СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАКУУМНОГО СВЧ-ПРИБОРА О-ТИПА Российский патент 1997 года по МПК H01J23/87 H01J9/00 

Изобретение относится к электронике СВЧ, в частности к электровакуумным приборам "0" типа с электронным пучком, фокусируемым системой с постоянными магнитами. Изобретение может быть использовано при создании ламп бегущей волны и клистронов.

Известна магнитная периодическая фокусирующая (МПФС) система для приборов "0" типа с осесимметричным пролетным каналом, в которой для подавления поперечных составляющих магнитного поля применяют трубчатый конструктивный элемент, состоящий из чередующихся колец из магнитомягкого материала и дистанционных колец из немагнитного материала (Патент ФРГ N 1491453, НКИ 21 g 13/17).

Известна также МПФС, в которой между кольцами полюсных наконечников магнитной системы имеются кольца из магнитомягкого материала, служащие для создания однородного магнитного поля, которые жестко скреплены кольцами полюсных наконечников через немагнитные кольцеобразные распорки так, что получается стабильная трубчатая структура (Патент ФРГ N 1491426, НКИ 21 g 13/17).

В устройствах, описанных в этих патентах, целью является снижение уровня поперечной составляющей магнитного поля. Однако существенное влияние на токопрохождение оказывает не только уровень, но и распределение угла ориентации поперечного магнитного поля вдоль длины канала.

Известна также магнитная фокусирующая система (МФС) для электровакуумных приборов "0" типа, в которой отдельные секции МФС установлены таким образом, что осуществляется взаимная компенсация поперечных магнитных полей любых двух смежных секций. Данная МФС формирует однонаправленное магнитное фокусирующее поле (А.с. СССР N 1131380, МКИ H 01 J 23/087).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления магнитных фокусирующих систем для СВЧ приборов "0" типа (А.с. СССР N 1464784, МКИ Н 01 J 23/087), который включает сборку системы из идентичных и соосных полюсных наконечников и кольцевых магнитов, контроль параметров каждого кольцевого магнита и последующую комплектацию магнитной системы, установку кольцевых магнитов в магнитную систему так, что направление поперечного магнитного поля любых смежных магнитов противоположно, причем комплектацию магнитной системы проводят магнитами, уровень поперечного магнитного поля которых удовлетворяет соответствующим выражениям.

Недостатком данного способа является отсутствие какой-либо информации об искажении азимутальной однородности фокусирующего магнитного поля, определяемом дефектами изготовления системы полюсных наконечников (СПН). При современном уровне производства практически невозможно изготовить систему полюсных наконечников, обладающую полной азимутальной симметрией, причем в реальных системах зачастую присутствуют скрытые дефекты, обнаружение которых традиционными методами контроля геометрии СПН практически невозможно. Такие дефекты проявляются только при проведении испытаний прибора на токопрохождение. Они отрицательно сказываются на работе прибора, поскольку в основном приводят к снижению уровня токопрохождения в приборе и, следовательно, к ухудшению его выходных и эксплуатационных параметров.

Целью изобретения является улучшение выходных и эксплуатационных параметров СВЧ приборов "0" типа, пакетированных с фокусирующей системой на постоянных магнитах, путем повышения уровня токопрохождения за счет реализации условий стабилизации приосевого положения электронного пучка на всей длине пролетного канала.

Цель достигается тем, что в способе изготовления вакуумного СВЧ прибора "0" типа с магнитной фокусирующей системой, состоящей из постоянных кольцевых магнитов и спаяной системы полюсных наконечников, включающем контроль геометрических размеров элементов МФС, контроль азимутальной симметрии магнитных полей отдельных магнитов, отбраковку и комплектацию магнитов по степени неоднородности создаваемого ими магнитного поля, магниты поочередно устанавливают на соответствующие им места в системе полюсных наконечников, осуществляют азимутальную привязку магнитов относительно нее и для нескольких азимутальных положений магнита, отличных друг от друга углом поворота вокруг оси системы, проводят измерение осевого распределения поперечного магнитного поля в области влияния каждого отдельного магнитного кольца, по результатам измерений проводят оптимизацию результирующего распределение поперечного магнитного поля вдоль оси канала и при окончательной сборке прибора магнитные кольца устанавливают в азимутальные положения, соответствующие значениям, полученным в результате оптимизации.

На фиг. 1 схематично изображена магнитная система; на фиг.2 (а,б,в,г) - распределение поперечного магнитного поля одиночного магнита, установленного в ячейке СПН, для четырех различных, отличающихся друг от друга поворотом на угол 90^o, азимутальных положений; на фиг.3 (а,б) расчетные распределения поперечного магнитного поля вдоль пролетного канала B_⊥(z), полученного в результате оптимизации, и нормированной на радиус пролетного канала величины смещения пучка от оси пролетного канала σ(z)=r(z)/a;; на фиг.4 (а,б) аналогичные зависимости, полученные в результате измерения распределения B_⊥(z) в МФС, собранной с учетом результатов оптимизации; на фиг.5 (а,б) такие же зависимости для случая "случайной" сборки МФС, когда магниты устанавливаются в произвольные азимутальные положения.

Фактически, предлагаемый способ является "холодной" настройкой магнитной фокусирующей системы, т.е. настройкой, осуществляемой в процессе изготовления прибора, до его окончательной сборки. Он реализуется следующим образом.

1. Проводят измерение индивидуальных характеристик магнитов, входящих в комплект МФС данного прибора, для чего поочередно каждый магнит помещают на соответствующее ему место в системе полюсных наконечников (СПН), используя все возможные способы для обеспечения "жесткости" его посадки (такие как индивидуальные немагнитные прокладки, стяжки и т.д.), осуществляют его азимутальную привязку относительно СПН (наносят метку на магнитное кольцо, поворотом магнита совмещают эту метку с меткой на СПН, роль которой может выполнять вывод энергии, фиксируя тем самым "нулевое" азимутальное положение магнита) и для нескольких азимутальных положений магнита (обычно достаточно 4), отличающихся друг от друга поворотом на некоторый угол, проводят измерение осевого распределения поперечного магнитного поля, причем измерения достаточно проводить только в зоне влияния магнита. После проведения измерений СПН, обычно являющуюся вакуумной оболочкой прибора, отдают в работу для дальнейшей сборки прибора, а комплект магнитов отправляют на хранение.

2. Проводят обработку результатов измерений, обычно с помощью ЭВМ, заключающуюся в поиске азимутальных положений магнитов относительно СПН, при которых на оси МФС реализуется оптимальное распределение поперечного магнитного поля, способствующее стабилизации приосевого положения пучка на всей длине пролетного канала прибора.

3. После того как прибор собран, откачан, на него устанавливают магнитную систему, причем каждый магнит устанавливают на соответствующее ему место в СПН с использованием индивидуальных немагнитных прокладок, подобранных при проведении измерений п.1, в азимутальное положение, соответствующее значению, полученному в результате выполнения п.2. При обеспечении качественной сборки прибора в целом реализация оптимального распределения поперечного магнитного поля на всей длине пролетного канала прибора позволит получить высокий уровень токопрохождения без дополнительной настройки МФС. При проведении динамических испытаний настройщику будет достаточно лишь исправить дефекты монтажа пушки и пролетного канала.

Способ может быть проиллюстрирован на примере типичной ЛБВ с периодической магнитной фокусирующей системой (МПФС) и вакуумноплотной системой полюсных наконечников типа "шашлык". Магнитная система (фиг.1) включает пушечный 1 и коллекторный 2 полюсные наконечники, немагнитный коллиматор 3, на котором на подвижных (непаяных) полюсных наконечниках установлены постоянные кольцевые магниты 5,6,7, формирующие требуемое распределение магнитного поля в переходной области. Между выводами энергии 8,9, на которых установлены "пазовые" магниты 10,11, находится регулярная часть МПФС, представляющая собой постоянные кольцевые магниты 12, установленные в ячейки спаяной системы полюсных наконечников 13, которая является вакуумной оболочкой лампы. Оптимизация осевого распределения поперечного магнитного поля B_⊥(z) проводилась лишь в регулярной части, т.е. между выводами энергии. Для обеспечения жесткости посадки магнитов применялись молибденовые прокладки, с помощью которых выбирались технологические зазоры между стенками ПН и магнитами.

На фиг. 2 показаны индивидуальные характеристики одиночного магнита (позиции а-г отличаются друг от друга лишь азимутальным поворотом магнита в ячейке на угол 90^o), установленного в ячейку ПН.

Если на фиг.2,а имеет место взаимная компенсация влияний дефектов изготовления ПН и магнита, то на фиг.2,в их взаимное усиление. Такая картина изменения вида B_⊥(z) при повороте магнита в ячейке ПН характерна для случая, когда влияние дефектов магнита и дефектов ПН на вид B_⊥(z) сравнимы. Если влияние дефектов одного из элементов доминирует, то характер изменения B_⊥(z) от угла поворота будет несколько другой.

В результате оптимизации распределения B_⊥(z) на основе результатов измерений индивидуальных характеристик магнитов 12, расположенных в регулярной части МПФС, была получена расчетная зависимость B_⊥(z), представленная на фиг.3. На позиции б) этой фигуры изображен результат расчета зависимости нормированной величины смещения центра пучка от оси пролетного канала σ(z)=r(z)/a для этой зависимости B_⊥(z), где а радиус пролетного канала. Благодаря проведенной оптимизации величина σ не превышает 0,1 на всей длине канала, что свидетельствует о стабилизации приосевого положения пучка. По результатам оптимизации магнитная система была собрана и было проведено измерение результирующего распределения B_⊥(z) (фиг.4). Естественно, измеренная зависимость B_⊥(z) несколько отличается от расчетной, но величина нормированного смещения пучка от оси канала не превосходит 0,14 практически на всей длине. В качестве иллюстрации "случайной" сборки МПФС на фиг.5 приведены зависимости B_⊥(z) и σ(z),, соответствующие произвольным азимутальным положениям магнитов в ячейках СПН, т.е. одна из возможных реализаций (не наихудшая). Как хорошо видно, величина смещения пучка от оси достигает в этом случае 0,25, что подтверждает эффективность предлагаемого способа.

Использование: в электронике СВЧ, в частности в электровакуумных приборах "0" типа с электронным пучком, фокусируемым системой с постоянными магнитами. Изобретение может быть использовано при создании ламп бегущей волны и клистронов. Сущность изобретения: способ изготовления вакуумного СВЧ прибора "0" типа с магнитной фокусирующей системой (МФС), состоящей из постоянных кольцевых магнитов и спаяной системы полюсных наконечников, включает контроль геометрических размеров элементов МФС, контроль азимутальной симметрии магнитных полей отдельных магнитов, отбраковку и комплектацию магнитов по степени неоднородности создаваемого ими магнитного поля. При этом магниты поочередно устанавливают на соответствующие им места в системе полюсных наконечников, осуществляют азимутальную привязку магнитов относительно нее и для нескольких азимутальных положений магнита, отличных друг от друга углом поворота вокруг оси системы, проводят измерение осевого распределения поперечного магнитного поля в области влияния каждого отдельного магнитного кольца, по результатам измерений проводят оптимизацию результирующего распределения поперечного магнитного поля вдоль оси канала и при окончательной сборке прибора магнитные кольца устанавливают в азимутальные положения, соответствующие значениям, полученным в результате оптимизации. 5 ил.

Способ изготовления вакуумного СВЧ-прибора О-типа с магнитной фокусирующей системой, состоящей из постоянных кольцевых магнитов и спаянной системы полюсных наконечников, включающий контроль геометрических размеров ее элементов, контроль азимутальной симметрии магнитных полей отдельных магнитов, отбраковку и комплектацию магнитов по степени неоднородности создаваемого ими магнитного поля, отличающийся тем, что все магниты поочередно устанавливают на соответствующие им места в системе полюсных наконечников, осуществляют азимутальную привязку магнитов относительно нее и для нескольких азимутальных положений магнита, отличных друг от друга углом поворота вокруг оси системы, проводят измерение осевого распределения поперечного магнитного поля в области влияния каждого отдельного магнитного кольца, по результатам измерений проводят оптимизацию результирующего распределения поперечного магнитного поля вдоль оси канала и при окончательной сборке прибора магнитные кольца устанавливают в азимутальные положения, соответствующие значениям, полученным в результате оптимизации.