ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА Российский патент 1995 года по МПК H01J23/06 H01J29/56 

Изобретение относится к электронике и предназначено для формирования ленточных электронных потоков с повышенной плотностью тока в электровакуумных приборах О-типа.

Известна электронная пушка для электровакуумных приборов миллиметрового диапазона волн с пропитанным амоминатным металлопористым катодом, в котором материал губки запрессован в цилиндрическую оболочку (стаканчик) со сквозной щелью в торце. Длина щели равна диаметру стаканчика. Недостатком известной электронной пушки является то, что при работе ее в диодном режиме наблюдается неравномерное распределение плотности тока по сечению пучка из-за бомбардировки эмиттирующей поверхности катода ионами металла, это приводит к уменьшению генерируемой прибором мощности, сужению полосы генерации, уменьшению надежности и срока службы электронной пушки.

Известна также электронная пушка для формирования тонких ленточных электронных потоков с повышенной плотностью тока, выбранная в качестве прототипа, содержащая анод, фокусирующий электрод и металлопористый - катод, керн которого имеет выступ в виде прямоугольной призмы с размерами основания, равными размерам поперечного сечения пучка, вставленный в прямоугольное отверстие фокусирующего электрода заподлицо с его поверхностью, обращенной к аноду пушки.

В этой электронной пушке устранено экранирование фокусирующим электродом электрического поля на катоде и, таким образом, обеспечена возможность формирования тонких ленточных электронных потоков с достаточной плотностью тока при устойчивой работе электронной пушки.

К недостаткам прототипа относится следующее. В приборах О-типа при больших плотностях мощности в потоке условия работы активного катода оказываются очень сложными в связи с ионной бомбардировкой его тяжелыми ионами, в основном, меди. Ионы, дрейфуя из пространства взаимодействия в область пушки, формируются и бомбардируют главным образом наиболее эффективную центральную часть катода. При этом распределение плотности тока по сечению пучка имеет вид кривой с глубоким минимумом в центральной части катода, что уменьшает уровень генерируемой прибором мощности и полосу генерации, надежность и срок службы электронной пушки.

Целью настоящего изобретения является увеличение уровня генерируемой мощности, расширение полосы генерации прибора, увеличение надежности и срока службы электронной пушки за счет выравнивания распределения плотности тока по сечению электронного потока.

Эта цель достигается тем, что в электронной пушке, содержащей анод, фокусирующий электрод и катод с выступом в виде прямоугольной призмы с размерами основания, равными размерам поперечного сечения пучка, вставленный в прямоугольное отверстие фокусирующего электрода заподлицо с его поверхностью, обращенной к аноду пушки, согласно изобретению выступ керна катода имеет вырезы, образующие набор полых катодов по ширине пушки, эмиттирующая поверхность которых превышает поверхность катода, подверженную бомбардировке ионами металла. В связи с тем, что поверхность полых катодов превышает поверхность катода, теряющую эмиссию из-за бомбардировки ионами металла, происходит выравнивание распределения плотности тока по сечению электронного потока и достигается поставленная цель.

Указанные отличительные признаки можно считать существенными, так как патентный поиск по данной заявке, проведенной по СССР, США, Англии, ФРГ, Франции, Японии, Швейцарии электронной пушки предлагаемой конструкции не выявил.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение предлагаемой пушки, которая содержит анод 1, фокусирующий электрод 2, катод 3 с выступом 4, на котором имеются вырезы 5, выполненные на электронно-искровом станке вольфрамовой нитью. Вырезы, образующие набор полых катодов по ширине пучка (в испытытаемой пушке размером 2,5 мм) имеют глубину порядка 0,2 мм, ширину 0,07 мм, шаг 0,13 мм. Поверхность вырезов для достижения цели должна превышать поверхность катода, подвергаемую бомбардировке ионами, что реализовано в приведенном примере. На фотографии (фиг. 2) представлена эмиттирующая поверхность катода на фоне фокусирующего электрода. Размеры немного искажены из-за окиси бария (катод после работы).

Устройство работает следующим образом. Во время работы прибора ионы металла из пространства взаимодействия попадают в область пушки, ускоряются и бомбардируют эмиттирующую плоскую поверхность катода, которая теряет эмиссию в месте попадания ионов. Однако при наличии прорезей в выступе катода эмиссия катода будет восстановлена за счет работы полых катодов, эмиттирующая поверхность которых превышает поверхность катода, подверженную отравлению ионами.

Поэтому по сравнению с прототипом предлагаемая электронная пушка позволяет сформировать электронные потоки с более равномерным распределением плотности тока по сечению, существенно увеличить плотность тока. Это обеспечивает расширение полосы генерации приборов и увеличивает уровень генерируемой мощности, что особенно важно в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн. Кроме того, увеличивается надежность и срок службы электронной пушки.

Использование: в электронике, электровакуумных приборах О-типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов с ленточными электронными потоками, таких как лампы обратной волны, клинотроны, оротроны и др. Электронная пушка содержит анод, фокусирующий электрод и металлопористый катод с выступом в виде прямоугольной призмы с размерами основания, равными размерам поперечного сечения пучка, вставленный в прямоугольное отверстие фокусирующего электрода заподлицо с его поверхностью, обращенной к аноду пушки. Выступ керна катода имеет вырезы, образующие набор полых катодов по ширине пучка, поверхность которых превышает поверхность катода, подверженную бомбардировке ионами металлов в работающем электровакуумном приборе О-типа. 2 ил.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА для формирования тонких ленточных электронных пучков, содержащая анод, фокусирующий электрод и металлопористый катод с выступом в виде прямоугольной призмы с размерами основания, равными размерам поперечного сечения пучка, вставленный в прямоугольное отверстие фокусирующего электрода заподлицо с его поверхностью, обращенной к аноду пушки, отличающаяся тем, что с целью увеличения уровня генерируемой мощности, расширения полосы генерации приборов, увеличения надежности и срока службы электронной пушки путем выравнивания распределения плотности тока по сечению пучка, выступ катода имеет вырезы, образующие набор полых катодов по ширине пучка.