МИКРОЭЛЕКТРОННЫЙ СВЧ-ТРИОД Российский патент 1995 года по МПК H01J21/20 

Изобретение относится к микроэлектронным вакуумным приборам СВЧ-диапазона.

Известны микроминиатюрные и микроэлектронные СВЧ-приборы, например триоды, в которых колебательные системы представляют собой различные комбинации коаксиальных отрезков. Недостаток указанных конструкций заключается в том, что колебательная система не вполне сопрягается с размерами микроэлектронных приборов, либо сопрягается с ними, но ценой некоторого ухудшения параметров, например волнового сопротивления. Известны другие виды колебательных систем в СВЧ-электровакуумных приборах, например в клистронах, в виде отрезка спиральной линии. Преимущество спирального резонатора заключается в уменьшении габаритов резонатора и улучшении его параметров, в частности увеличения волнового сопротивления. Недостаток указанного решения в том, что он не сопрягается с конструкцией микроэлектронного прибора, так как спираль контура расположена не вдоль оси прибора, а поперек его оси, что не позволяет сделать его миниатюрным и сопрячь с конструкцией триода.

Эффект миниатюризации с одновременным улучшением параметров достигается тем, что спиральный резонатор располагается не перпендикулярно к оси потока электронов, как в известной конструкции, а параллельно потоку, что позволяет создать миниатюрную эффективную конструкцию триода.

Цель изобретения миниатюризация.

Цель достигается тем, что колебательные системы триода в анодной, катодной или сеточной цепях выполнены из отрезков спиральных, аксиальных замедляющих систем, намотанных на диэлектрические покрытия, окружающие цилиндрический анод и цилиндрический катод, расположенные на одной оси, вдоль которой движутся электроны, причем один конец указанных спиралей подсоединен к аноду (катоду или сетке), а второй заканчивается электродом, расположенным на анодном или катодном диэлектрическом покрытии, для подсоединения к внешней цепи.

Автору не известны технические решения, в которых бы аксиальные спиральные замедляющие системы использовались в миниатюрных триодах.

На фиг.1, 2 изображен миниатюрный триод СВЧ-диапазона.

Микроэлектронный СВЧ-триод содержит встроенные элементы колебательной системы: металлический цилиндрический анод 1, покрытый диэлектрической структурой 2, плоский торец анода представляет собой диск 3, на который оседают отработанные электроны. Параллельно торцу анода 3 расположена сетка 4, которая представляет собой вытягивающий электрод матричного автоэмиссионного катода Спиндта 5, которая с помощью диэлектрических шайб 6 разъединена с анодом и катодом. Катод Спиндта размещен на катоде 7, представляющем собой металлический цилиндр, соосный анодному цилиндру 1, который окружен снаружи диэлектрическим цилиндром 8. Поверх анодного и катодного диэлектрика намотаны металлические аксиальные спирали 9 и 10. Один конец спирали, например анодной 10, присоединен к анодному диску, а другой к электроду 11 для передачи СВЧ-сигнала. Катодная спираль 9 одним концом подсоединена к сетке 4, а другим к электроду 12, через который осуществляется связь с внешней СВЧ-цепью. Если спираль включена в цепь катода, то ее один конец подсоединяется не к катодному диску 5, а к сеточному 4, который в этом случае выступает за край диэлектрика, а не утоплен (фиг.2). К катоду подсоединен электрод 13 для подключения к катодному источнику по постоянному току. К аноду подсоединен электрод 14 для подключения к анодному источнику по постоянному току. У сетки 4 предусмотрен выступ 15 для подключения к сеточному источнику по постоянному току. 16 электронный пучок от катода к аноду.

Предлагаемый триод работает либо в режиме общей сетки (фиг.1), либо в режиме общего катода (фиг.2). Работа триода в режиме общей сетки (фиг.1) в качестве усилителя происходит следующим образом.

На анод 14 подается постоянное положительное напряжение, на катод 13 отрицательное напряжение, меньшее по абсолютной величине, чем на сетку 15 нулевое напряжение. Переменный сигнал, который предназначен для усиления, подается на катодный спиральный контур 9 через электрод 12. Промодулированный переменным напряжением действующий между сеткой 15 и катодом 5 электронный ток, ускоряясь в пространстве сетка 15 анод 3, усиливается и его переменная составляющая выделяется на анодном контуре 10. Затем через электрод 11 поступает во внешнюю схему. Спирали в анодной или катодной цепи (фиг. 1) служат резонансными контурами.

Пусть диаметры анодного и катодного изоляторов равным 2 мм, а шаг намотки спирали 0,4 мм, тогда замедление спирали приблизительно равно 15. Тогда при рабочей длине волны λ 30 мм длине полуволнового спирального резонатора будет равна приблизительно 1 мм, т.е. габариты триода на рабочую длину волны λ 30 мм составят приблизительно 2 мм в диаметре и 2 мм длины, т.е. весьма миниатюрны и могут быть еще меньше.

Использование: микроэлектронные вакуумные приборы СВЧ-диапазона. сущность изобретения: микроэлектронный триод СВЧ диапазона, представляет собой аксиально симметричную структуру с цилиндрическими катодом и анодом, размещенными на одной оси. На торце катодного цилиндра размещен матричный автоэмиссионный катод Спиндта. Для миниатюризации прибора катодная и анодная колебательные системы выполнены в виде отрезков проволочных спиральных аксиальных замедляющих систем, намотанных на диэлектрические покрытия, окружающие цилиндрические анод и катод, причем один из концов каждой спирали подсоединен к соответствующему электроду, а другой к внешней цепи. 2 ил.

МИКРОЭЛЕКТРОННЫЙ СВЧ-ТРИОД диапазона, содержащий встроенные элементы колебательной системы и представляющий собой аксиально-симметричную структуру, включающую последовательно расположенные на одной оси цилиндрический анод, покрытый диэлектриком, плоскую цилиндрическую сетку, параллельную торцу анода и представляющую собой верхний электрод матричного автоэмиссионного катода Спиндта, которая с помощью диэлектрических шайб разъединена с анодом и катодом, выполненным в виде цилиндра, часть которого покрыта диэлектриком, отличающийся тем, что колебательная система выполнена в виде отрезков проволочных спиралей, намотанных на диэлектрические покрытия цилиндрического анода и цилиндрического катода, причем один конец спирали на анодном цилиндре подсоединен к аноду, а другой к электроду, расположенному на анодном диэлектрическом покрытии для подсоединения к внешней цепи, а один конец спирали, размещенной на катодном цилиндре, подсоединен к катоду, а другой к электроду, расположенному на катодном диэлектрическом покрытии для подсоединения к внешней цепи.