KR0146906B1 - 클라이스트론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클라이스트론에 관한 것으로, 다수의 전자빔을 방츨하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방출된 전자빔에 의해 공동 내에 높은 에너지의 자계를 유도하는 캐비티와, 상기 캐비티에 유도된 높은 에너지의 자계를 커플링하여 필요한 공간 중으로 마이크로파를 방사하는 출력회로로 이루어져 캐소드에서 다수의 전자빔을 방출함으로써 클라이스트론의 출력을 높일 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있고, 또한 상기 캐소드에서 방출되는 다수의 전자빔에 의해 높은 출력을 얻을 수 있음으로써 제품을 소형화할 수 있고, 높은 출력을 얻기 위해 부가적인 부품이 필요하지 않음으로써 제품의 원가를 낮출 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

클라이스트론

제1도는 본발명의 일실시예에 의한 클라이스트론의 단면도,

제2도는 제1도의 요부 확대도,

제3도는 제1도의 A-A선 단면도,

제4도는 종래기술에 의한 클라이스트론의 단면도,

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100:캐소드 102:히터로드

104:에미터로드 106:히터

110;에미터 112:방출부

114:몰리브덴판 200:전자빔

400:캐비티 410:제1캐비티

412,422,432,442:공동 414,424,434,444:갭

420;제3캐비티 440;제4캐비티

450;드리프트통로 500;출력회로

D1,D2,D3;간격

본 발명은 클라이스트론에 공한 것으로, 특히 캐소드에서 다수의 전자빔을 방출하는 클라이스트론에 관한 것이다.

마이크로파를 이용하는 통신, 전자파 가열, 건조분야에 마이크로파 발진관으로 사용되는 종래 클라이스트론으로서는 예를 들면 일본국 특허공보 평2-16533호가 있다. 동공보에 게시된 클라이스트론은 제4도에 도시된 바와같이 전자빔을 발생하는 저나자총부(2)와, 전자빔을 밀도변조시키는 마이크로파회로부(4)와, 전자빔을 포획하고 이 전자빔을 열에너지로 변환하는 켈렉터부(6)로 이루어져 있었다. 제4도에 있어서, (8)은 입력회로이며, (10)은 입력부 자극편이고, (12)는 영구자석이며, (14)는 요크이고, (16)은 전자빔 통로의 드리프트관이다. 그리고 (18)은 출력회로이며, (20)은 출력부 자극편이다.

상기와 같이 구성된 종래 클라이스트론에서는, 상기 전자총부(2)에서 전자빔을 발생하면 상기 마이크로파회로부(4)에서 상기 전자빔을 밀도변조하며, 다음에 상기 출력회로에서는 상기 미이크로파회로부(4)에서 출력된는 전자빔을 일례로 전자렌지의 조리실로 출력함과 동시에 상기 컬렉터부(6)에서는 상기 마이크로파회로부(4)에서 출력된 잔여 전자빔을 포획하여 상기 전자빔의 에너지를 열에너지로 변환함으로써 상기 전자빔을 소멸시켰다.

그런데 상기와 같은 종래의 클라이스트론은 높은 출력을 얻기 위해서 많은 캐비티를 사용하여야 함으로써 제품의 크기의 증가에 수반하여 거대한 영구자석과 전자석이 소요된으로써 제품의 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

또한 상기와 같은 종래의 클라이스트론은 제품의 크기가 일반적으로 작고 단일 전자빔을 사용함으로써 출력이 낮고, 출력대 입력의 배율인 효율이 낮은 문제점이 잇었다.

따라서 본발명의 목적은 상기 문제점을 해결하개 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 제품을 소형화할 수 있으며, 제풍의 원가를 낮출 수 있고, 클라이스트론의 출력을 높일 수 있으며, 클라이스트론의 입력대출력의 비율인 효율을 높일 수 있다는 클라이스트론을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본발명에 따른 클라이스트론은 다수의 전자빔을 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방출된 전자빔에 의해 공동내에 높은 에너지의 자계를 유도하는 캐비티와, 상기 캐비티에 유도된 높은 에너지의 자계를 커플링하여 필요한 공간 중으로 마이크로파를 방시하는 출력회로로 이루어 진 것을 특징으로 한다.

이하 본발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도에 도시된 바와 같이, 다수의 전자빔을 방출하는 캐소드(100)는 히터로드(102) 및 에미터로드(104)와, 상기 히터로드(102) 및 에미터로드(104)를 개재해서 직류 220V의 전압을 받아서 발열하는 히터(106)와, 상기 히터(106)에서 방출되는 열에 의해 여기되어 전자를 방출하는 에미터(110)로 이루어져 있다. 상기 에미터(110)의 표면은 다수의 전자빔을 방출하도록 다수의 방출부(112)가 형성되어 있으며, 상기 에미터(110)의 표면중 상기 방축부(112)가 형성되어 있으며, 상기 에미터(110)의 표면 중 상기 방출부(112) 이외의 곳은 전자빔 방출을 억제하기 위해 얇은 몰리브덴판(114)이 부착되어 있다. 상기 방출부(112)는 1열 이상의 환상으로 다수개 본실시예에서는 3열의 환상으로 25개 형성되어 있다. 상기 방출부(112)는 또한 제2도에 도시된 바와 같이 상기 방출부(112)로부터 방출된 전자를 한 곳으로 모으도록 에미터(110)의 내측으로 오목하게 형성되어 있다. 상기 히터(106)와 상기 에미터(110)는 상기 히터로드(102)와 에미터로드(104)를 개재해서 직류 220V를 출력하는 전원수단(도시생략)에 상호 접속되어 있다.

상기 에미터(110)의 주위에는 상기 에미터(110)에서 방출된 전자빔(200)의 상호간의 반발력을 억제하여 전자빔(200)이 후술하는 컬렉터로만 향하도록 자속을 발생하는 제1영구자석이 설치되어 있으며, 이 제1영구자석(302)은 일례로 N극을 띠고 있다. 상기 제1영구자석(302)의 내측에는 상기 제1영구자석(302)과 함께 직접 폐회로를 구성하는 제1폴피스(POLE PIECE,304)가 설치되어 있고, 상시 제1영구자석(302)의 외측에는 상기 제1영구자석(302) 및 제1폴피스(304)와 함께 자기적 폐회로를 구성하는 요크(306)가 설치되어 있다.

상기 캐소드(100)에서 방촐된 전자를 밀도변조하는 캐비티(400)는 전계가 전파방향과 직각을 이루는 TE모드(TRANSVERSE ELECTRIC MODE)의 전파방향모드에서 동작함과 동시에 각각 고유한 주파수에서 동작하는 2개 이상의 공진 캐비티로 이루어져 있으며, 본실시예에서는 상기 캐소드(100)로부터 방출된 전자빔(200)을 1차로 밀도변조하여 전력을 증폭하는 제1차 캐비티(410)와, 상기 캐소드(100)로부터 방출된 전자빔을 2차로 밀도변조하여 전력을 증폭하는 제2차캐비티(420)와, 상기 캐소드(100)로부터 방출된 전자빔을 3차로 밀도변조하여 전력을 증폭하는 제3캐비티(430)와, 상기 캐소드(100)로부터 방출된 전자빔을 4차로 밀도변조하여 전력을 증폭하는 제4키비티(440)로 이루어져 있다.

상기 제1캐비티(410) 내지 제4캐비티(440)에는 상기 에미터(110)로부터 방출된 전자빔(200)을 후술하는 컬렉터 방향으로 이동시키는 다수개의 드리프트 통로(450)가 형성되어 있으며, 이 드리프트통로(450)는 구리로 만들어진 튜브(460)에 의해 제2도 및 제3도에 도시된 바와같이 캐비티(400)의 중심축과 평행하면서 1열 또는 2열 이상의 환상으로 형성되어 있다. 본실시예에서는 3열의 환상으로 25개의 드리프트통로(450)가 형성되어 있다. 또한 상기 제2캐비티(420) 내지 제4캐비티(440)로부터 에너지의 일부가 상기 제1캐비티(410)로 되돌아 가도록 상기 제3캐비티(430)와 상기 제1캐비티(410) 사이에는 피드백채널(470)이 형성되어 있다.

상기 제4캐비티(440)에는 출력회로(500)가 연결되어 있으며, 상기 출력회로(500)는 상기 제4캐비티(440)와 자계커플링되어 상기 제4캐비티(440)를 통과하는 전자빔의 에너지를 외부로 끌어내리는 커플링(COUPLING RING, 510)과, 상기 커플링(510)을 내장하는 동축선로(520)및 상기 커플링 링(510)이 흡수나 에너지를 마이크로파로 출력하는 안테나(530)로 이루어 져있다.

상기 제4캐비티(440)의 공동(442)은 출력효율을 높이기 위해 다른 캐비티(410,420,430)의 공동(412,422,432)의 크기에 비해 작게 형성되어 있다. 또한, 제2도에 도시된 바와 같이, 상기 제1캐비티(410) 내지 제4캐비티(420)의 갭(414,424,434,444) 사이의 간격(D1,D2,D3)은 공진캐비티(410,420,430,440) 사이의 상호작용의 정도를 증대시키기 위해 단계적으로 다르게 설정되어 있으며, 본실시예에서는 상기 제1캐비티(410) 내지 제4캐비티(440)의 갭(414,424,434,444) 사이의 간격(D1,D2,D3)이 단계적으로 감소하도록 설정되어 있다. 특히, 상기 제3캐비티(430)와 제4캐비티(440)의 갭(434,444)의 간격(D3)은 캐비티(400)의 특성을 높이기위해 다른 공진캐비티(410,420,430)의 갭(414,424,434)의 간격(D1,D2)보다 작게 형성되어 있다.

상기 캐비티(400)를 통과하고 마이크로파를 출력한 전자를 수집하는 컬렉터(600)는 상기 캐비티(400)를 통과하고 마이크로파를 출력한 전자를 수집하는 컬렉터 플레이트(610)와, 상기 컬렉터 플레이트(610)에 수집된 전자가 갖고 있는 에너지를 열로서 방출하는 방열봉(620) 및 방열플레이트(630)로 이루어져 있다. 상기 방열플레이트(630)는 상기 방열봉(620)에 억지끼워맞춤으로 결합되어 있고, 상기 방열봉은(620)상기 컬렉터 플레이트에(610) 브레이징 접합되어 있다. 상기 컬렉터 플레이트는(610) 상기 에미터(110)와 상기 컬렉터 플레이트 사이(610)에 전자빔의 가속을 위한 전위차가 형성되도록 이례로 직류720V의 전압을 츨력하는 제2전원수단(도시 생략)의 출력단자에 접속되어 있다.

상기 컬렉터 플레이트(610)의 외측에는 상기 제1영구자석(302)에대응하는 제2영구자석(308)이 설치되어 있으며, 상기 제2 영구자석(308)은 일례로 S극을 띠고 있다. 상기 제1영구자석(302)과 제2영구자석(308)은 상기 환상으로 배열된 드리프트 통로(450)에 자속을 균일하게 인가하도록 환상으로 형성되어 있다. 상기 제2영구자석(308)의 내측에는 상기 제1영구자석(302)과 제1폴피스(304) 및 제2영구자석(308)과 함께 자기적폐회로를 구성하는 제2폴피스(310)가 설치되어 있다.

다음에는 본발명의 일실시에 의한 클라이스트론 구조에 대한 이론적인 원리를 설명한다.

상기 에미터(110)와 컬렉터 플레이트(610) 사이에 형성된 전위차를 V,개별 전자빔의 퍼비언스(PERVEANCE)를 Pe, 전체 전자빔의 퍼비언스를 Pt, 전체 전자빔에 의해 표현되는 전류값을 I, 출력을 P, 전자빔수를 n라고 하면,

상기 전류값(I)과 전위차(V) 사이에는 2극광의 일반적인 원리에 의해 다음과 같은 관계식(1,2,3,4,5)이 성립한다.

상기 식 (5)로부터 전위차(V)는

상기 식 (6)으로부터 저낮빔수(n)을 크게 함으로써 출력을 높일 수 있고, 상기 전위차(V)를 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다.

이하 상기와 같이 구성된 본발명의 일실시예에 의한 클라이스트론의 작용효과를 상세히 설명한다.

먼저 상기 히터로드(102)와 상기 에미터로드(104)사이에 직류220V의 전압이 인가되고 상기 컬렉터 플레이트(610)에 직류720V의 전압이 인가된다. 그러면 상기 히터(106)와 에미터(110)에 직류 220V의 전압이 인가되어 상기 히터가(106)발열한다. 상기 히터(106)가 발열하면 상기 에미터(110)가 1000℃이상으로 가열되어 상기 에미터(110)의 방출부로(112)부터 다수의 전자빔이 방출된다.

상기 에미터(110)의 방출부(112)로부터 상기 컬렉터 플레이트(610) 방향으로 방출된 전자빔은(200) 상기 에미터(110)와 상기 컬렉터 플레이트(610) 사이에 형성된 500V의 전위차로 인해 상기 컬렉터 플레이트(610)방향으로 가속된다. 상기컬렉터 플레이트(610) 방향으로 가속된 전자빔(200)은 상기 제1캐비티(410)의 갭(414)에 도달한다. 제1캐비티(410)의 갭(414)에서는 외부의 소신호 고주파수단(도시생략)으로부터 상기 제1캐비티(410)의 공동(412)에 입사된 소신호 고주파로 인해 전계가 형성되어 있는데, 이 전계로부터 열전자들이 속도 변조를 받게 되면 전자빔(200)은 위치에 따라 전자밀도가 달라지게 된다.

전자빔(200)이 계속 진행하여 제2캐비티(420)의 갭에 이르게 되면 공동(422)과 전자빔(200)의 상호작용으로 전자의 속도변조가 다시 일어나게 되고 이로인해 전자빔(200) 내에서 높았던 부근의 전자밀도는 더욱 높아지게 된다. 이것이 계속 진행해서 제3캐비티(430)의 갭(434)에 이르렀을 때도 제2캐비티(420)의 갭(424)에서 작용했던 것과 똑같이 되어 전자밀도가 높았던 부분이 다시한번 더 고밀도로 높아지게 된다. 이와같이 해서 높은 에너지를 갖는 마이크로파를 발생시키기에 충분하도록 밀도가 높은 전자빔이 형성된다. 충분한 전자밀도를 갖는 전자빔이 출력 캐비티인 제4캐비티(440)의 갭(444)에 이르면 제4캡비티(440)의 공동(442)에 유도전류를 야기하고 이로인해 마이크로파가 공동(442)내에 유기되는데, 이중 전계는 제4캐비티(440)의 갭(444)사이에 주로 존재하고 자계는 제4캐비티(440)의 공동(442) 내에 존재하게 된다. 이와같이 전자빔(200)은 상기 제4캐비티(440)의 갭(444)을 지나면서 마이크로파 에너지를 공동(442)내에 유도시킨 다음 계속 진행해서 상기 컬렉터 플레이트(610)의 표면에 이르러 컬렉터 플레이트(610)의 표면과 부딪혀서 흡수되어 소멸되고 만다. 이 경우 상기 컬렉터 플레이트(610)에 흡수된 전자가 갖고 있던 잔여 에너지는 상기 방열봉(620) 및 방열플레이트(630)를 통해 외부에 열로써 방출된다.

다음에 상기 커플링 링(510)은 상기 제4캐비티(440)의 공동(442)내의 자계에너지를 커플링함으로써 마이크로파에너지를 외부로 끌어내게 되고, 외부로 나온 마이크로파는 안테나(530)에서 필요한 공간 중으로, 일례로 전자렌지의 조리실로 방사된다.

상술한 바와 같이, 본발명에 따른 클라이스트론은 캐소드에서 다수의 전자빔을 방출함으로써 클라이스트론의 출력을 높일 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

또한 상기 캐소드에서 방출되는 다수의 전자빔에 의해 높은 출력을 얻을 수 있음으로써 제품을 소형화할 수 있고, 높은 출력을 얻기 위해 부가적인 부품이 필요하지 않음으로써 제품의 원가를 낮출 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

또한 제품의 출력이 증가함으로써 입력대 출력의 비율인 효율을 증가할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims (9)

1. 클라이스트론에 있어서 다수의 전자빔을 방출하는 캐소드와, 상기 캐소드에서 방출된 전자빔에 의해 공동내에 높은 에너지의 자계를 유도하는 캐비티와,

   상기 캐비티에 유도된 높은 에너지의 자계를 커플링하여 필요한 공간중으로 마이크로파를 방사하는 출력회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐소드는 히터로드 및 에미터로드와, 상기 히터로드 및 에미터로드를 개재해서 직류220V의 전압을 받아서벌욜허는 히터와, 상기 히터에서 방출된 열에 의해 여기되어 전자를 방출하는 에미터로 이루어져 있고, 상기 에미터의 표면은 다수의 전자빔을 방출하도록 다수의 방출부가 형성된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
3. 제2항에 있어서, 상기 에미터의 표면중 상기 방출부 이외의 곳은 전자빔 방출을 억제하기 위한 몰리브덴판이 부착된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
4. 제2항에 있어서, 상기 방출부는 1열 이상의 환상으로 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
5. 제1항에 있어서, 상기 캐비티는 전계가 전파방향과 직각을 이루는 TE모드(TRANSVERSE ELECTRIC MODE)의 전파방향 모드에서 동작함과 동시에 각각 고유한 주파수에서 동작하는 2개 이상이 공진 캐비티로 이루어진 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
6. 제5항에 있어서, 상기 공진캐비티에는 상기 에미터로부터 방출된 전자빔이 이동하는 다수개의 드리프트 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
7. 제6항에 있어서, 상기 공진 캐비티에는 드리프트 통로가 1열 이상의 환상으로 다수개 형성된 것을 특징으로하는 클라이스트론.
8. 제5항에 있어서, 상기 공진캐비티중 출력키배티의 공동은 마이크로파에너지를 유도하도록 다른 캐비티의 공동에 비해 작게 형성된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.
9. 제5항에 있어서 상기 공진캐비티 사이의 간격(D1,D2,D3)은 출력캐비티에서 고밀도의 전자빔을 형성하도록 단계적으로 다르게 설정된 것을 특징으로 하는 클라이스트론.