УСТРОЙСТВО ВВОДА СВЧ-СИГНАЛА В КАТОДНУЮ ЗАМЕДЛЯЮЩУЮ СИСТЕМУ ОБРАЩЕННО-КОАКСИАЛЬНОГО МАГНЕТРОНА Российский патент 1995 года по МПК H01J25/50 

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ (ЭВП СВЧ) и к волноводной технике, в частности к входным устройствам ЭВП СВЧ М-типа, а именно к обращенно-коаксиальным магнетронам (ОКМ), используемым для введения входного СВЧ сигнала в замедляющую систему, находящуюся под высоким электрическим напряжением по отношению к заземленному корпусу ЭВП СВЧ и связанному с ним заземленному СВЧ-тракту.

Известен усилитель М-типа необращенной конструкции, содержащий катод типа "коаксиального резонатора", являющийся одновременно элементом входного устройства [1] При этом часть внешнего цилиндрического проводника, закороченного с обоих концов коаксиального резонатора, расположенная во входном волноводе перпендикулярно его широким стенкам, выполнена из диэлектрика. В целом это обеспечивает подведение входного СВЧ-сигнала к катоду через заземленный СВЧ-тракт. В этой конструкции (пригодной для необращенной конструкции усилителя) центральный проводник коаксиального резонатора оказывается неизолированным по высокому напряжению, что требует при работе с прибором применять дополнительные меры (устройства) для защиты персонала и для предотвращения пробоев вне вакуума. Кроме того, центральный проводник механически не развязан с сегментами катодной замедляющей системы (КЗС), что при тепловых и механических воздействиях будет искажать ее геометрию.

Известно устройство ввода СВЧ-сигнала в КЗС ОКМ, содержащее гальванически контактирующую с КЗС коаксиальную линию в заземленном экране и заземленный коаксиально-волноводный переход [2] Указанная конструкция ввода сигнала СВЧ в принципиальном плане может быть приспособлена к использованию в ОКМ. В нем использован коаксиально-волноводный переход с зондовым возбудителем. Этот зондовый возбудитель расположен в вакуумной полости и является продолжением центрального проводника коаксиальной линии, контактирующего с КЗС. Сама коаксиальная линия расположена в заземленном экране, не соприкасаясь с ним (с вакуумным зазором), и как бы "висит" на КЗС вместе с полюсными наконечниками. В одном из конструктивных вариантов наружный проводник коаксиальной линии выполнен с разрывом в форме бесконтактного телескопического соединения, а сплошной (неразрывный) центральный проводник, переходящий в зондовый возбудитель волновода, закреплен на диэлектрической опоре.

Недостатками прототипа являются следующие:
центральный проводник выполнен без разрыва, что, с одной стороны, снижает надежность изоляции его по статическому напряжению, а с другой обуславливает при изменении теплового режима и при механических нагрузках деформации КЗС. Это снижает эксплуатационную надежность прибора, его вибро- и удароустойчивость;
коаксиальная линия, связанная с КЗС, закреплена консольно и усугубляет ненадежность конструкции в целом;
заземленный экран, внутри которого расположена коаксиальная линия, выполнен неразъемным, что обуславливает крайнюю сложность сборки прибора, хотя неразъемность заземленного экрана не единственное препятствие изготовлению прибора среди технологических особенностей конструкции.

Целью изобретения является создание конструкции устройства ввода СВЧ-сигнала в КЗС ОКМ, обладающей повышенной надежностью изоляции по статическому высокому напряжению, а также повышенной технологичностью.

Цель достигается тем, что в устройстве ввода СВЧ-сигнала ОКМ, содержащем гальванически контактирующую с КЗС коаксиальную линию в заземленном экране и заземленный коаксиально-волноводный переход, коаксиальная линия выполнена из двух соосно стыкующихся участков, разделенных между собой на стыке зазорами и в наружном и во внутреннем проводниках. При этом наружный проводник на участке коаксиальной линии, связанной с коаксиально-волноводным переходом, снабжен дроссельным фланцем, гальванически соединенным с заземленным экраном. На участке коаксиальной линии, гальванически контактирующем с КЗС между наружным проводником и заземленным экраном, соосно установлен высоковольтный изолятор, а на стыке бездроссельный фланец, соединенный с наружным проводником.

Предусмотрено исполнение разъемного заземленного экрана с возможностью поворота коаксиально-волноводного перехода вокруг оси СВЧ-ввода.

Бездроссельный фланец может быть выполнен из газопоглотительного материала.

На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства ввода в продольном разрезе.

Заземленный волновод 1 содержит зондовый возбудитель 2, внутри вакуумно-плотного керамического колпака 3, припаянного к металлической (например, коваровой) манжете 4, которая контактирует с патрубком 5 волновода 1. Для обеспечения надежного контакта манжеты 4 с патрубком 5 манжета 4 выполнена с продольными надрезами 6, т.е. в виде цанги. Зондовый возбудитель 2 расположен соосно с манжетой 4 и тем самым образует участок коаксиальной линии, в которой манжета 4 играет роль наружного заземленного проводника, ибо патрубок 5 волновода 1 находится под потенциалом "земли".

Совокупность перечисленных элементов (волновод 1, возбудитель 2, манжета 4, патрубок 5) образует коаксиально-волноводный переход, содержащий внутривакуумную и вневакуумную части.

Патрубок 5 плотно контактирует по торцу с втулкой 7, для чего использовано разъемное соединение посредством накидной гайки 8. При этом продольная ось волновода 1 может быть направлена в любую сторону (применительно к фиг.1 влево, вправо, под углом к плоскости чертежа). Зондовый возбудитель 2 фиксирован в манжете 4 посредством диэлектрической (например, керамической) опоры 9, которая закреплена без возможности осевого перемещения (зажата) между зондовым возбудителем 2 и продолжающим его соосным участком центрального проводника 10. Втулка 7 вакуумно-плотно соединена (спаяна) с фланцем 11, а фланец 11 с манжетой 4. Керамическая опора 9 поджата к торцу колпака 3 торцем фланца 11. Таким образом в собранном состоянии свободы осевого перемещения не имеет ни один из перечисленных элементов узла. Фланец 11 и втулка 7 в сборе образуют кольцевой зазор 12, являющийся элементом СВЧ-дросселя. Втулка 7 установлена в заземленном экране 13 и вакуумно-плотно соединена с ним (например, сваркой). Экран 13 через переходную втулку 14 вакуумно-плотно соединен с заземленным корпусом 15 ОКМ. Внутри экрана 13 соосно установлен опорный высоковольтный изолятор 16, внутри которого соосно закреплен посредством фиксаторной втулки 17 наружный проводник 18, находящийся под высоким напряжением. В наружном проводнике 18 на диэлектрической опоре 19 зафиксирован (без возможности осевого перемещения) с помощью втулки 20 соосно расположенный внутренний проводник 21, также находящийся под высоким напряжением.

Внутренний проводник 21 вместе с опорой 19 и втулкой 20 зафиксированы без возможности осевого перемещения в наружном проводнике 18 с помощью втулки 22. Наружный проводник 18 и внутренний проводник 21 электрически контактируют с проводниками 23, соединенными с КЗС 24, показанной лишь условно.

Наружный проводник 18 снабжен гладким (бездроссельным) фланцем 25. При необходимости он может быть выполнен из геттерного (газопоглотительного) материала, например из пористого титана. Между плоскостями фланцев 11 и 25, обращенными друг к другу, сделан зазор 26, который совместно с кольцевым зазором 12 образует СВЧ-дроссель. Центральный проводник 10 и внутренний проводник 21 состыкованы соосно с сохранением зазора 27, формирующего дроссельное СВЧ-сочленение. Для того, чтобы зазоры 26 и 27, величины которых выбраны исходя из требований пробивной прочности в вакууме, были гарантировано обеспечены, высоковольтный изолятор 16, несущий на себе всю совокупность элементов, находящихся под высоким напряжением, жестко зафиксирован кольцом 28 без возможности осевого перемещения относительно заземленного экрана 13.

Таким образом все устройство состоит из 4-х автономно собираемых и легко контролируемых узлов:
1 узел: волновод 1 с патрубком 5 и накидной гайкой 6, являющийся съемным и не обязательно принадлежащим собственно ОКМ;
2 узел: втулка 7 с фланцем 11 и манжетой 4 в сборе с зондовым возбудителем 2, керамической опорой 9, центральным проводником 10 и керамическим колпаком 3;
3 узел: высоковольтный изолятор 16 с наружным проводником 18 и фланцем 25 с внутренним проводником 21 и диэлектрической опорой 19 и с фиксаторными втулками 17,20 и 22;
4 узел: корпус ОКМ 15 с переходной втулкой 14 и экраном 13.

Устройство работает следующим образом.

Входной СВЧ-сигнал поступает через волновод 1 и зондовый возбудитель 2 в коаксиальную линию, имеющую и в наружном, и во внутреннем проводниках физические разрывы (зазоры 26 и 27), являющиеся СВЧ-дросселями. Поэтому СВЧ-сигнал беспрепятственно поступает по коаксиальной линии, переходящей в двухпроводную линию 23 и далее к КЗС 24. С другой стороны КЗС 24 находится под высоким статическим напряжением относительно заземленного корпуса 15 ОКМ. Соответственно и участок коаксиальной линии, образованной внутренним проводником 21 и наружным проводником 18, оказывается под тем же статическим напряжением, что и КЗС 24. Изоляция по высокому напряжению относительно заземленных корпуса 15 и экрана 13 обеспечивается опорным изолятором 16, а относительно центрального проводника 10 и заземленной втулки 7 вакуумными зазорами 26 и 27. Повышению электрической прочности этих зазоров способствует изготовление бездроссельного фланца 25 из геттерного материала.

Если даже возникает случайный пробой зазора, то этот пробой не вызовет ни разрушения вакуумного колпака 3 и утраты вакуума в приборе, ни опасности для персонала, так как разрядный ток потечет на заземленные части.

Преимуществами предложенного устройства, обуславливающими достижение положительного эффекта, являются следующие.

Наличие вакуумных зазоров на стыке как внутреннего, так и наружного проводников коаксиальной линии повышает надежность изоляции ввода по статическому напряжению при одновременном обеспечении беспрепятственного введения СВЧ-сигнала.

Наличие разъемного сочленения в коаксиально-волноводном переходе позволяет без утраты надежности изоляции располагать волновод в любом, удобном для эксплуатации ОКМ направлении и упрощает технологию изготовления прибора.

Совокупность технических решений позволяет повысить технологичность ОКМ. Так, практически все детали являются телами вращения и могут быть легко изготовлены на станках с ЧПУ, а сборка ОКМ проста в исполнении и осуществляется из автономных, легко контролируемых узлов.

Конструкция вибро- и удароустойчива и совместима с КЗС ОКМ.

Использование: СВЧ приборы М-типа, в частности обращенно -коаксиальные магнетроны. Сущность изобретения: устройство ввода СВЧ-сигнала содержит коаксиальную линию в заземленном экране, гальванически контактирующую с катодной заземляющей системой, и заземленный коаксиально-вводный переход. Коаксиальная линия выполнена из двух соосно стыкующихся участков, разделенных между собой на стыке с зазорами и в наружном, и во внутреннем проводниках. При этом на указанном стыке наружный проводник участка коаксиальной линии, связанного с коаксиально-волноводным переходом, снабжен дроссельным фланцем, контактирующим с заземленным экраном. Наружный проводник участка коаксиальной линии, контактирующий с катодной заземляющей системой, снабжен на указанном стыке бездроссельным фланцем. Предусмотрено исполнение разъемного экрана с возможностью поворота коаксиально-волноводного перехода вокруг оси СВЧ-ввода. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ВВОДА СВЧ-СИГНАЛА В КАТОДНУЮ ЗАМЕДЛЯЮЩУЮ СИСТЕМУ ОБРАЩЕННО-КОАКСИАЛЬНОГО МАГНЕТРОНА, содержащее гальванически контактирующую с катодной замедляющей системой коаксиальную линию в заземленном экране и заземленный коаксиально-волноводный переход, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности изоляции ввода по статическому высокому напряжению при одновременном обеспечении СВЧ-контакта и повышения технологичности обращенно-коаксиального магнетрона, коаксиальная линия выполнена из двух соосно стыкующихся участков, разделенных между собой на стыке зазорами в наружном и во внутреннем проводниках, при этом наружный проводник на участке коаксиальной линии, связанной с коаксиально-волноводным переходом, снабжен на указанном стыке дроссельным фланцем, который гальванически соединен с заземленным экраном, на участке коаксиальной линии, гальванически контактирующем с катодной заземляющей системой, между наружным проводником и заземленным экраном установлен высоковольтный изолятор, а на стыке - бездроссельный фланец, который соединен с наружным проводником. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заземленный экран выполнен разъемным с возможностью поворота коаксиально-волноводного перехода вокруг вокруг оси ввода. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что бездроссельный фланец выполнен из газопоглотительного материала.