КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МАГНЕТРОНА Российский патент 1994 года по МПК H01J25/50 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к коаксиальным магнетронам (КМ).

В известных конструкциях КМ, описанных в патентах США N 3904919, кл. Н 01 J 25/50 и Японии N 60-32301, кл. Н 01 J 23/033, обойма стабилизирующего резонатора выполнена из металла и содержит щель для вывода энергии в волновод нагрузки и вакуумное уплотнение.

В патенте Японии N 60-32301, кл. Н 01 J 23/033 от 27.07.85 представлена конструкция КМ, выбранного прототипом настоящего изобретения и одновременно являющегося базовым объектом.

В указанном КМ в металлическом цилиндрическом корпусе стабилизирующего резонатора выполнена щель для связи стабилизирующего резонатора с четвертьволновой трансформирующей секцией Н-образного волновода и с прямоугольным волноводом нагрузки. Вакуумное уплотнение выполнено в виде керамического цилиндра, расположенного с внешней стороны вблизи корпуса анодного блока, являющегося внутренней стенкой стабилизирующего резонатора.

Такая конструкция позволяет использовать вневакуумный стабилизирующий резонатор, что уменьшает откачиваемый и обезгаживаемый объем КМ и создает возможность повторного использования стабилизирующего резонатора (СР) вместе с деталями магнитопровода и самих магнитов. Частичное заполнение СР диэлектриком позволяет несколько уменьшить габариты КМ. Однако, расположение вакуумного уплотнения вблизи корпуса анодного блока, нагревающегося при работе КМ до температуры, приблизительно равной 400-500^оС, создает опасность нежелательных механических напряжений в вакуумных паяных соединениях, в результате чего могут иметь место внезапные отказы КМ во время его работы из-за натекания. Указанный недостаток может привести к необходимости создания дополнительных средств для охлаждения вакуумного уплотнения, что усложняет конструкцию КМ. Кроме того, металлический цилиндрический корпус стабилизирующего резонатора обладает значительной массой, что увеличивает массу всего КМ. Помимо указанного недостатка, для всех КМ, использующих в качестве трансформатора сопротивлений нагрузки секцию Н-образного или какого-либо другого волновода (например, прямоугольного волновода с размерами поперечного сечения, меньшими, чем у волновода нагрузки) имеет место недостаток, связанный с тем, что наличие такой трансформирующей секции увеличивает габариты КМ и уменьшает широкополосность выходного устройства.

Целью изобретения является увеличение широкополосности и упрощение конструкции выходного устройства.

Цель достигается тем, что в колебательной системе коаксиального магнетрона, содержащей цилиндрический керамический корпус, по крайней мере на внешней поверхности которого выполнено металлическое покрытие, вакуумплотное окно и выходное устройство со щелью для вывода энергии и выходным волноводом, щель для вывода энергии выполнена в металлическом покрытии, цилиндрический керамический корпус выполнен вакуумплотным, выходной волновод присоединен к корпусу, контактируя с металлическим покрытием.

Усовершенствованием является такое выполнение колебательной системы КМ, когда в керамическом корпусе выполнено сквозное отверстие (например, прямоугольной формы), металлическое покрытие выполнено на внутренней поверхности цилиндрического керамического корпуса и на его поверхности, ограничивающей сквозное отверстие, внутри которого укреплено вакуумплотное окно. Размер сквозного отверстия цилиндрического керамического корпуса может быть равен размеру выходного волновода, а на поверхности вакуумплотного окна выполнено металлическое покрытие со щелью для вывода энергии.

На фиг. 1-5 изображены проекции фрагментов колебательных систем КМ, в которых цилиндрический керамический корпус имеет металлическое покрытие на наружной поверхности (фиг.1-3), а также на наружной и внутренней поверхностях (фиг.4, 5), за исключением щели вывода энергии; на фиг. 6, 7 изображен фрагмент колебательной системы КМ, в которой корпус имеет металлическое покрытие на наружной и торцовых поверхностях и заполняет весь объем стабилизирующего резонатора (СР); на фиг.8-11 изображен фрагмент колебательной системы КМ, в которой корпус имеет металлическое покрытие на внутренней поверхности, на поверхности, ограничивающей сквозное отверстие, выполненное в обойме, а также на части внешней поверхности; на фиг.12-16 изображены фрагменты колебательных систем КМ, в которых корпус имеет металлическое покрытие на внутренней поверхности, на поверхности, ограничивающей сквозное отверстие, размеры поперечного сечения которого равны размерам поперечного сечения присоединяемого волновода нагрузки, и на части внешней поверхности корпуса.

Корпус 1 СР 2 выполнен из керамического материала с малыми диэлектрическими потерями и высокой теплопро- водностью, например бериллиевой керамики, и имеет металлическое покрытие 3 (например, медное), нанесенное (например, методом напыления) на наружную (фиг.1) или на наружную и внутреннюю поверхности корпуса (фиг.2). С целью дальнейшего жесткого соединения (например, пайкой) корпуса 1 с деталями КМ - крышками 4 стабилизирующего резонатора 2 на торцовых поверхностях выполнено металлическое покрытие.

В металлическом покрытии 3 образована (например, методом напыления через маску) щель 5 вывода энергии (фиг.1-2) или две щели 5 для вывода энергии, выполненные друг напротив друга на наружной и внутренней поверхностях корпуса 1 (фиг.4, 5).

Толщина металлического покрытия должна в 2-3 раза превышать глубину проникновения электромагнитного поля в металл. Например, в двухсантиметровом диапазоне длин волн и в случае использования в качестве материала покрытия меди толщина покрытия составляет около 10 мкм.

В примере конкретного исполнения для образования выходного устройства КМ используется отрезок волновода 6 необходимого сечения, жестко закрепленный на наружной поверхности корпуса 1 (например, методом пайки).

В случае нанесения металлического покрытия только на наружную поверхность корпуса 1 достигается сокращение радиальных габаритов КМ за счет сокращения части радиального размера стабилизирующего резонатора 2, заполненного керамическим материалом, примерно в 2 раза.

На фиг.6, 7 корпус 1 выполнен из керамического материала (например, из корундовой керамики) и заполняет практически весь объем СР 2, за исключением зазора между внутренним диаметром корпуса 1 и наружным диаметром анодного блока 7, необходимого из-за различия в коэффициентах теплового расширения материалов обоймы 1 и анодного блока 7. (Например, в интервале температур 20-800^оС коэффициент теплового расширения (КТР) для меди составляет 19,8х10^-6 1/^oC, а для корундовой керамики марки ВК-100-2 КТР составляет 8х10^-6 1/^oC).

Наружная и торцовые поверхности корпуса 1 покрыты слоем металла (например, медью) для образования наружных и торцовых стенок СР 2. В примере конкретного исполнения КМ возможно значительное (примерно в 2 раза) сокращение радиальных размеров всего СР и еще более значительное, примерно в 4 раза, сокращение аксиальных размеров СР, что позволяет сократить габариты КМ в радиальном и аксиальном направлениях. Жесткое закрепление анодного блока, образующего также внутреннюю стенку СР 2, в примере конкретного исполнения осуществляется через манжеты (например, пайкой), причем один из торцов анодного блока остается незакрепленным для исключения возможных деформаций в процессе пайки или в рабочем режиме КМ.

Кроме того, в керамическом корпусе со стороны одного из торцов может быть предусмотрено выполнение полости (полостей) для введения перестроечных элементов (на фиг. не показаны).

На фиг.8-11 корпус 1 стабилизирующего резонатора 2 выполнен из керамического материала (например, корундовой керамики). В обойме 1 выполнено сквозное отверстие с размерами, соответствующими размерам щели 5 связи. На внутреннюю поверхность и торцы корпуса 1, а также на поверхность, образующую сквозную щель связи и часть внешней поверхности, где происходит сочленение с нагрузкой, нанесено металлическое покрытие. В отверстие щели 5 связи для вакуумного уплотнения КМ впаивается (например, стеклоцементом) керамическое окно 8 из такого же материала, что и корпус 1, например корундовой керамики, что исключает растрескивание и натекание из-за несогласованности спаев, имеющие место в обычных корпусах, изготовленных из металла, как в процессе жесткого сочленения (например, пайки окна 8 в корпусе 1), так и в процессе работы КМ.

Слой металла на наружной поверхности корпуса осуществляет электрический контакт КМ с нагрузкой.

В примере конкретного исполнения для сочленения КМ с регулярным волноводным трактом (нагрузкой) предусмотрены металлические втулки с резьбой, впаянные в корпус 1 (например, стеклоцементом). Пайка указанных втулок 9 может проводиться одновременно с пайкой окна 8 в обойму 1.

На фиг.12-15 изображены фрагменты колебательных систем КМ. В керамическом корпусе 1 выполнены сквозные отверстия, размеры поперечного сечения которых равны размерам поперечного сечения присоединяемых к КМ волноводов. В примерах конкретного исполнения на фиг.12, 13 приведен вариант прямоугольного отверстия, а на фиг.14, 15 - круглого отверстия для сочленения с волноводом соответствующего сечения.

На внутреннюю поверхность и торцы корпуса 1, а также на поверхности, образующие сквозное отверстие, и на часть внешней поверхности, где должно происходить сочленение с волноводом нагрузки, нанесено металлическое покрытие (например, медное). Для обеспечения связи с нагрузкой и вакуумного уплотнения корпуса 1 в металлизированное отверстие впаивается керамическая пластина 10. Керамическая пластина 10 имеет размеры, обеспечивающие вакуумный спай с корпусом. Для обеспечения однородной поверхности стабилизирующего резонатора поверхность пластины обращена внутрь стабилизирующего резонатора, имеет радиус кривизны, соответствующий внутреннему диаметру обоймы стабилизирующего резонатора.

На внутреннюю поверхность пластины 10 нанесен слой металла 11 (например, меди), за исключением окна 5 для вывода энергии. Слой металла нанесен, например, методом напыления через маску. На боковых поверхностях пластина также имеет металлизацию для осуществления жесткого вакуумного соединения (например, пайкой) с обоймой 1.

Таким образом, положительный эффект, достигнутый в предложенной конструкции колебательной системы КМ по сравнению с прототипом, являющимся одновременно базовым объектом, состоит в увеличении широкополосности и упрощении конструкции выходного устройства, которые достигаются за счет выполнения функции вакуумплотного уплотнения цилиндрическим керамическим корпусом и вакуумплотным окном, закрепленным в отверстии керамичеcкого корпуса, а также за счет отсутствия трансформирующей четвертьволновой секции; в увеличении надежности КМ в связи с тем, что вакуумная оболочка расположена вдали от анодного блока, имеющего высокую температуру (около 400-500^оС).

Использование: радиолокация, связь, СВЧ-нагрев. Сущность изобретения: за счет выполнения щели для вывода энергии в металлическом покрытии, нанесенном на поверхность цилиндрического керамического корпуса колебательной системы магнетрона, увеличена широкополосность и упрощена конструкция выходного устройства. 2 з.п.ф-лы, 16 ил.

1. КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МАГНЕТРОНА, содержащая цилиндрический керамический корпус, по крайней мере на внешней поверхности которого выполнено металлическое покрытие, вакуум-плотное окно и выходное устройство с щелью для вывода энергии и выходным волноводом, отличающаяся тем, что, с целью увеличения широкополосности и упрощения конструкции выходного устройства, щель для вывода энергии выполнена в металлическом покрытии, цилиндрический керамический корпус выполнен вакуум-плотным, а выходной волновод присоединен к цилиндрическому керамическому корпусу, контактируя с металлическим покрытием. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в керамическом корпусе выполнено сквозное отверстие, металлическое покрытие выполнено на внутренней поверхности, ограничивающей сквозное отверстие, внутри которого укреплено вакуум-плотное окно. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что размер сквозного отверстия цилиндрического керамического корпуса равен размеру выходного волновода, а на поверхности вакуум-плотного окна выполнено металлическое покрытие с щелью для вывода энергии.