РЕЗОНАТОРНАЯ СИСТЕМА КОАКСИАЛЬНОГО МАГНЕТРОНА Российский патент 1994 года по МПК H01J25/587 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к коаксиальным магнетронам (КМ), в том числе и обращенным коаксиальным магнетронам (ОКМ).

Целью изобретения является увеличение стабильности работы и КПД коаксиального и обращенного коаксиального магнетрона.

Цель достигается тем, что в резонаторной системе КМ и ОКМ, имеющей стабилизирующий резонатор, цилиндрическую металлическую стенку со щелями связи, к которой примыкает керамический цилиндр, анодный резонаторный блок с ламелями, металлическая стенка со щелями связи выполнена в виде пленки, нанесенной по крайней мере на одну поверхность керамического цилиндра. Ламели могут быть выполнены из керамики, на поверхность которой нанесена металлическая пленка. Металлическая стенка со щелями связи может быть нанесена на поверхность керамического цилиндра, обращенную к стабилизирующему резонатору, а ламели укреплены в отверстиях, выполненных в керамическом цилиндре. В керамическом цилиндре в области щелей связи могут быть выполнены сквозные или несквозные пазы.

При нанесении металлического покрытия как на внутреннюю, так и на внешнюю поверхность керамического цилиндра щели связи должны выполняться как на внутреннем, так и на внешнем металлическом покрытии, и располагаться друг напротив друга.

На участках цилиндрической поверхности керамического цилиндра, граничащих со щелями связи и не занятых металлическим покрытием, возможно выполнение несквозных или сквозных пазов, предназначенных для уменьшения диэлектрических потерь в щелях связи, где имеет место максимальная концентрация высокочастотного поля.

Возможно выполнение керамического цилиндра и ламелей как единого целого из керамического материала, при этом металлическое покрытие наносится на ламели и по крайней мере на поверхность керамического цилиндра, обращенную к замедляющей системе. При таком варианте возможно выполнение несквозных или сквозных пазов на участках цилиндрической поверхности керамического цилиндра, граничащих со щелями связи и не занятых металлическим покрытием, предназначенных для уменьшения диэлектрических потерь в щелях связи, где имеет место максимальная концентрация высокочастотного поля.

Возможно раздельное выполнение ламелей и керамического цилиндра из теплопроводящей керамики с малыми диэлектрическими потерями с последующей металлизацией ламелей и их закреплением в керамическом цилиндре заподлицо с его поверхностью, обращенной к стабилизирующему резонатору, в окнах, выполненных в керамическом цилиндре. Ламели закрепляются так, чтобы имел место контакт с металлическим покрытием, выполненным на поверхности керамического цилиндра, обращенной к стабилизирующему резонатору.

Возможно также выполнение металлического покрытия только на той части ламелей, которая не входит в окна, предназначенные для их закрепления, и по крайней мере на поверхности керамического цилиндра, обращенной к замедляющей системе.

Для указанного варианта возможно выполнение керамического цилиндра из двух полых цилиндров, примыкающих друг к другу торцами и жестко закрепленных между собой, по крайней мере в одном из которых выполнены сквозные окна для закрепления ламелей. Возможно также выполнение несквозных или сквозных пазов на участках цилиндрической поверхности керамического цилиндра, граничащих со щелями связи и не занятых металлическим покрытием, предназначенных для уменьшения диэлектрических потерь в щелях связи, где имеет место максимальная концентрация высокочастотного поля.

Металлическое покрытие цилиндрического корпуса имеет минимальную толщину (которая примерно в 2-3 раза превышает глубину проникновения электромагнитного поля в металл), например, в двухсантиметровом диапазоне длин волн и в случае использования в качестве материала покрытия меди его толщина составляет около 10 мкм.

Известных технических решений, содержащих сходные отличительные признаки, не обнаружено.

На фиг. 1-4 изображены резонаторные системы КМ (фиг. 1, 2) и ОКМ (фиг. 3, 4) с металлическими ламелями и керамическим цилиндром; на фиг. 5, 6 изображен фрагмент резонаторной системы КМ с керамическими металлизированными ламелями; на фиг. 7, 8 изображен фрагмент керамического цилиндра резонаторной системы ОКМ, выполненного с ламелями как единое целое из керамического материала; на фиг. 9, 10 изображен фрагмент резонаторной системы КМ с керамическими частично металлизированными ламелями и сквозными пазами в керамическом цилиндре (щелями связи); на фиг. 11, 12 изображены варианты исполнения керамического цилиндра резонаторной системы КМ и ОКМ из двух керамических полых цилиндров соответственно.

На фиг. 1-4 изображены резонаторные системы КМ и ОКМ соответственно. Керамический цилиндр 1 выполнен из керамического материала с малыми диэлектрическими потерями и высокой теплопроводностью, например бериллиевой керамики, в котором выполнены окна 2, предназначенные для жесткого закрепления (например, пайкой) в них металлических (например, молибденовых) ламелей 3. Ламели устанавливают заподлицо с внешней поверхностью керамического цилиндра в процессе их закрепления, либо проводят обработку выступающих частей ламелей (например, шлифовкой) после жесткого их закрепления в керамическом цилиндре.

На керамический цилиндр нанесено, например напылением, металлическое покрытие 4 (например, медное), толщина которого должна в 2-3 раза превышать глубину проникновения электромагнитного поля в металл.

В примере конкретного исполнения металлическое покрытие 4 нанесено только со стороны стабилизирующего резонатора 5 и на торцы ламелей, граничащие с покрытой металлом поверхностью керамического цилиндра для достижения надежного электрического контакта покрытия 4 с металлическими ламелами 3. Для связи замедляющей системы со стабилизирующим резонатором 5 на керамическом цилиндре 1 имеются не покрытые металлом участки - щели 6 связи, полученные, например, при нанесении металлического покрытия через маску так, чтобы эти участки представляли собой узкие продольные щели в металлическом покрытии (например, прямоугольной формы, выполненные для каждого второго резонатора) анодного резонаторного блока.

На фиг. 5, 6 показан вариант исполнения резонаторной системы КМ, в котором ламели 3 выполнены из керамического материала и предварительно, до их закрепления, полностью покрыты металлом 7, например медью, методом напыления. Ламели 3 с покрытием 7 жестко закреплены в окнах 2, выполненных в керамическом цилиндре 1, например, пайкой. Металлическое покрытие 4 в примере конкретного исполнения нанесено только со стороны стабилизирующего резонатора и на торцы керамического цилиндра. Металлизация на торцах керамического цилиндра может быть использована для последующего закрепления (пайки) керамического цилиндра к другим элементам конструкции магнетрона. Аналогичную конструкцию может иметь и колебательная система ОКМ (на чертеже не показана).

На фиг. 7, 8 показан вариант исполнения резонаторной системы ОКМ, в котором керамический цилиндр 1 с ламелями 2 выполнен, например, методом литья как единое целое из керамического материала. В примере конкретного исполнения металлическое покрытие нанесено на всю поверхность керамического цилиндра, за исключением участков, образующих щели 6 связи. Указанные щели связи выполнены друг напротив друга в металлическом покрытии 4 как на внешней, так и на внутренней цилиндрических поверхностях цилиндра 1, например, методом напыления через маску. Такую же конструкцию может иметь и резонаторная система КМ (на чертеже не показан).

На фиг. 9, 10 показан вариант исполнения резонаторной системы КМ, в котором ламели 3 выполнены из керамического материала и жестко закреплены в окнах 2 керамического цилиндра 1, например, пайкой стеклоцементом. Металлическое покрытие 4 в примере конкретного исполнения нанесено на поверхность керамического цилиндра 1, обращенную к анодному резонаторному блоку, и ламели 3 после их закрепления в керамическом цилиндре. Кроме того, в примере конкретного исполнения щели связи выполнены посредством образования сквозных прямоугольных пазов в керамическом цилиндре и металлическом покрытии 4. Аналогичной может быть и конструкция резонаторной системы ОКМ (на чертеже не показана).

На фиг. 11, 12 показаны варианты исполнения керамического цилиндра КМ и ОКМ соответственно из двух керамических полых цилиндров (оба варианта могут иметь место как для КМ, так и для ОКМ).

На фиг. 11 представлен керамический цилиндр КМ, выполненный из двух керамических полых цилиндров 8, 9, имеющих пазы 10, выполненные друг напротив друга и образующие окна при жестком соединении указанных цилиндров по торцам, предназначенные для последующего закрепления в них ламелей 3. Установленные между двумя цилиндрами 8 и 9 ламели 3 и сами цилиндры 8,, 9 жестко соединяются, например, пайкой.

На фиг. 12 представлен керамический цилиндр ОКМ, в котором пазы 10 выполнены в одном из керамических цилиндров 8, а другой цилиндр 9 не имеет пазов и жестко соединяется по торцу с цилиндром 8 со стороны пазов 10, образуя окна для закрепления ламелей 3. Установленные между двумя цилиндрами 8 и 9 ламели 3 и сами цилиндры 8, 9 жестко соединяются, например, пайкой.

Выполнение щелей связи в металлическом покрытии может быть таким, что в местах образования этих щелей связи на керамическом цилиндре могут быть несквозные пазы, показанные на фиг. 7, 8. Такие пазы могут иметь место, например, при выполнении щелей связи в металлическом покрытии шлифовкой.

Кроме того, возможны различные сочетания вариантов металлических покрытий керамического цилиндра 1 резонаторной системы КМ и ОКМ. Например, на фиг. 1-4 покрытие может быть выполнено как на внешней, так и на внутренней поверхностях керамического цилиндра.

Варианты нанесения металлического покрытия 4 и выбора материала ламелей 3 в конструкциях, изображенных на фиг. 11, 12, могут быть любыми из ранее перечисленных (показанных на фиг. 1 - 10) в зависимости от конструктивных особенностей.

Приведенные варианты исполнения резонаторных систем КМ и ОКМ представляют интерес для конструирования КМ и ОКМ (например, на различные уровни выходной мощности, режимы по скважности и длительности модулирующего импульса), а также с точки зрения удобства изготовления отдельных элементов резонаторных систем и их закрепления.

Керамический цилиндр предложенной конструкции может также служить элементом вакуумной оболочки КМ в тех случаях, когда желательно иметь вневакуумный стабилизирующий резонатор.

В предложенной конструкции резонаторных систем КМ и ОКМ за счет того, что металлическое покрытие керамического цилиндра имеет минимальную толщину, величина энергии щелевого вида колебаний, запасенная в щелях связи, также минимальна, и возбуждение щелевого вида колебаний не происходит. При этом нет необходимости в применении специальных поглотителей для подавления щелевого вида колебаний и, следовательно, отсутствуют потери рабочего вида колебаний, имеющие место при наличии указанных поглотителей.

Таким образом, положительный эффект, достигнутый в предложенной конструкции по сравнению с прототипом, являющимся одновременно базовым объектом, состоит в достижении высокой стабильности работы КМ и ОКМ, что дает возможность уверенно конструировать такие магнетроны без дополнительных мер, специально направленных на подавление щелевого вида колебаний; в увеличении КПД КМ и ОКМ, что снижает энергоемкость всей системы, для которой сконструирован магнетрон; в экономии металла, что при массовом внедрении данной конструкции в серийно выпускаемых магнетронах дает возможность значительного сокращения потребления меди; в возможности использования керамического цилиндра в качестве вакуумной оболочки КМ, что позволяет уменьшить откачиваемый и обезгаживаемый объем КМ, применить материалы для внешней стенки СР, к которым не предъявляются вакуумные требования, исключить ряд вакуумных соединений, как правило осуществляемых с помощью припоев, содержащих драгоценные металлы; кроме того, появляется реальная возможность повторного использования СР вместе с деталями магнитопровода и самих магнитов. При этом вневакуумный СР может работать при нормальном атмосферном давлении, а также при повышенном атмосферном давлении (например, в случае заполнения СР совместно с волноводным трактом системы, в которой используется данный КМ, элегазом SF₆).

Использование: радиолокация, связь, СВЧ-нагрев, в том числе плазмы, исследования по термоядерному синтезу. Сущность изобретения: за счет применения керамического материала с нанесенной металлической пленкой в конструкции цилиндрической стенки анодного резонаторного блока коаксиального магнетрона уменьшен уровень паразитного щелевого вида колебаний, что позволяет повысить стабильность работы КПД магнетрона. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. РЕЗОНАТОРНАЯ СИСТЕМА КОАКСИАЛЬНОГО МАГНЕТРОНА, содержащая коаксиально расположенные анодный резонаторный блок с ламелями, имеющими электрический контакт с цилиндрической металлической стенкой с щелями связи, к которой примыкает керамический цилиндр, стабилизирующий резонатор, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности работы и КПД магнетрона путем уменьшения уровня паразитного щелевого вида колебаний, металлическая стенка с щелями связи выполнена в виде пленки, нанесенной по крайней мере на одну поверхность керамического цилиндра. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что ламели выполнены из керамики, на поверхности которых нанесена металлическая пленка. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что металлическая стенка с щелями связи нанесена на поверхность керамического цилиндра, обращенную к стабилизирующему резонатору, а ламели закреплены в отверстиях, выполненный в керамическом цилиндре. 4. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в керамическом цилиндре в области щелей связи выполнены несквозные пазы. 5. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в керамическом цилиндре в области щелей связи выполнены сквозные пазы.