СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ПРОДОЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ ТЕРМОКАТОДА, ВЫЗВАННОГО ЕГО НАГРЕВОМ, В ПРИБОРЕ СВЧ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК H01J9/04 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении электронных пушек с термокатодами для приборов СВЧ.

Известно определение величины продольного смещения катода (Δk), вызванного его нагревом, методом стрелочных индикаторов перемещений [1], с помощью микроскопа [2], методами голографической и спекл-интерферометрии [3]. Результаты измерений, полученные первым способом, не достаточно достоверны, так как индикаторы находятся в механическом контакте с электродами и нагреваются. Измерения с помощью микроскопа проводят через окна, вытравленные в оболочках и деталях катодных узлов. При этом стекло смотрового окна вносит сферические аберрации и не позволяет точно сфокусировать изображение края электрода. Свечение катода также мешает точной наводке. Метод голографической интерферометрии позволяет определить величину Δk с погрешностью, составляющей микрометры, а погрешность метода спекл-интерферометра при определении величины Δk составляет примерно 0.3 мкм. Однако недостатком методов голографической и спекл-интерферометрии является большая трудоемкость и необходимость изготовления специальных макетов электронной пушки. Таким образом, определение величины Δk является трудной задачей.

В то же время определение величины Δk очень важно, так как эта величина может составить 2-3% от диаметра катода [4]. Такое продольное смещение катода приводит к увеличению первеанса пучка на 10% и более и к возрастанию пульсаций пучка в пролетном канале вакуумного прибора СВЧ. Увеличение пульсаций пучка ведет к возрастанию числа электронов, оседающих на стенки пролетного канала, то есть к повышению тепловой мощности, выделяющейся на этих стенках, а это может привести к поломке прибора СВЧ.

Технический результат предложенного способа заключается в упрощении технологии определения величины Δk при обеспечении высокой точности этого определения, что позволяет изготовить с учетом величины Δk, определенной предложенным способом, пушку и магнитную фокусирующую систему с малыми пульсациями пучка в пролетном канале прибора СВЧ, т.е. позволяет уменьшить число электронов, оседающих на стенки пролетного канала, и тем самым предотвратить выход прибора СВЧ из строя.

Этот результат достигают тем, что измеряют величину тока катода при нулевом относительно катода напряжении на фокусирующем электроде (ФЭ) и при одном или нескольких отрицательных значений напряжения на ФЭ. После этого Δk определяют по нижеприведенной формуле, полученной (с учетом прямой пропорциональности величины тока пушки величине Δk) из сравнения измеренного значения тока I_изм. и значений тока , , рассчитанных для двух разных продольных смещений катода Δk₁, Δk₂ при том же значении напряжения на ФЭ, при котором ток пушки I_изм. был измерен:

Определение Δk по формуле (1) при разных значениях напряжения на ФЭ позволяет уменьшить ошибку определения Δk, связанную с погрешностью измерения тока. Действительно, найденные значения Δk должны быть близки друг к другу, поэтому существенное отличие величины Δk при напряжении U_n на ФЭ от его значений при других напряжениях на ФЭ свидетельствует об ошибке измерения тока при данном напряжении U_n, что говорит о необходимости выкинуть ошибочную величину Δk из рассмотрения.

Другой вариант предложенного способа определения Δk включает измерения тока I_оизм. пушки при нулевом относительно катода напряжении U₀ на фокусирующем электроде (ФЭ) и тока пушки I_1изм. при отрицательном напряжении U₁ на ФЭ и сравнение относительной разности ΔI/I_0изм. измеренных значений тока с относительными разностями_. , рассчитанных значений тока, где ΔI/I_0изм.=(I_0изм.-I_1изм.)/I_0изм., и - относительные разности значений тока пушки, рассчитанных для двух разных продольных смещений катода Δk₁, Δk₂ и при тех же значениях напряжения U₀, U₁ на ФЭ, причем определение величины Δk на основе этого сравнения осуществляют по формуле:

Использование относительной разности измеренных значений тока позволяет избежать влияние погрешности расчета тока катода на точность определения Δk, поскольку одинаковые погрешности в числителе и в знаменателе дроби (дроби ) сокращаются.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены электронные траектории и значение тока пучка, полученные в результате расчета [5] пушек с величиной Δk₁=0.05 и Δk₂=0.15 мм соответственно. На фиг. 3 приведены графики зависимостей тока от напряжения управляющего электрода, причем измеренные значения тока представлены крестиками на кривой 1, расчетные значения тока в пушке с Δk₂ представлены крестиками на кривой 2, а в пушке с Δk₁ - на кривой 3. Подставляя в (1) измеренное и рассчитанные значения тока (см. фиг.3), например, при нулевом значении напряжения на ФЭ, найдем Δk=0.05+(0.15-0.05)×(910-793)/(870-793)=0.2 мм. В соответствии со вторым вариантом определения величины Δk измеряют значения тока I_0изм., I_1изм. при нулевом и отрицательном (-150 В на фиг. 3) относительно катода значениях напряжения на ФЭ и находят относительную разность (0.169) измеренных значений тока (ΔI/I_0изм.). Далее для двух разных заданных значений продольного смещения катода Δk₁=0.05 мм и Δk₂=0.15 мм рассчитывают токи пушки I_0Δk1, I_0Δk2 при нулевом напряжении U₀ на ФЭ и токи пушки I_1Δk1, I_1Δk2 при напряжении U₁ на ФЭ, равным -150 В, при этом относительные разности рассчитанных значений токов в данной пушке составляют 0.1931 (Δk₁=0.05 мм) и 0.1765 (Δk₂=0.15 мм). Подставляя в (2) относительные разности значений тока, найдем Δk=0.05+(0.15-0.05)×(0.169-0.1931)/(0.1765-0.1931)=0.195 мм. Видно, что значения Δk (0.2 и 0.195 мм), определенные по первому и второму вариантам предложенного способа определения Δk, близки друг другу и хорошо соответствуют величине Δk, измеренной на специально изготовленном макете прибора и равной (по результатам нескольких измерений) 0.15-0.2 мм. После определения величины Δk ее учитывают при оптимизации конструкции пушки, в частности при корректировке продольных расстояний между электродами пушки, а также при корректировке расположения магнитной фокусирующей системы относительно катода и оптимизации согласования электронного пучка с магнитным полем фокусирующей системы [6]. Это позволяет обеспечить фокусировку пучка с малыми пульсациями его границы, что уменьшает число электронов, оседающих на стенки пролетного канала, и тем самым снижает вероятность выхода прибора СВЧ из строя.

Источники информации

1. Методика расчета первеанса электронной пушки / В.П. Рыбачек, В.К. Федяев, В.И. Юркин и др. - В кн.: Качество, прочность, надежность и технологичность ЭВП. - Киев: Наукова думка, 1976.

2. Скапцов А.А., Кошелев B.C. Тепловые смещения в катодно-сеточном узле ЭВП СВЧ. - Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1983, вып. 3(339), с. 67-69.

3. В.П. Рябухо, И.С. Клименко, А.Н. Якунин. Исследование тепловых смещений электродов электронной пушки методами голографической и спекл-интерферометрии - Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1986, вып. 2(386), с. 48-52.

4. Забирова Е.Г., Морев С.П., Якунин А.Н. Комплексный анализ теплофизических, термомеханических и электронно-оптических процессов в электронных пушках ЭВП СВЧ. - Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1986, вып. 2(386), с. 27-30.

5. Комплекс программ для проектирования на ЭВМ электронных пушек с сеточным управлением / А.И. Петросян, В.Д. Журавлева, В.В. Пензяков, В.И. Роговин // Прикладная физика. - 2002. - №3. - С. 127-133.

6. Программа расчета многоскоростного аксиально-симметричного пучка в магнитном поле / В.Д. Журавлева, С.П. Морев, В.В. Пензяков, В.И. Роговин // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. - 1985. - Вып. 1. - С. 70.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении электронных пушек с термокатодами для приборов СВЧ. Cпособ определения величины продольного смещения термокатода (Δк), вызванного его нагревом, в приборе СВЧ, включает измерения тока пушки I_изм. при нулевом и при одном или нескольких отрицательных относительно катода значений напряжения на фокусирующем электроде (ФЭ), причем Δк определяют из сравнения I_изм. со значениями тока пушки и , рассчитанными для двух разных продольных смещений катода Δк₁ и Δк₂ при том же значении напряжения на ФЭ, при котором был измерен ток пушки I_изм. по формуле:

Другой вариант способа включает в себя измерения тока I_{0 изм.} пушки при нулевом относительно катода напряжении U₀ на фокусирующем электроде (ФЭ) и тока пушки I_{1 изм.} при отрицательном напряжении U₁ на ФЭ и сравнение относительной разности ΔI/I_0изм. измеренных значений тока с относительными разностями , рассчитанных значений тока, где ΔI/I_0изм.=(I_0изм.-I_1изм.)/I_0изм., и - относительные разности значений тока пушки, рассчитанных для двух разных смещений Δк₁ и Δк₂, и при тех же значениях U₀, U₁ на ФЭ, а Δк на основе сравнения определяется по формуле:

Технический результат - упрощение технологии определения величины Δк при обеспечении высокой точности этого определения, что позволяет изготовить пушку и магнитную фокусирующую систему с малыми пульсациями пучка в пролетном канале прибора СВЧ, и тем самым предотвратить выход прибора СВЧ из строя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения величины продольного смещения термокатода (Δк), вызванного его нагревом, в приборе СВЧ, включающий измерения тока пушки I_изм. при нулевом и при одном или нескольких отрицательных относительно катода значений напряжения на фокусирующем электроде (ФЭ), причем Δк определяют из сравнения I_изм. со значениями тока пушки и , рассчитанными для двух разных продольных смещений катода Δк₁ и Δк₂ при том же значении напряжения на ФЭ, при котором был измерен ток пушки I_изм., по формуле:

2. Способ определения величины продольного смещения термокатода (Δк), вызванного его нагревом, в приборе СВЧ, включающий измерения тока I_0изм. пушки при нулевом относительно катода напряжении U₀ на фокусирующем электроде (ФЭ) и тока пушки I_1изм. при отрицательном напряжении U₁ на ФЭ и сравнение относительной разности ΔI/I_0изм. измеренных значений тока с относительными разностями рассчитанных значений тока, где
ΔI/I_0изм.=(I_0изм.-I_1изм.)/I_0изм., а и - относительные разности значений тока пушки, рассчитанных для двух разных продольных смещений катода Δк₁ и Δк₂ при тех же значениях напряжения U₀, U₁ на ФЭ, причем определение величины Δк на основе этого сравнения осуществляют по формуле: