КОЛЛЕКТОР МНОГОЛУЧЕВОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Российский патент 1997 года по МПК H01J23/87 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции коллектора многолучевого электронного прибора, например клистрона.

Известна конструкция коллектора многолучевого клистрона, в которой каждый осесимметричный электронный поток осаждается на внутренней поверхности конусообразного тела (малый коллектор), ось которого параллельна оси прибора, а теплоотдающая поверхность является общей для всех лучей [1] Очевидно, что охлаждение только одной боковой поверхности малого коллектора при необходимости увеличения рассеиваемой мощности может привести к проплавлению металла и потере герметичности прибора. Кроме того, известно, что траектории электронов практически совпадают с силовыми линиями. Поэтому в спадающем магнитном поле малых коллекторов наиболее нагруженной является та часть внутренней поверхности, которая располагается дальше от оси прибора.

Известна конструкция коллектора многолучевого клистрона [2] в котором для уменьшения удельной тепловой нагрузки на тепловоспринимающей поверхности конусообразные тела малых коллекторов наклонены под определенным углом к оси симметрии клистрона. Правильный угол наклона каждого коллектора определяется вычислением траекторий электронов в магнитном поле коллектора. Уменьшение удельной тепловой нагрузки достигается за счет ее выравнивания путем обеспечения соосности малого коллектора и электронного потока, ось которого в спадающем магнитном поле отклоняется от оси прибора. Дальнейшее снижение удельной тепловой нагрузки ограничено допустимой длиной прибора и расстоянием между электронными потоками. В данной конструкции полезный эффект достигается за счет усложнения и повышения трудоемкости конструкции: во-первых, возникает потребность в проведении специальных расчетов траекторий электронов в магнитном поле коллектора, во-вторых, появляются дополнительные детали в виде прямых цилиндрических участков и соответственно потребность пайки их по эллипсному сечению с наклонными конусами малых коллекторов.

Целью изобретения является снижение удельной тепловой нагрузки на тепловоспринимающую поверхность, уменьшение веса и материалоемкости, упрощение конструкции, а также улучшение азимутального распределения температуры теплоотдающей поверхности.

Снижение удельной тепловой нагрузки на тепловоспринимающую поверхность, уменьшение веса и материалоемкости, упрощение конструкции достигаются тем, что коллектор многолучевого прибора пролетного типа, работающий в спадающем магнитном поле, состоит из нескольких коллекторов с индивидуальной воспринимающей поверхностью и общей или индивидуальной теплоотдающей поверхностью, на входе в которые расстояние между осями тепловоспринимающих поверхностей превышает расстояние между осями соответствующих им электронных потоков.

Улучшение азимутального распределения температуры тепловоспринимающей поверхности достигается тем, что применено оребрение, при котором шаг, высота ребра, ширина паза имеют переменную величину по периметру. Величина параметров оребрения выбирается, исходя из фактического тепловыделения на данном участке.

Сопоставительный анализ с прототипом показывают, что заявляемый коллектор отличается тем, что на входе в малые коллекторы расстояние между электронными потоками a, параметры оребрения (шаг, высота ребра, ширина паза) имеют переменную величину по периметру.

Таким образом, заявляемый коллектор соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 представлены соответственно продольное и поперечное сечение коллектора двухлучевого клистрона.

Коллектор составлен из двух зеркально симметричных частей и представляет собой две спаянные между собой вакуумные оболочки (1) и кожух (2), образующие между собой полость (3) для прохода охладителя.

Пучком стрелок на чертеже обозначен электронный поток. Вакуумная полость (4) выполнена так, что ее ось (O) более удалена от плоскости симметрии коллектора, чем ось электронного потока (О'), а толщина стенки между вакуумными полостями равна минимально допустимой.

Вдоль наружной поверхности вакуумной оболочки на токарном станке нарезаны продольные пазы (5). По периметру оболочки они имеют одинаковую ширину и шаг, но различаются по глубине.

Известно, что для обеспечения достаточной герметичности прибора толщина вакуумной оболочки не может быть меньше определенной величины (б). Известно также, что достаточное охлаждение внутренней поверхности малых коллекторов может быть обеспечено применением оребрения с определенной высотой ребра (h). Расстояние между электронными потоками (2) задается катодом прибора и сохраняется на входе электронного потока в коллектор.

Известно, что для продольного электронного потока многолучевого прибора площадь тепловыделения в спадающем магнитном поле коллектора пропорциональна квадрату расстояния от оси потока до поверхности токооседания
S ≈ R²
В известной конструкции коллектора многолучевого клистрона ось электронного потока на входе в малый коллектор совпадает с осью вакуумной полости, поэтому радиус последней ограничен значением
R₁=L-h-δ
В предлагаемой конструкции расстояние от оси вакуумной полости до плоскости симметрии прибора превышает L₁
L₂=L₁+Δ
В результате максимальный радиус вакуумной полости заявляемой конструкции превышает R₁
R₂=R₁+Δ
Таким образом, использование первой части заявляемого изобретения позволяет снизить удельную тепловую нагрузку на тепловоспринимающей поверхности во столько раз, во сколько увеличить площадь токооседания

Вычисления дают

Кроме того, предлагаемый в изобретении путь снижения удельной тепловой нагрузки является конструктивно более простым, чем путь, примененный в прототипе. К тому же он может быть использован как дополнительный к нему.

Кроме того, увеличение радиуса вакуумной полости позволяет пропорционально уменьшить вес и материалоемкость коллектора.

Как известно, в условиях постоянства по периметру коэффициента теплоотдачи и температуры жидкости температура теплоотдающей поверхности определяется удельным тепловым потоком через нее. Последний зависит от коэффициента оребрения, т.е. в конечном счете от величины шага, высоты ребра, ширина паза. Таким образом, использование второй части заявляемого изобретения позволит, выбирая параметры оребрения, исходя из величины локального токооседания, улучшить азимутальное распределение температуры вакуумной оболочки коллектора.

Использование: изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции коллектора многолучевого прибора (клистрона, ЛБВ). Сущность изобретения: коллектор многолучевого прибора, работающий в спадающем магнитном поле, состоит из нескольких коллекторов с индивидуальной тепловоспринимающей поверхностью и общей или индивидуальной теплоотдающей поверхностью с оребрением. Целью изобретения является снижение удельной тепловой нагрузки на тепловоспринимающей поверхности, уменьшение веса и материалоемкости. Наименьшее расстояние между осями тепловоспринимающих поверхностей коллекторов превышает расстояние между осями соответствующих им электронных потоков. Для улучшения азимутального распределения температуры теплоотдающей поверхности шаг, высота ребра и ширина паза имеют переменную величину по периметру. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Коллектор многолучевого электронного прибора, состоящий из нескольких коллекторов с индивидуальной тепловоспринимающей поверхностью и общей или индивидуальной теплоотдающей поверхностью с оребрением, отличающийся тем, что, с целью снижения удельной тепловой нагрузки на тепловоспринимающей поверхности, уменьшения веса и материалоемкости, наименьшее расстояние между осями тепловоспринимающих поверхностей коллекторов превышает расстояние между осями соответствующих им электронных потоков, а диаметр тепловоспринимающей поверхности равен разности расстояния между осями и минимальной толщиной стенки между коллекторами с учетом высоты ребер охлаждения. 2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что шаг, высота ребра и ширина паза имеют по периметру переменную величину, определяемую из соотношения
Q / Q_o ≈ (a + 2 H•E) / T,
где Q, Q_o количество тепла, рассеиваемого при использовании и в отсутствии оребрения,
а ширина паза у основания ребра,
Н высота ребра,
Е коэффициент эффективности работы ребра, Т а + б величина шага оребрения, б толщина ребра у его основания.