专利名称：平板型磁控管的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于高频加热装置如微波炉等的平板型磁控管，具体地，涉及到有效地提供具有期望功率和频率的微波的多功能平板型磁控管。
磁控管是一交叉场装置，其中在电子管的相互作用空间里产生正交的磁场和电场，并且有两种振荡类型，即A-型振荡和B-型振荡。
A-型振荡仅依赖于磁场强度，且由磁场引起的电子的周期性旋转运动产生。因为不同于B-型振荡模式(后面将描述)，空腔谐振器等对A型振荡模式的波长的影响很小，A型振荡模式的波长只由磁场决定并由下述关系表示λ＝α/H这里λ为振荡波长，H为磁场强度，α为2πmc/e。此处，m为电子质量，e为电子电荷，因此常量α理论上为10,650，但根据经验，其数值为从10,000到13,000。
在此A型振荡中，有两种电子轨道，一种从交变电场中获得能量，另一种给予交变电场能量，因此必须从前一种轨道中移去电子。
下面参照
图1，对B-型振荡进行描述。
图1是传统的圆柱型磁控管构造的示意图。如图所示，一圆柱阳极22具有一组径向伸向其中心的叶片22，形成了空腔谐振器。一阴极23在该圆柱形阳极的中轴上，由此形成了阴极23和叶片22之间的相互作用空间。
在阳极21的顶端和底端为磁极件24，分别紧密连接在具有磁轭25的磁铁26上。在阳极21和磁轭25之间为用于释放阳极耗散产生的热量的辐射盘27。当由阴极23发射出并由阳极电压加速的电子和阳极碰撞时，该阳极耗散将增加。
一对电极(端帽)30与磁场方向交叉或成一直角，包围住所述相互作用空间。一负电压施加到这些端帽30上，以使电子被限制在相互作用空间中。
在这种设置中，阳极21中的空间抽成真空。随着由磁铁26产生的在相互作用空间中的磁场形成，当利用一电源输入部分28将一高电压加到阴极23和叶片22上，电子就从阴极23发射出射向叶片22。
发射的电子在由磁铁26产生的磁场作用下沿着螺旋或回旋轨迹射向叶片22。结果是，这些电子向空腔谐振器中释能量，产生高频电场，并通过一微波输出部分29作为微波输出。
作为磁控管的电子源，热电子阴极现在被广泛应用。热电子阴极是一种由热电子发射提供电子源的阴极。热电子发射的机制是将材料加热到1500～2000°K，使导电区的自由电子获得等于或者大于材料功函数的能量，从而在材料表面电子越过垫垒进行发射。热电子阴极由纯金属或金属氧化物等制成，但目前，主要应用一种通过混合钡(Ba)化合物(5BaO·2Al2O3·CaO等)和钨(W)粉沫并压烧该混合物获得的热烧结型和一种通过将融熔态的Ba化合物注入多孔W中形成的注入型。上述的两种类型具有高的电子发射密度，并具有在抽真空时发出气体少的优点，而且由于使用的钡铝的影响当其暴露于空气中时能复原。
另一种形式的电子源为冷阴极，冷阴极是一种基于场发射而不是热电子发射的发射电子的阴极。场发射是一种发射电子的方法，其中，一高电场施加到并靠近材料表面以降低其表面的势垒，以此利用隧道效应发射电子。该阴极不同于热电子阴极，由于不需加热而称作冷阴极。电流-电压特性可以由Fowler-Nodeheim公式近似。图2所示为一冷阴极构造的剖面图。由金属或如Si等半导体构成的发射器部分90形成有尖端结构，以在其周围产生一高电压梯度，并由金属膜盖住，该金属膜和与发射器部分之间的SiO2薄膜的绝缘膜80形成门70。当一高电压施加到门70上，一强电场在发射器的尖端上产生，因此引起电子发射。冷阴极和热电子阴极相比具有的优点为工作温度比热电子阴极低并且以一种阵列形式提供电流以获得高电流密度。
时下应用于高频加热设备如热微波炉中的磁控管的流行型式为圆柱型的。但也有些磁控管采用平板型。图3和图4分别表示一利用了冷阴极的平板型磁控管的剖面图和透视图。
图3所示平板型阳极41具有多个垂直设在阴极43上的叶片42和一构成空腔谐振器的基底部分51。这里，基底51与阴极43等电势，但其代表的部分与阴极43不同，并不用于电子发射。阴极43安置在阳极41的左下部。在阳极41与基底51-叶片42之间的空间形成为一相互作用空间。一用于在相互作用空间中形成均匀磁场的磁极件在阳极41的两边连接到磁轭的磁铁上。该磁轭具有用于释放由于阳极耗散产生的热量的辐射盘。
在这种构造中，阳极41中的空间被抽成真空。随着由磁铁46产生的磁场在相互作用空间中的形成，当来自于电源输入部分的电压施加在门60和基底51-叶片42之间以及阳极41和基底51-叶片42之间时，如图2所示的那样，电子从阴极43向叶片42发射。
如此发射的电子在来自于磁铁46的磁场的影响下以与在圆柱型磁控管中相似的方式沿回旋轨迹向图2中相互作用空间的右向行进，在行进中这些电子向空腔谐振器释放能量，产生高频电场，并通过一微波输出部分49作为微波输出。
在磁控管应用阳极段的情况下，根据段的数量可能导致各种工作模式。主要用在B-型振荡中的模式称为π-模式，其中相邻谐振之间的相位差为π弧度，并且它们之间的相互作用是最强的。
然而，在磁控管的振荡中，如果有另一个和该π-模式具有相似频率的模式，那么将会发生由工作条件的微小跳变所触发的从该π-模式向另一种模式的模式跳变。结果是，振荡频率和输出功率急剧改变。因此，一定要通过使谐控器尽可能地靠近，使各模式的谐振频率尽可能地分散开。
在传统的磁控管中，交替的阳极段和叶片通过一形成为均衡环的导电体连接，以使一种模式和另一种模式分离开。由于该均衡环迫使交替的阳极段具有一同相位的电压振荡，可能将振荡模式限制到π-模式和0-模式(在0-模式中，所有的阳极段和叶片同相振荡)。
在这种方法中，传统的微波炉被构成使得由连接到磁轭的磁铁在相互作用空间中产生的固定磁场的应用，能产生一具有固定频率和固定输出功率的微波。相应地，所获得的输出功率和频率不能按照其用途改变。
由于磁控管具有非常有用的特性，即很高的振荡频率、高功率及低成本，除微波炉外，磁控管应用于多种技术领域。相应地，如何能实现一多功能的磁控管已成为一重要问题，所述磁控管能应用到广阔领域中如通讯，雷达，电子装置等。
因此，本发明的目的是解决上述问题并提供一平板型磁控管，该磁控管具有多种用途并能有效地产生具有期望功率和频率的微波。
为实现上述目的，本发明如下构造。
根据本发明的第一方面，一平板型磁控管包括一用于发射电子的阴极；
一其上具有一组按一定规律间隔排列的叶片的阳极；一磁性部分，用于在阴极和阳极之间的相互作用空间中产生均匀磁场；以及一对相对安置的电极，与所述均匀磁场垂直，处于相互作用空间的两边，其特征是，所述磁性部分可调整以改变在相互作用空间中产生的磁场强度。
本发明的第二个方面在于，该具有上述第一特征的平板型磁控管，其中所述磁性部分包括一对在相互作用空间两边面对放置的磁极件；以及一对磁铁，该磁铁连接到磁极件上并紧密地靠在磁轭上以形成磁耦合，其中所述磁铁能够移动。
本发明的第三个方面在于，具有上述第一特征的平板型磁控管，其中磁性部分包括一对面对面安置在相互作用空间两边上的磁极件；以及一对连接到磁极件上并和磁轭紧密接触以形成磁耦合的磁铁，所述磁极件的长度可以变化。
本发明的第四个方面在于，具有上述第一特征在平板型磁控管，其中磁性部分包括一对在相互作用空间的两边面对面安置的磁极件；以及一对连接到磁极件上并紧靠磁轭以形成磁耦合的一对磁铁，所述磁轭的长度可以变化。
根据本发明的第五个方面，一平板型磁控管包括一阴极，用于发射电子；一阳极，其上具有一组按一定规律间隔安置的叶片；一磁性部分，在阴极和阳极之间的相互作用空间中产生均匀磁场；以及一对面对面安置的磁极，与均匀磁场垂直，处在相互作用空间的两边，其特征是，一正电压或负电压可以选择地施加到所述电极上。
在上述方法中，输出功率可以随电极电势的改变而变化，而频率可以随磁铁间的距离而变化。另外，当一正电压施加到所述电极上时，可以从相互作用空间中去掉干扰振荡的电子。
图1为传统圆柱型磁控管的结构示意图；图2为传统冷阴极构造的剖面图；图3为传统平板型磁控管的剖面图；图4为传统平板型磁控管的透视图；以及图5为根据本发明的平板型磁控管的剖面图。
下面将参照附图对本发明的实施例进行描述。
图5是根据本发明的平板型磁控管的剖面图。如图5所示，该平板型磁控管包括阳极11，叶片12，阴极13，磁极件14，磁轭15，磁铁16和端帽20组成。
夹在相互垂直放置的阳极11和阴极13之间的空间界定了一相互作用空间18。在相互作用空间18的水平方向两边是一对电极或面对面的端帽20，正电压和负电压施加到该电极上。一对用于在相互作用空间中产生要求的磁场的磁极件14在端帽20的外侧相对设置。一对磁铁16设在磁极件14外侧。磁铁16具有一磁轭15，磁轭15与阳极11接触。对在相互作用空间16中形成的磁场有贡献的元件为相互磁耦合的磁铁16、磁极件14和磁轭15，这些元件作为一个整体被称为磁性部分。
这里，磁铁16为铁氧体型的，并被固定到壳体的侧壁上。由于磁轭15也作为释放产生于阳极损耗热量的辐射板，所以它是镀锌铁材料的。
在这个平板型磁控管中，影响相互作用空间18中的磁场强度的磁性部分的气隙(磁性部分的气隙长度)可以通过把磁极件14和磁轭15设计成波纹管的形式使之变化，以使磁性部分中的气隙长度能在20mm的长度上变化。磁铁16也随距离的变化而移动。
阳极11是利用日本专利申请平8第315742号中公布的平板型磁控管的构造方法生产的。
接下来，将描述该平板型磁控管的工作原理。
首先，通过操作磁极件14和磁轭15的波纹管部分，将磁性部分中的气隙长度设成期望值，以在相互作用空间中形成期望的磁场。以与图3中所描述的传统磁控管相似的方式加电压时，电子从阴极13中发射出来并在所述磁场的影响下沿着一回旋轨迹在相互作用空间18中行进。结果是，这些电子向空腔谐振器中释放能量，产生高频电场。于是获得了具有与磁铁间距离或磁极件14和磁轭15的调节量有关的频率和输出功率的微波。
在示于图5的平板型磁控管中，一正电压或负电压可以选择地施加到端帽20上，并且磁铁16可以移动，所以磁轭长度和磁极件长度可以变化以提供具有期望输出功率和频率的微波。换句话，说该平板型磁控管被构造成使得干扰振荡的电子被通过在端帽20上施加的正电压从相互作用空间中移去，并且该电压可变化以控制输出功率。
磁铁16可以移动，且波纹管状的磁极件14和磁轭15可以进行调整以改变磁极件长度和磁轭长度，由此磁性部分的气隙长度被改变了，因而控制了频率。
例如，当阳极电压设置在100伏，阳极-基底距离设定为0.5mm，磁场强度设定为1,360高斯(磁铁间距离设置为30mm)，端帽电压设定为-10伏，发射电流就为2.1安培，且振荡输出功率为160W(2.5GHZ).
当磁场强度改变到1,090高斯时，微波频率为3.1至3.5GHz，振荡的输出功率为3至7W。相应地，当把+10V的电压施加到端帽20上时，微波频率为3.1至5.1GHz，振荡的输出功率为10到20瓦，大约为前者输出功率的3倍。
如上所述，按照本发明的第一到第四特征，由于磁性部分能构造成改变在相互作用空间中产生的磁场强度，因此通过改变磁场强度就可以改变振荡频率。具体地说，调整磁铁、磁极件长度和磁轭长度来改变相应于磁性部分中的气隙长度的磁场强度，从而改变了频率。
按照第五特征，由于提供了可以施加正电压或负电压的电极，当在这些电极上施加了正电压时，就可以从相互作用空间中移去干扰振荡的电子。
虽然描述了应用了一冷阴极的实施例，但也可以用热电子阴极。
权利要求
1.一种平板型磁控管，包括一阴极，用于发射电子；一阳极，其上具有一组按一定规律设置的叶片；一磁性部分，用于在所述阴极和阳极间的相互作用空间产生均匀磁场；以及一对面对面安置的电极，与所述均匀磁场垂直，处在相互作用空间的两边，其中，所述磁性部分可调，以改变在相互作用空间中产生的磁场强度。
2.根据权利要求1所述的平板型磁控管，其中，所述磁性部分包括一对在相互作用空间两边面对面放置的磁极件；以及一对磁铁，每个磁铁都连接到一个磁极上，并紧靠所述磁轭以形成磁耦合，其中所述磁铁可以移动。
3.根据权利要求1所述的平板型磁控管，其中，所述磁性部分包括一对在相互作用空间两边面对面放置的磁极件；以及一对磁铁，每个磁铁都连接到一个磁极上，并紧靠所述磁轭以形成磁耦合，并且所述磁极件的长度可变。
4.根据权利要求1所述的平板型磁控管，其中，所述磁性部分包括一对在相互作用空间两边面对面放置的磁极件；以及一对磁铁，每个磁铁都连接到磁极件上，并紧靠磁轭以形成磁耦合，并且所述磁轭的长度可变。
5.一种平板型磁控管，包括一阴极，用于发射电子；一阳极，其上具有一组按一定规律设置的叶片；一磁性部分，在所述阴极和阳极之间的相互作用空间产生均匀磁场；以及一对面对面安置的电极，与所述均匀磁场垂直，处在相互作用空间的两边，其中，一正电压或负电压可以选择地施加到所述电极上。
全文摘要
一种平板型磁控管,具有发射电子的阴极和其上具有按规律间隔设置的叶片的阳极,并形成一相互作用空间。在相互作用空间两边有一对波纹管状的长度可伸缩的磁极件,和一可调的磁性部分。一磁轭用于改变磁铁间距,以改变微波的频率。另有端帽,改变其上的电压可以改变微波的输出功率。
文档编号H01J23/02GK1192036SQ98105268
公开日1998年9月2日 申请日期1998年2月20日 优先权日1997年2月28日
发明者井出哲也, 宇田启一郎, 矢野盛规 申请人:夏普公司