МАГНЕТРОН Российский патент 2014 года по МПК H01J25/50 

Настоящее изобретение относится к магнетронам

Изобретение, в частности, относится к магнетронам, имеющим коаксиальный выход.

Итак, как показано на фиг.1, на котором представлено осевое сечение, частично в перспективе, части вакуумной камеры известного магнетрона, выход отбирается от выходного устройства связи в форме антенны 1, которая соосна с осью магнетрона. Магнетрон имеет катод 2, расположенный соосно с анодом, в целом показанным позицией 3, который имеет обычные резонансные полости, определенные лопатками, такими как лопатки 4, 10. Магнетрон работает в π-режиме, что означает, что со ссылкой на фиг.2, являющейся сечением по линии 2-2 на фиг.1, но с опущенными лопатками в одной половине магнетрона, чередующиеся лопатки 4, 6, 8, 10 имеют одну полярность, а промежуточные лопатки 5, 7,9 имеют противоположную полярность. Питание на антенну подается через выводы 11, соединенные с нижней частью (как видно на фиг.1) эквипотенциальных лопаток 5,7,9. Антенна 1 запускает выход магнетрона по выходной линии 12, при этом электрический вектор развивается через прорезь 13, окружающую шлейф 14 антенны.

Проблема с таким магнетроном заключается в том, что из-за емкостной связи между нижним концом (как показано на фиг.1) катода, именуемого "тарелкой" 15 и верхней гранью выходного устройства связи (антенны 1) возникают сильные радиочастотные поля. На аноде обычно удерживают потенциал земли, а на катоде обычно удерживают высокий отрицательный постоянный потенциал.

Такая емкостная связь вводит коаксиальный ТЕМ-режим между анодом 3 и катодом 2. В результате, радиочастотная энергия может распроcтраняться из магнетрона, проходя по катоду 2, что приводит к потере мощности в требуемом π-режиме, генерированию нежелательного излучения от магнетрона и высоким напряжениям между катодом и внутренними структурами, что может привести к искрению.

Для минимизации возникновения коаксиального ТЕМ-режима магнетрон снабжен радиальными удлинителями 16 к чередующимся лопаткам 4, 6, 8, 10, которые не соединены выводами с антенной 1. Такие "нейтрализующие штифты" были предложены в издании Cross-Field Microwave Devices, Volume 2, 1961, Academic Press, New York, Long Anode Magnetrons by H.A.H. Boot, page 269-271.

Штифты вводят емкость между тарелкой 15 катода и самими штифтами. Однако радиочастотное поле, наведенное между тарелкой 15 катода и штифтами 16, имеет полярность, противоположную радиочастотному полю, наведенному между тарелкой и антенной (поскольку последняя соединена с лопатками 5, 7, 9 противоположной полярности). Это приводит к разъединению катода от выхода (в данном случае - антенны 1).

Магнетрон, описанный выше, может иметь известное кольцо или связку, соединенную с вершинами эквипотенциальных лопаток 4, 6, 8, 10, а также другую, соединенную с вершинами промежуточных лопаток 5, 7, 9, которые также являются эквипотенциальными относительно друг друга, но имеют полярность, противоположную лопаткам 4, 6, 8, 10, чтобы улучшить стабильность работы магнетрона в π-режиме. Такие связки можно распределить по длине анода известным способом (US-A 6 841 940).

Недостатком описанных нейтрализующих штифтов является то, что их нельзя использовать при частотах и уровнях мощности, для которых расстояние между штифтом и тарелкой недостаточно в смысле пробоя напряжения. Их нельзя также использовать в конструкциях, в которых тарелка катода заканчивается ниже концов анодных лопаток, опять же из соображений пробоя напряжения.

Поэтому было предложено альтернативное решение проблемы развязки (US-A-7 026 761). Согласно этому решению между тарелкой катода и устройством вывода установлена развязывающая пластина. Однако развязывающая пластина должна иметь соответствующие размеры для резонанса при рабочей частоте магнетрона для осуществления развязки, но другие факторы могут иметь следствием другой диаметр пластины.

Согласно настоящему изобретению предлагается магнетрон, содержащий катод, анод, включающий в себя множество лопаток, определяющих резонансные полости, выходное устройство связи, соединенное с первым набором лопаток, и удлинители на втором наборе лопаток, не соединенных с выходным устройством связи, проходящие в направлении выходного устройства связи в направлении, параллельном оси анода, посредством чего емкость между осевыми удлинителями и катодом, по меньшей мере, частично компенсирует емкость между выходным устройством связи и катодом.

Поскольку удлинители являются скорее осевыми, чем радиальными, как это было до сих пор, можно использовать их в магнетронах, работающих на более высоких частотах и с более высокими уровнями мощности, чем те, в которых используются нейтрализующие штифты, а также в магнетронах, в которых тарелка заканчивается ниже концов лопаток анода.

Преимущественно, при работе лопатки первого набора имеют другую полярность относительно лопаток второго набора. Лопатки первого набора могут располагаться поочередно с лопатками второго набора.

Далее следует более подробное описание примера настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - осевое сечение, частично в перспективе, части вакуумной камеры известного магнетрона.

Фиг.2 - сечение по линии 2-2 на фиг.1, но показывающее лопатки только в одной половине анода.

Фиг.3 - осевое сечение части вакуумной камеры затвора магнетрона в соответствии с изобретением, и

Фиг.4 - сечение по линии 4-4 на фиг.3.

На чертежах все пунктирные линии следует игнорировать.

Как показано на фиг.3 и 4, магнетрон по настоящему изобретению включает в себя анод, в целом показанный позицией 17, и катод 18, расположенный коаксиально относительно анода. Магниты для генерирования осевого поля не показаны. Резонансные полости определены в аноде посредством лопаток 19-40 (фиг.4). Кольца 41-46 связки распределены по длине анода.

Кольца 41, 43, 45 связки соединены с набором лопаток с четными позициями (с 20 по 40) для поддержания на них одинаковой полярности относительно друг друга. Кольца связки проходят сквозь отверстия в чередующихся лопатках 19-39 и не соединены с ними. Отверстие, сквозь которое кольцо 41 связки проходит через лопатку 19, показано позицией 47, но другие отверстия позициями не обозначены. Кольца связки соединены с лопатками 20-40 высокотемпературной пайкой и, поэтому, их контуры показаны пунктиром (например, кольцо 43 связки) там, где они проходят через лопатку 30, которая лежит в плоскости чертежа на фиг.3. Кольца 42, 44, 46 связки соединены с набором лопаток с нечетными позициями (с 19 по 39) и проходят сквозь отверстия в четных лопатках 20-40, при этом одно из отверстий обозначено позицией 48. Нечетные лопатки 19-39 также имеют одинаковую полярность относительно друг друга, но противоположную полярности четных лопаток. Имеются дополнительные кольца связки, распределенные по части длины анода, которая не показана на чертеже. Таким образом, если полярность мгновенного электромагнитного поля на концах (внутренних кромках) лопаток 19-39 составляет 0^о, то полярность концов лопаток 20-40 составляет 180^о. Внутренние концы всех лопаток 19-41 скруглены. Кольца связки усиливают разделение частот желаемого π-режима и нежелательного π-1 режима известным способом. Радиочастотная энергия снимается с магнетрона коаксиально через соединение с нижним концом набора лопаток (как показано на фиг.3). Радиочастотное излучение распространяется по коаксиальной линии, в целом показанной позицией 49. Центральный проводник 50 коаксиальной линии соединен с выходным устройством связи 51, которое является чашеобразным элементом, который соединен с набором четных лопаток 20-40 соответствующими осевыми выводами 52-57. Эти лопатки 20-40 также имеют одинаковый потенциал относительно друг друга.

Близость выходного устройства 51 связи и увеличенного нижнего конца катода 18, который называют "тарелкой" 58, приводит к возникновению емкостной связи между этими двумя деталями. Тарелка 58 имеет цилиндрическое углубление 59.

Согласно настоящему изобретению нижний конец внутренней кромки (как показано на фиг.3) каждого набора лопаток, не соединенных с выходным устройством связи, т.е. нечетных лопаток 19-39, имеет осевой удлинитель. Осевые удлинители 19а, 21а, 23а, 25а, 27а, 29а показаны на фиг.3. Между этими удлинителями лопаток и катодом 18 возникает емкостная связь. Длину удлинителей подбирают так, чтобы эта емкостная связь была приблизительно такой же, что и емкостная связь от катода к выходному устройству 51 связи. Поскольку лопатки 19-39 чередуются с лопатками 20-40 и имеют одинаковый потенциал, но противоположную полярность, это приводит к тому, что выходное устройство 51 связи по существу развязывается с катодом 18.

Во втором варианте настоящего изобретения (не показан) катод имеет увеличенную осевую длину, так что тарелка 58 проходит в выходное устройство 51 связи. Тем не менее, и в такой конструкции осуществляется развязка.

В настоящее изобретение могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы объема изобретения. Так, например, удлинители 19а и т.д. расположены на конце, т.е. на внутренней кромке каждой лопатки. Однако осевой удлинитель может находиться в любом радиальном положении на лопатке, и даже может находиться на ее кромке на наибольшем диаметре, то есть на самой дальней кромке. Более того, нет необходимости в наличии удлинителей на всех эквипотенциальных лопатках. Осевые удлинители могут быть на части из них, например, на каждой второй из этих лопаток 19-39. Также нет необходимости оснащать все лопатки 20-40 противоположной полярности выводами для соединения с выходным устройством 51 связи. Эти выводы для соединения с выходным устройством связи можно выполнить лишь на части из них, например, на каждой второй лопатке.

Описанный магнетрон является магнетроном с распределенным плоским анодом, и анод может быть сегментированной структурой в любой из форм, описанных в US-A-6 841 940. Однако настоящее изобретение применимо также к магнетронам, в которых используется только одна пара связок, при этом каждая связка предназначена для поддержки одинакового потенциала на соответствующих чередующихся лопатках и противоположного потенциала - на соседних лопатках. Настоящее изобретении, далее, может быть адаптировано к магнетронам, которые имеют только одно кольцо связки так, что соединен только один набор чередующихся лопаток, а промежуточные лопатки не соединены, а также к конструкциям, где соединен только один набор чередующихся лопаток, но кольца связки распределены по длине анода. Настоящее изобретение также применимо к магнетронам, в которых вообще нет колец связки.

Магнетроны по настоящему изобретению могут работать на любой частоте в диапазоне от 0,1 ГГц до 0,5 ТГц, предпочтительно в диапазоне от 8 до 12 ГГц. Выходная мощность составляет предпочтительно 1 МВт или более.

Изобретение относится к области электронной техники. Магнетрон имеет первый набор лопаток 20, которые соединены выводами 52 с коаксиальным выходным устройством 51 связи, и второй набор лопаток 19, которые (в одном варианте) чередуются с лопатками первого набора и не соединены с выходным устройством связи. Лопатки каждого набора удерживаются, например, кольцами связки, которые могут быть распределены по длине анода под одним потенциалом относительно друг друга, а полярность одного набора лопаток противоположна полярности другого набора. Вводится дополнительная емкостная связь посредством осевых удлинителей 19а на концах набора лопаток 19, которые не соединены с выходным устройством связи, и за счет подбора размеров катод по существу развязывается от выходного устройства связи из-за противоположной полярности двух наборов лопаток. Технический результат - снижение потерь мощности. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Магнетрон, содержащий катод, анод, включающий в себя множество лопаток, определяющих резонансные полости, выходное устройство связи, соединенное с первым набором лопаток, при этом второй набор лопаток не соединен с выходным устройством связи, и удлинители только на лопатках второго набора, упомянутые удлинители проходят к выходному устройству связи в направлении, параллельном оси анода, посредством чего емкость между осевыми удлинителями и катодом, по меньшей мере, частично компенсирует емкость между выходным устройством связи и катодом.

2. Магнетрон по п.1, в котором осевые удлинители расположены на концах лопаток анода.

3. Магнетрон по п.1 или 2, в котором магнетрон имеет одно или более колец связки, соединенных с одним набором лопаток.

4. Магнетрон по п.3, в котором имеется множество колец, соединенных с одним и тем же набором лопаток и распределенных по длине анода.

5. Магнетрон по п.1, в котором лопатки одного набора чередуются с лопатками другого набора.

6. Магнетрон по п.1, в котором выходное устройство связи соединено с коаксиальной выходной линией.

7. Магнетрон по п.1, в котором выходная частота лежит в диапазоне от 8 до 12 ГГц.