УСИЛИТЕЛЬ СВЧ-КОЛЕБАНИЙ С ЛЕНТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ Российский патент 1994 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к конструкции сверхвысокочастотных приборов с ленточным электронным потоком и с фокусировкой однонаправленным магнитным полем (например, ЛБВ).

Известно, что ленточный электронный поток деформируется под влиянием поперечного электрического поля пространственного заряда и фокусирующего продольного магнитного поля. В результате этого поперечное сечение ленточного потока изменяется с прямоугольного на S-образное, поскольку края ленточного потока подвержены наибольшим деформациям. Деформация электронного потока увеличивается по мере удаления от катода, что приводит к увеличению токооседания на замедляющую систему в ЛБВ, вследствие чего существенно увеличивается коэффициент шума приборов и уменьшается их долговечность и эксплуатационная устойчивость (коэффициент шума, например, повышается на 30-50% при попадании одного процента катодного тока на входную часть замедляющей системы ЛБВ).

Известные способы устранения деформации потока и уменьшения потокооседания на замедляющую систему ЛБВ основаны либо на повышении жесткости фокусировки, т. е. на увеличении величины напряженности продольного фокусирующего магнитного поля, либо на увеличении отношения величины зазора в замедляющей системе к толщине потока. Однако оба эти способа имеют существенные недостатки, заключающиеся в том, что первый способ приводит к увеличению веса фокусирующей системы и прибора в целом, а второй способ приводит к уменьшению усиления на единицу длины.

Известен усилитель СВЧ колебаний с ленточным электронным потоком, содержащий плоскую электродинамическую систему, подогревный катод с оксидным слоем прямоугольного сечения, фокусирующую систему с однонаправленным магнитным полем и коллектор. Острые углы параллелограмма (эмиттирующей поверхности катода) ориентированы таким образом относительно продольного фокусирующего магнитного поля прибора, что в результате дрейфа электронов на узких краях ленточного потока электроны заполняют те объемы пространства, которые как бы обрезаны у потока в результате изменения сечения катода с прямоугольного на сечение в виде параллелограмма. Это и приводит к тому, что толщина потока не увеличивается или увеличивается незначительно, следствием чего и является улучшение токопрохождения и коэффициента шума.

Однако рассмотренное устройство обладает существенным недостатком, состоящим в повышенной скорости испарения оксидного слоя на острых углах катода в форме параллелограмма по сравнению с катодом прямоугольного сечения, что сокращает срок службы такого катода и уменьшает долговечность прибора в целом.

Целью предлагаемого изобретения является создание такой конструкции ЛБВ, которая без увеличения веса приборов и ухудшения их параметров обеспечивает лучшее токопрохождение и повышение срока службы.

Поставленная цель достигается тем, что в усилителе СВЧ колебаний с ленточным электронным потоком, например, МБВ, содержащем плоскую электродинамическую систему, подогревный катод с эмиттирующим оксидным слоем прямоугольного сечения и керном и фокусирующую систему с однонаправленным магнитным полем, эмиттирующий слой погружен в керн на глубину слоя и имеет одинаковую с керном ширину.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображены варианты известного и предлагаемого расположения оксидного слоя; на фиг. 2 - распределение плотности эмиттируемого тока вдоль катода прямоугольного сечения. 1 - оксидный слой, 2 - металлический керн, а АБСД - эмиттирующая поверхность, лежащая на одном уровне с поверхностью керна.

Существенными отличительными признаками предлагаемого авторами изобретения являются одинаковость ширины керна и ширины торцовой эмиттирующей поверхности АБСД оксидного слоя, а также такое расположение оксидного слоя в материале керна, при котором торцовая эмиттирующая поверхность АБСД оказывается на одном уровне с поверхностью керна, а длинные боковые поверхности оксидного слоя остаются открытыми.

При таком расположении оксидного слоя в металле керна возникает напряженность задерживающего поля, появляющаяся из-за контактной разности потенциалов между материалами керна и оксидного слоя и направленная поперек линий контакта АБ и СД эмиттирующей поверхности катода с поверхностью керна. Эта напряженность задерживающего поля подавляет эмиссию в областях эмиссионной поверхности, прилегающих непосредственно к керну вдоль линий АВ и СД. Полученное распределение плотности эмиттируемого тока вдоль катода прямоугольного сечения представлена на фиг. 2 и создает условия для существенного уменьшения деформации ленточного потока в соответствии с приведенными выше объяснениями.

По итогам испытаний опытных образцов предлагаемой конструкции ЛБВ было установлено, что токопрохождение на коллектор улучшилось по сравнению с выступающим катодом прямоугольного сечения старой конструкции. Это улучшило коэффициент шума ЛБВ примерно на 5% и значительно повысило устойчивость ЛБВ к таким дестабилизирующим факторам, как климатические и вибрационные воздействия ферромагнитных масс, а также магнитных полей. Все перечисленное объясняется уменьшением деформации электронного потока и вызываемым тем увеличением эксплуатационных запасов по перемещениям электронного потока внутри замедляющей системы, возникающим под действием дестабилизирующих факторов. Кроме того, по расчетам заявителей предлагаемая конструкция увеличивает срок службы катода примерно на 2% по сравнению с выступающим оксидным слоем прямоугольного сечения и примерно на 4% - по сравнению с выступающим оксидным слоем в форме параллелограмма.

Использование: техника СВЧ приборов. Сущность изобретения: в усилителе СВЧ с ленточным электронным потоком, содержащем плоскую электродинамическую систему и подогревный катод с оксидным слоем прямоугольного сечения, оксидный слой погружен в керн на глубину слоя и имеет одинаковую с керном ширину. 2 ил.

УСИЛИТЕЛЬ СВЧ-КОЛЕБАНИЙ С ЛЕНТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ , напpимеp ЛБВ, содеpжащий плоскую электpодинамическую систему, подогpевный катод с эмиттиpующим оксидным слоем пpямоугольного сечения и кеpном, и фокусиpующую систему с однонапpавленным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью улучшения токопpохождения и повышения сpока службы, эмиттиpующий слой погpужен в кеpн на глубину слоя и имеет одинаковую с кеpном шиpину.