МНОГОЛУЧЕВОЙ СВЧ ПРИБОР О-ТИПА Российский патент 1997 года по МПК H01J25/10 

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к электронным пушкам для многолучевых электровакуумных приборов типа "0" (клистрон, ЛБВ и т.д.).

Известна многолучевая электронная пушка, содержащая катоды, анод с отверстиями, вакуумную оболочку и устройство поворота лучей /1/. Устройство поворота лучей образовано анодом, выполненным в виде части сферической поверхности, и плоским диском, изготовленными из магнитомягкого материала. Между анодом и плоским диском устанавливаются постоянные магниты, которые создают в области поворота неоднородное магнитное поле с криволинейными силовыми линиями. При движении в этом поле траектории электронов искривляются и направляются в пролетные каналы прибора. Одновременно с этим всегда происходит азимутальное смещение электронного потока в направлении, перпендикулярном плоскости, которая проходит через центр парциального катода и ось пушки. В результате этого электронные потоки не попадают в центры пролетных каналов, что приводит к ухудшению токопрохождения через пролетные каналы прибора и ограничивает его мощность. Величина угла азимутального поворота определяется из расчета движения центра электронного луча в криволинейном магнитном поле области поворота или определяется экспериментально.

Целью изобретения является повышение выходной мощности и улучшение токопрохождения за счет уменьшения азимутального смещения электронных лучей на участке поворота.

Поставленная цель достигается тем, что между сферическим и плоским полюсными наконечниками установлен керамический изолятор, а по оси прибора они соединены между собой токопроводящим стержнем, причем сферический полюсный наконечник соединен с изолированным коллектором через делитель, а плоский полюсный наконечник и резонаторный блок могут находиться под одним потенциалом и заземлены. По токопроводящему стержню пропускается ток, величина которого не превышает значения
,
где
R_y радиус окружности, на которой расположены центры пролетных каналов;
B_z среднее значение продольной составляющей индукции магнитного поля в области поворота;
α азимутальный угол поворота;
N число электронных лучей;
L расстояние между сферическим и плоским полюсным наконечниками;
I_л ток парциального электронного луча.

На фиг. 1 показано поперечное сечение пролетных каналов и электронных лучей; на фиг. 2 схема электронной пушки.

Предлагаемый прибор содержит 1 катод; 2 фокусирующий электрод; 3 - анод; 4 электронный луч; 5 керамический изолятор; 6 постоянный магнит, 7 плоский диск; 8 блок резонаторов; 9 токопроводящий стержень, 10 - коллектор.

Работает прибор следующим образом.

Вследствие сферической формы центральной части анода 3 и плоской формы диска 7 постоянный магнит 6 создает в пространстве между этими полюсными наконечниками неоднородное магнитное поле с криволинейными силовыми линиями. После прохождения отверстий в аноде 3 электроны движутся между сферическим и плоским наконечниками и так как скорости электронов и вектор магнитной индукции лежат в плоскости чертежа, то сила Лоренца смещает электрон в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа (фиг. 2). При полярности магнитов, показанной на фиг. 2, сила Лоренца в области поворота будет направлена от нас. В этом направлении также будет смещаться и электронный луч. На фиг. 1 показано азимутальное смещение электронного луча и угол сноса α. Для компенсации азимутального смещения необходимо создать азимутальное дополнительное магнитное поле B_Φ, которое будет сносить центр луча в обратном направлении на этот же угол a.

Величина смещения r может быть приближенно определена по формуле
,
где
BΦ азимутальная индукция магнитного поля;
B_z среднее значение продольной составляющей индукции магнитного поля в области поворота;
L расстояние между сферическим и плоским полюсными наконечниками.

С другой стороны, из фиг. 2 видно, что
r≈ R_у•sinα, (2)
где R_y радиус окружности, на которой расположены центры пролетных каналов.

Приравнивая правые части выражений (1) и (2), получим
.

С другой стороны, известно /2/, что вокруг линейного проводника с током образуется магнитное поле, силовые линии которого являются окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной линии тока. Отсюда можно определить направление вектора магнитной индукции при взаимодействии линейных токов, а величину индукции можно рассчитать по формуле

где
I ток линейного проводника, A;
R расстояние от этого линейного проводника до точки, в которой рассчитывается индукция магнитного поля.

Если по оси электронной пушки расположить проводник и пропустить по нему электрический ток, то согласно теореме Гаусса в точке, лежащей на оси пролетных каналов, величина азимутального магнитного поля равна

где
N число электронных лучей;
I_л ток электронного луча;
I_шт ток, пропускаемый по проводнику (штырю).

Приравнивая выражения (3) и (5), получим
.

Выразим отсюда ток проводника (штыря)
.

Конструктивно предложенное решение для однорядной электронной пушки можно реализовать следующим образом (фиг. 1).

Анод 3 и плоский диск 7 с "внешней" стороны разделяются керамическим изолятором 5, а в центре они соединяются токопроводящим стержнем (штырем) 9, по которому пропускается соответствующий ток. Для того, чтобы упростить схему питания и избавиться от дополнительного источника, предложено использовать ток коллектора. При выборе направления тока, а, следовательно, и полярности постоянного магнита 6 приходится учитывать соображения по технике безопасности: необходимо, чтобы резонаторный блок был заземлен. Исходя из вышеизложенного, полярность 6 и схема соединения элементов пушки должны соответствовать указанным на фиг. 1. Расчеты показывают, что величина тока коллектора, пропускаемого по стержню в ряде случаев меньше 1 шт. рассчитанной по формуле (7). Поэтому азимутальное смещение будет компенсироваться не полностью, а частично. Если ток 1 шт. будет превышать величину, рассчитанную по формуле (7), то будет происходить перекомпенсация. Исходя из этого в формуле изобретения указано, что при полярности магнита 6, соответствующей фиг. 1, величина тока 1 шт. не должна превышать рассчитанной по формуле (7). С этой целью для регулировки тока коллектора, идущего по штырю, можно устанавливать делитель.

Использование изобретения позволит уменьшить азимутальное смещение электронных лучей (в ряде случаев до полной компенсации), что позволяет упростить технологию и улучшить качество сборки, а это приведет к улучшению токопрохождения и таким образом обеспечит возможность создания более мощных приборов.

Использование: в электронной технике, в электронных пушках для многолучевых электровакуумных приборов типа 0 /клистрон, ЛБВ/. Сущность изобретения: прибор содержит однорядную электронную пушку с устройством для поворота электронных лучей 2, сферический 3 и плоский 7 полюсные наконечники, источник магнитного поля 6, подсоединенный к плоскому полюсному наконечнику северным полюсом, резонаторный блок и изолированный коллектор 10. Между сферическим и плоским полюсными наконечниками установлен изолятор 5, а в центре они соединены токопроводящим стержнем 9, причем сферический полюсный наконечник соединен с изолированным коллектором через делитель, плоский полюсный наконечник и резонаторный блок заземлены; при этом по токопроводящему стержню пропускается ток, величина которого не превышает значения
,
где R_y - радиус окружности, на которой расположены центры пролетных каналов; B_z - среднее значение продольного магнитного поля; α - азимутальный угол поворота; N - число электронных лучей; L - расстояние между сферическим и плоским полюсными наконечниками; I_л - ток электронного луча. Это обеспечивает повышение выходной мощности и улучшение токопрохождения за счет уменьшения азимутального смешения электронных лучей. 2 ил.

Многолучевой СВЧ-прибор О-типа, содержащий однородную электронную пушку с устройством для поворота электронных лучей, сферический и плоский полюсные наконечники, источник магнитного поля, подсоединенный к плоскому полюсному наконечнику северным полюсом, резонаторный блок и изолированный коллектор, отличающийся тем, что между сферическим и плоским полюсными наконечниками установлен изолятор, а по оси прибора они соединены токопроводящим стержнем, причем сферический полюсный наконечник соединен с изолированным коллектором через делитель, плоский полюсный наконечник и резонаторный блок заземлены, при этом по токопроводящему стержню пропускается ток, величина которого не превышает значения

где R_y радиус окружности, на которой расположены центры пролетных каналов;
B_z среднее значение продольного магнитного поля;
α азимутальный угол поворота;
N число электронных лучей;
L расстояние между сферическим и плоским полюсными наконечниками;
I_л ток электронного луча.