CN1157470A - 磁控管 - Google Patents

Abstract

一种改进的磁控管，它能延长其使用期限、降低造价、并提高系统的性能而无需使用现有技术中的灯丝，它包括一中心导管、一连接于该中心导管上部的顶端挡板，以防止热电子逃逸，一板型第一阴板，设置在顶端挡板之下并固定于环绕中心导管的支撑壁的一侧，一圆筒型第二阴极，在其外圆周表面上形成有一长槽，板型第一阴极穿过该长槽向外延伸一部分，以及一连接于第二阴极的下部的下端挡板。

Description

磁控管

本发明涉及一磁控管，特别是涉及一改进的磁控管，它能延长磁控管，它能延长磁控管的使用期限、降低造价、并且提高系统性能而无需使用现有技术中的灯丝。

图1A为描述现有磁控管的剖视图，而图1B则是描述现有磁控管的阴极、叶板及阳极的剖视图。

如其所示，阴极3设置在一叉架30的中央部位内，而叉架30封装磁控管的内部元件。

圆筒形阳极1设置在阴极3的外周部分，并且若干隔开的叶板2径向地设置在阳极1内，叶板2的每个外端固定于阳极1的内圆周表面上。

此外，一内带环9设置于叶板2上，而直径比内带环9的直径要大的一外带环10则设置在内带环9的外侧。

这里，由于内带环9和外带环10是交替地并且是固定地嵌入叶板2上，即，内带环9所固定嵌入的叶板2，外带环10不与之固定嵌入。此外相邻的叶板2相互间相位差为180°并且相互电连接。

现详细描述阴极3的结构。如图1B所示，用于支撑灯丝5的一顶端挡板7设置在灯丝5的顶部，灯丝为螺线形以有效地发射电子。

在顶端挡板7上形成有其直径比灯丝5外径大的环缘部分6，以防止灯丝5所产生的热电子漏泄到操作空间4之外。

一下端挡板8设置在灯丝5的下部，以向上支撑灯丝5的下部。

永磁体12设置在阳极1的顶部和下部，如图1A所示。

另外，在两个相邻的叶板2与阳极1包围的一部位形成有一真空谐振部分14，该真空谐振部分14的一侧朝向阴极3打开，并且磁控管的谐振频率取决于真空谐振部分14的谐振频率。

现结合图1A～1C描述现有磁控管的操作。

首先，向阴极3施加一电压，在操作空间4内阴极3与叶板2之间就会产生电场，并且在平行于阴极3的中心杆5a的方向产生电磁场。

因此，在真空谐振部分14内产生了一高频电场，并且集聚到每一叶板2的一端部，同时一部分高频电场漏泄到操作空间4内。

另外，由于内带环9和外带环10是交替地嵌入叶板2上，叶板2之间的电势就会迅速改变，而阴极3产生的电子就会在操作空间4内循环并且与其中的高频电场发生相互作用，以而产生微波。

此外，所产生的微波通过连接于叶板2的天线11传送到磁控管外。此外，由于部分电子转变为热能，因此在阳极1的外部设置有冷却片13，以防止因作用于其上的热量而使温度上升。

在叉架30下设置有一带白垩线圈(chalk coil)21的滤波器箱20和一穿透型压缩机(a through type condenser)22，以防止泄漏不需要的辐射波，这种辐射波在下列条件下会干扰通通信系统，例如电视、无线电等，即当在通信系统上施加一电压从而产生具有2450MHZ频段的包括从几百千赫芝到几十千兆赫芝频率范围的电波时。

使用灯丝的现有磁控管具有下述不足。

首先，由于要施加电流来加热灯丝，则额外需要一灯丝电压供应系统，并且由于在约1700℃的温度时使灯丝激活，因此必须采用具有高熔点的昂贵的钼来制造中心导管、侧导管以及支撑灯丝的其它元件。

其次，由于需要消耗30～50W的电压来加热灯丝，因此磁控管的效率降低了。

第三，由于大约1700℃的热源通过中心导管、侧导管等传输给白垩线圈，因此不可能对白恶线圈进行热控制。

第四，因为设置有圆筒形阳极体和叶板的谐振空间约1700℃温度的阴极所发生的热量而被加热，因此不可能有效地冷却磁控管。

第五，由于灯丝的强度很低，可能会因外部冲击而容易断裂，因此缩短了磁控管的使用期限。

第六，由于灯丝是在施加电压一段预定的时间之后操作，因此在异常操作期间就会产生电波噪音，从而降低了磁体的性能。

由此，本发明的一个目的是提供一种可以克服现有技术中遇到的问题的磁控管。

本发明的另一个目的是提供一种改进的磁控管，它能延长磁控管的使用期限，降低造价，并能保证系统的性能而无需使用现有技术中的灯丝。

为达到上述目的，根据本发明的第一实施例，提供了一种磁控管，它包括一中心导管；一连接于该中心导管顶部的顶端挡板，以防止热电子逃逸；一板型第一阴极，它设置在上端挡板之下并且固定于环绕中心导管的支撑壁的一侧；一圆筒型第二阴极，在其外圆周表面上形成有一长槽，板型第一阴极穿过该长槽向外部分伸出于圆筒型第二阴极的外圆周表面之外；一连接于第二阴极下部的下端挡板，由此当在第一阴极上施加电压时，第一阴极发射少量电子，并且电子穿过长槽与圆筒型第二阴极的外壁相碰撞，从而电子和圆筒型第二阴极之间的碰撞能量相互使用而发射大量的电子。

为达到上述目的，根据本发明的第二实施例，其提供一磁控管，它包括一中心导管；一连接于该中心导管上部的上端挡板，以防止热电子逃逸；一固定于该上端挡板的外缘部分的第一阴极；设置在第一阴极内的圆筒型第二阴极；以及一连接于该第二阴极下部的下端挡板。

通过下面的详细描述以及以图示的方式给出的附图，本发明将更加清楚，附图不是本发明的限制，其中：

图1A为描述一现有磁控管的剖视图；

图1B为描述一现有磁控管的阴极、叶板和阳极的剖视图；

图1C为描述图1中的阴极、叶板和阳极的水平剖视图；

图2A为描述本发明第一实施例的磁控管阴极结构的垂直剖视图；

图2B为描述本发明图2A中阴极结构的水平剖视图；

图3A为描述本发明第二实施例的磁控管阴极结构的垂直剖视图；

图3B为描述本发明图3A中阴极结构的水平剖视图；

图4为描述本发明第三实施例的磁控管阴极结构的水平剖视图；

图5A为描述本发明的磁控管第二阴极的剖视图，以说明一离子激活状态；而

图5B为当由一激活装置将第二阴极加热到一预定温度后描述图5A的第二阴极的剖视图，以说明离子的重新布置。

现结合图2A和2B说明本发明第一实施例的磁控管。

如图所示，本发明第一实施例的磁控管的阴极包括一垂直的板型场致发射阴极(FEC)(第一阴极)113和一空心的第二发射体(SEB)(第二阴极)114。

设置于顶端挡板116之下以防止热电子漏泄的第一阴极113被固定到环绕着圆柱形中心导管111的支撑壁117的一部分上。

此外，第一阴极113的一长边，如图2B所示，被固定在插入支撑壁117的一部分内，而第一阴极113的另一长边延伸穿过在第二阴极114的外圆周表面上形成的长槽50。

如果向第一阴极113施加一电压，则第一阴极113会发射少量的电子。

此外，圆筒型第二阴极114环绕着支撑壁117。

即，圆筒型第二阴极114、支撑壁117、以及槽150之间具有预定的形状结构，从而当第一阴极113发射少量的电子并且在槽150附近循环，以及电子与第二阴极114的外壁相碰撞时，由此电子与第二阴极114的外壁之间的碰撞所产生的碰撞能量会产生大量的电子。

如图2A所示，用于激活第二阴极114的第二阴极激活装置115设置在第一阴极113和第二阴极114之间，其中第二阴极激活装置115的两端与第一阴极113及第二阴极114接触。

支撑壁117由具有高强度的Ni或Zr制造。此处第二阴极激活装置115用于向第二阴极供应一电压。在第二阴极114被激活之后，去掉第二阴极激活装置115。

图中标号112表示一下端挡板。

图3A为描述本发明第二实施例的磁控管的阴极的结构的垂直剖视图，而图3B则为描述本发明图3A之阴极结构的水平剖视图。

如图所示，一环形第一阴极223固定于顶端挡板216的外下缘部分，而一长的圆筒型第二场致发射阴极214固定于与顶端挡板216的外圆周表面相接触的第二阴极激活装置215的一侧。

这里，环形第一阴极223的内表面与圆筒型第二阴极214的外表面接触。

图中，标号211表示一中心导管，而212表示一下端挡板。

在本发明第三实施例的磁控管中，如图4所示，与第二实施例等同，其第一阴极固定于顶端挡板316的外缘部分。然而，环形第一阴极223在其长的方向被分割成预定的数目，并且一垂直板型场致发射阴极插入相邻的第一阴极324之间形成的每一槽内，其中该垂直板型场致发射阴极的每一侧固定到环绕着中心导管311的圆筒型第二场致发射阴极314的外圆周表面上。

在本发明的第二和第三实施例中，第二阴极激活装置315设置于端板316的内表面与圆筒型第二阴极314之间。与本发明的第一实施例相同，在磁控管制作完成之后，将一般是用于向第二阴极供应一预定电压的第二阴极激活装置10移走。

因此，与本发明的第二和第三实施例相同，当向第一阴极供应一预定电压时，该第一阴极会发射少量的电子。第一阴极发射的电子循环并且与第二阴极的外壁相碰撞，从而利用电子与第二阴极外壁之间的碰撞能量而发射大量的电子。

另外，第一阴极的材料应满足下列条件：

首先，第一阴极113、223和324是由具有低逸出功的材料制造，从而即使向第一阴极供应低电压(4＜3eV)时也能发射电子。

更具体地说，通常氧化反应会增大材料的逸出功。随着氧化反应的进行，在低温金属与半导体会钝化和氧化。

这里，通过下列方程可得到孔隙系数α

α＝n(Vok/Voμ)                    (1)

式中Vok表示氧分子大小，Voμ表示核子大小，而n则表示金属原子数与氧分子的所有原子数之比率。

当孔隙系数α小于1时，在氧化过程中就会形成一疏松层，通过疏松层氧就很容易渗入金属内。

当疏松系数α大于1时，在氧化过程中就会形成氧化材料致密层，从而使氧不能渗入金属层。

其次，由于第一阴极113、223和324的材料之热性能取决于第一阴极113、223和324的温度特性，因此其强度、导电性、以及导热性必须高。

满足上述条件的材料有Ta、Nb、Si、Al等。

此外，如图5A和5B所示，第二阴极114、214及314包括基层101和外层102，并且基层101是由Ni和Zr择其一构成的，而外层是由包括Ba与Al合金、Pd与Ba合金、以及Re与La合金的合金组中选择一组构成的。

假设采用合金Ba和Al，在初始阶段，Ba与Al相互混合。当通过使用第二阴极激活装置115与215向外层102施加预定的电压，从而加热该外层102至400℃～600℃时，如图5B所示，Ba就会聚集在外层的边缘部分，从而激活外层，由此可增大电子发射功效。

如上所述，本发明的磁控管不使用现有技术中作为关键元件的灯丝。即，当向第一阴极供应一预定电压时，该第一阴极发射少量电子，并且电子与第二阴极的外壁相碰撞，从而发射大量的电子。换言之，本发明的磁控管提供了一种具有第一和第二阴极的双重结构，从而可省去现有技术中的灯丝，由此可以延长产品的使用期限、降低造价、并改善产品的性能。

虽然为了描述的目的，本发明公开了其最佳实施例，但对于本领域内的普通技术人员来说，应当理解：只要不超出或脱离所附权利要求书中本发明的范围与实质，可以作各种修改、补充或替换。

Claims (21)

1.一磁控管，包括

一中心导管；

一连接于该中心导管上部的顶端挡板，以防止热电子逃逸；

一设置于该顶端挡板之下并且固定于环绕看中心导管的支撑壁的一侧的板型第一阴极；

一圆筒型第二阴极，在其外圆周表面上形成有一长槽，板型第一阴极的一部分穿过该长槽向外伸出于该圆筒型第二阴极的外圆周表面之外；以及

一连接于第二阴极下部的下端挡板，

由此当向第一阴极施加一电压时，该第一阴极发射少量的电子，并且电子穿过长槽与圆筒型第二阴极的外壁相碰撞，从而利用电子和圆筒型第二阴极之间的碰撞能量发射大量的电子。

2.如权利要求1的磁控管，还包括设置于第一阴极与圆筒型第二阴极之间的一圆筒型第二阴极激活装置，该第二阴极激活装置的两端与第一阴极和第二阴极接触。

3.如权利要求1的磁控管，其中该圆筒型第二阴极包括一基层和一外层。

4.如权利要求2的磁控管，其中该第二阴极激励装置当其首先使用时用于向圆筒型第二阴极提供一预定的电压，而当第二阴极被激励之后，移去该第二阴极激活装置。

5.如权利要求1的磁控管，其中该板型第一阴极由第二阴极的外圆周表面伸出。

6.如权利要求1的磁控管，其中该板型第一阴极向上伸向圆筒型第二阴极的外圆周表面与内圆周表面之间的一部分。

7.如权利要求1的磁控管，其中该板型第一阴极向上伸向圆筒型第二阴极的外圆周表面与内圆周表面之间的一部分。

8.如权利要求1的磁控管，其中该板型第一阴极是由从包括Ta、Nb、Si和Al的材料组中选择其一制成的。

9.如权利要求3的磁控管，其中该基层是由从包括Ni和Zr的材料组中选择其一制成的。

10.如权利要求3的磁控管，其中该外层是由从包括Ba与Al合金、Pb与Ba合金、Re与La合金的合金组中选择一种合金制造的。

11.一磁控管，包括：

一中心导管；

一连接于该中心导管上部的顶端挡板，以防止热电子逃逸；

一固定于该顶端挡板外边缘部分的第一阴极；

一设置于该第一阴极内的圆筒型第二阴极；以及

一连接于该第二阴极下部的下端挡板。

12.如权利要求11的磁控管，还包括一设置于顶端挡板内表面与第二阴极之间的第二阴极激活装置，其中该第二阴极激活装置的两端与顶端挡板的内表面及第二阴极接触。

13.如权利要求11的磁控管，其中该第一阴极为环形。

14.如权利要求11的磁控管，其中该第一阴极具有若干形成在第一阴极的圆周表面上的隔开的槽，一板型第一阴极通过每一槽由圆筒型第二阴极的外圆周表面向外伸出。

15.如权利要求11的磁控管，其中第一阴极的内圆周表面与圆筒型第二阴极的外圆周表面相互隔开一预定的距离。

16.如权利要求12的磁控管，其中该第二阴极激活装置在其首先使用时用于向圆筒型第二阴极提供一预定电压，而当第二阴极被激活之后则被移动。

17.如权利要求11的磁控管，其中该圆筒型第二阴极包括一基层和一外层。

18.如权利要求11的磁控管，其中该板型第一阴极是由从包括Ta、Nb、Si和Al的材料组中选择其一制造的。

19.如权利要求17的磁控管，其中该基层是由从包括Ni和Zr的材料组中选择其一制造的。

20.如权利要求17的磁控管，其中该外层是由从包括Ba与Al合金、Pb与Ba合金、Re与La合金的合金组中选择一处合金制造的。

21.如权利要求11的磁控管，其中该支撑壁是由从包括Ni和Zr的材料组中选择其一制造的。

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