较电路45与基准频率信号发生电路44的信号比 较，该基准信号频率例如可根据时间变化，也可时常保持一定。在调谐频率控制电路46 的场合，相应于该比较信号形成偏置控制信号，从该调谐频率控制电路46相对于开关元 件部18、四施加偏置电流，从而控制电子调谐磁控管37的振荡动作。在该例中，能够 根据反馈了的频率输出稳定的振荡频率。
以上说明了最普及的翼片隔型带式的磁控管，但本发明的结构当然也可适用于 孔和槽型、同轴型、旭日型的磁控管。
如以上说明的那样，实施例的电子调谐磁控管在管球的外部设置了开关元件 部18、29，所以，真空管的制造不受到限制，特别是不需要以昂贵的同轴型磁控管、具 有陈旧设计的副谐振腔的磁控管为基础进行设计，能够充分利用以往的简单构成的磁控 管。另外，如上述那样，能够供给可按来自外部的信号自由地在宽范围改变频率的微波 的振荡源，存在容易选择对磁控管的频率漂移的对策、用于防止干扰的频率的优点。
权利要求
1.一种电子调谐磁控管，其特征在于具有阳极、阴极、及真空结构体；该阳极在 圆筒状阳极壳的内周侧形成被分割为多个的谐振腔；该阴极在该阳极壳的中心部沿其圆 筒轴向设置；该真空结构体具有连接在该阳极壳的谐振腔内、高频地耦合的同轴中心导 体；该同轴中心导体通过贯通孔而穿过上述真空结构体的壁面引出到外部，而且能够保 持上述谐振腔的真空地由安装在构成该同轴中心导体的外部导体与中心导体间的电介质 部堵塞该贯通孔，引出的该同轴中心导体的一部分与开关元件导通连接。
2.根据权利要求1所述的电子调谐磁控管，其特征在于在上述引出的同轴中心导 体上使上述真空结构体的壁面的贯通孔的高频耦合短路地连接着开关元件。
3.根据权利要求1所述的电子调谐磁控管，其特征在于在上述引出的同轴中心导 体的一部分导通地连接着开关元件，上述同轴中心导体及上述开关元件被同轴外部导体 覆盖，该开关元件的一端或两端不与同轴外部导体接触，由导体导出到覆盖上述开关元 件的同轴外部导体外部。
4.根据权利要求1所述的电子调谐磁控管，其特征在于上述引出的同轴中心导体 与作为主要的谐振器起作用的上述谐振腔连通地在与同轴外部导体间具有静电电容，与 其电极间并列地连接着开关元件。
5.—种电子调谐磁控管，其特征在于包含多个阳极、阴极、低电介质损失材料的 窗、杆状金属、开关元件；该多个阳极在圆筒状阳极壳的内周侧形成被分割为多个的谐 振腔；该阴极在上述阳极壳的中心部沿其圆筒轴向设置；该低电介质损失材料的窗在 堵塞形成于上述阳极壳的谐振腔的壁面的贯通孔而且保持该谐振腔的真空的状态下配置 着；该杆状金属按插入从该窗外延的电场内的状态配置在上述阳极壳的外侧，相对于该 阳极壳通过绝缘体连接；该开关元件的一端与该杆状金属连接、另一端与上述阳极壳连 接；通过使偏置电流流到上述开关元件，使上述谐振腔的谐振频率变化。
6.—种电子调谐磁控管，其特征在于包含多个阳极、阴极、低电介质损失材料的 窗、杆状金属、开关元件；该多个阳极在圆筒状阳极壳的内周侧形成被分割为多个的谐 振腔；该阴极在上述阳极壳的中心部沿其圆筒轴向设置；该低电介质损失材料的窗在 堵塞形成于上述阳极壳的谐振腔的壁面的贯通孔而且保持该谐振腔的真空的状态下配置 着；该杆状金属按插入从上述贯通孔外延的电场内的状态从上述阳极壳的外侧插入配置 在该壁内的上述窗与上述贯通孔间，通过绝缘体与该阳极壳连接；该开关元件的一端与 上述杆状金属的露出到阳极壳外侧的部分连接、另一端与上述阳极壳连接；通过使偏置 电流流到上述开关元件，使上述谐振腔的谐振频率变化。
7.—种电子调谐磁控管，其特征在于包含多个阳极、阴极、低电介质损失材料 的窗、金属图案、开关元件；该多个阳极在圆筒状阳极壳的内周侧形成被分割为多个的 谐振腔；该阴极在上述阳极壳的中心部沿其圆筒轴向设置；该低电介质损失材料的窗 在堵塞形成于上述阳极壳的谐振腔的壁面的贯通孔而且保持该谐振腔的真空的状态下配 置着；该金属图案按插入从该窗外延的电场内的状态将该窗作为电介质基板形成于其窗 面；该开关元件连接在该金属图案的一端；通过使偏置电流流到上述开关元件，使上述 谐振腔的谐振频率变化。
8.—种电子调谐磁控管，其特征在于包含多个阳极、阴极、低电介质损失材料的窗、金属体线、开关元件；该多个阳极在圆筒状阳极壳的内周侧形成被分割为多个的谐 振腔；该阴极在上述阳极壳的中心部沿其圆筒轴向设置；该低电介质损失材料的窗在 堵塞形成于上述阳极壳的谐振腔的壁面的贯通孔而且保持该谐振腔的真空的状态下配置 着；该金属体线按从外侧贯通该窗、到达上述谐振腔内的状态配置着；该开关元件的一 端与该金属线体的外侧端连接、另一端与上述阳极壳连接；通过使偏置电流流到上述开 关元件，使上述谐振腔的谐振频率变化。
9.根据权利要求1 4中任何一项所述的电子调谐磁控管，其特征在于使用使电流 流到上述开关元件的偏置控制电路，使该偏置控制电路的偏置电流与磁控管的脉冲阳极 电流同步，而且将在阳极电流的脉冲内改变了的偏置电流提供给上述开关元件。
10.根据权利要求1 4中任何一项所述的电子调谐磁控管，其特征在于使用使电 流流到上述开关元件的偏置控制电路和检测磁控管的振荡频率的检测电路，将比较该检 测电路检测出的振荡频率与基准频率而形成的偏置电流提供给上述开关元件。
全文摘要
本发明提供一种低价格可靠性高的磁控管，磁控管不使用具有可动部的机械式手段而是为简单的结构，根据来自外部的电信号以迅速的响应获得所期望频率的高输出微波，不在管球内配置开关元件，能获得宽的可变范围的振荡频率不损害生产率；特征为具有阳极、阴极、及真空结构体；阳极在圆筒状阳极壳的内周侧形成分割为多个的谐振腔；阴极在阳极壳的中心部沿其圆筒轴向设置；真空结构体具有连接在阳极壳的谐振腔内、高频耦合的同轴中心导体；同轴中心导体通过贯通孔穿过上述真空结构体的壁面引到外部，且能够保持上述谐振腔的真空地由安装在构成同轴中心导体的外部导体与中心导体间的电介质部堵塞贯通孔，引出的同轴中心导体的一部分与开关元件导通连接。
文档编号H01J23/20GK102024652SQ20091020812
公开日2011年4月20日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年9月10日
发明者小畑英幸, 高桥邦彦 申请人:新日本无线株式会社