СПОСОБ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ И НАСТРОЙКИ ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Российский патент 2023 года по МПК H01J25/02 H01J23/24 

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ О-типа и может быть использовано в лампах бегущей волны (ЛБВ).

Предлагается способ первоначального включения и настройки ЛБВ с электронной пушкой, в которой используются катод, фокусирующий электрод и два анода. Ближайший к катоду - нулевой анод, с помощью которого отбирается ток с катода. Первый анод обеспечивает превышение потенциала на 50-200 В над потенциалом замедляющей системы (ЗС) для создания ионной ловушки, обеспечивающей защиту катода от бомбардировки ионами, увеличивая тем самым долговечность катода, а значит и всей ЛБВ в целом. При первоначальном включении и настройке ЛБВ необходима центровка электронного пучка на оси симметрии ЗС за счет вращения магнитов магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС) и присоединения к ней магнитных и стальных элементов для получения максимального тока на коллекторе, так как из-за конструктивно-технологических допусков на изготовление пушки и МПФС и из-за поперечных составляющих магнитного поля пучок оседает на ЗС и даже может не долететь до коллектора, что делает последующую настройку невозможной.

Возможное включение ЛБВ изменением потенциала фокусирующего электрода, как показано в [1], сильно нарушает ламинарность электронного пучка и приводит к большому оседанию электронов на ЗС, что может привести к ее перегоранию. Включение ЛБВ изменением потенциала фокусирующего электрода [1] можно считать аналогом предлагаемого изобретения, также посвященного включению ЛБВ. Другим способом включения, рассмотренным в [1], является изменение потенциала анода, как и в предлагаемом изобретении, поэтому этот способ считается ближайшим аналогом изобретения. Однако, в [1] указано, что в процессе включения или выключения ЛБВ изменением потенциала ближайшего к катоду анода между этим анодом и ЗС (или еще одним анодом) образуются сильные электростатические линзы, которые приводят к существенному оседанию части электронного пучка на ЗС, что может привести к ее перегоранию. Поэтому и требуется применять предлагаемое изобретение, что позволит, в отличие от его ближайшего аналога защитить ЗС в процессе включения ЛБВ. Современные космические ЛБВ при первоначальном включении и настройке включают потенциалом нулевого анода, постепенно увеличивая его с нуля до номинального значения, и на каждом шаге увеличения потенциала нулевого анода производят настройку ЛБВ вращением магнитов МПФС и присоединением к МПФС магнитных и стальных элементов. При этом потенциалы первого анода и ЗС сохраняют свои номинальные значения. Но при таком способе включения ЛБВ ток электронов, осевших на ЗС, имеет значительную величину, способ занимает большое время, иногда не позволяет настроить прибор и получить ток на коллекторе, а порой приводит к перегоранию замедляющей системы,

Рассмотрим процесс первоначального включения и настройки ЛБВ увеличением потенциала на нулевом аноде. На фиг.1 показаны результаты расчета фокусировки пучка магнитным полем МПФС. При этом напряжение на нулевом аноде Ua0=1000 V, на первом аноде Ua1=7600 V, а на ЗС - Uзс=7550 V, и ток пучка равен 3.2 мА. Представлены границы трубок тока (1), содержащих указанные на рисунке доли тока пучка (2), магнитное поле (3) нормировано максимальной величиной поля Вшах, а нижняя граница штриховой полосы (4) означает внутреннюю границу ЗС, радиальная координата рисунка нормирована величиной R0, продольная - Z0, I0 - ток пучка в начале пролетного канала (Z/Z0=0),

I/I0 - доля тока электронов (5), не осевших на стенки пролетного канала. Отметим, что такими же цифрами (1)-(4) обозначены аналогичные детали рисунков на фиг. 2 и фиг.3. А цифры (5) на фиг. 2 и фиг. 3 нет, так как эта цифра характеризует оседание электронов на стенки ЗС, а такого оседания на фиг. 2 и фиг. 3 нет.

На фиг. 1 видно, что границы трубок тока (1), сильно пульсируют под действием магнитного поля (3) и заполняют собой весь пролетный канал. Отметим, что расчет электронных траекторий в пушке и пролетном канале ЛБВ ведется методом крупных частиц и описан в работах [2], [3]. Такой пучок, как видно из фиг.1, частично оседает на замедляющую систему, и ток осевших электронов равен 18% от исходного тока 10, так как ток не осевших электронов, отмеченный на фиг. 1 цифрой 5, равен 82% от значения I0. Наличие допусков на изготовление пушки и МПФС и поперечные магнитные поля дополнительно смещают электронный пучок от оси симметрии ЗС и сильно увеличивает оседание пучка на нее. Из вышесказанного ясно, что в этом случае невозможно осуществить настройку ЛБВ и провести такой пучок до коллектора.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание возможности первоначального включения и настройки ЛБВ и проведение пучка до коллектора, а также сокращение времени настройки, увеличение тока электронов, осевших на коллектор и недопущение при этом опасности перегорания ЗС.

Технический результат достигается тем, что в процессе первоначального включения и настройки ЛБВ напряжения на нулевом и первом анодах делают малыми и равными и постепенно, настраивая ЛБВ на каждом шаге возрастания этих напряжений, вращая магниты МПФС и присоединяя к МПФС магнитные и стальные элементы для получения максимального тока на коллекторе, производят пошаговое увеличение напряжения обоих анодов до номинального значения напряжения нулевого анода, а затем увеличивают напряжение первого анода до его номинального значения. Этим предложенный способ первоначального включения и настройки ЛБВ и отличается от традиционного способа настройки ЛБВ без приравнивания друг другу потенциалов анодов. При таком способе первоначального включения и настройки ЛБВ на первом шаге при Ua0=Ua1=1000 V и токе 3.2 мА заполнение пролетного канала пучком в отличие от аналога, представленного на фиг. 1, составляет не единицу, а 0.7 (фиг. 2). Поэтому можно вращением магнитов МПФС и присоединением к ней магнитных и стальных элементов, добиваться максимального (обычно 98-100%) прохождения пучка до коллектора. На фиг.3 показана конфигурация электронного пучка внутри ЗС настроенной ЛБВ при Ua0=6800 V, Ua1=7600 V, Uзс=7550 V, видно, что заполнение пролетного канала электронным пучком примерно равно 0.6, а пульсации границ трубок тока (1) пучка малы.

Предложенным способом удалось включить те ЛБВ, которые ранее не включались традиционным способом. Таким образом, предлагаемое изобретение обосновано результатами расчетов, а его эффективность подтверждена практикой применения.

Источники информации

1. Исследование особенностей процессов управления током пучка в электронно-оптических системах приборов О-типа / С.П. Морев, А.Н. Якунин. // Электронная техника, Сер. 1, Электроника СВЧ. - 1987. - Вып.5(399), С.31-35

2. Программа анализа электронно-оптической системы с многоскоростным пучком / Григорьев Ю.А., Журавлева В.Д., Морев С.П., Пензяков В.В., Петросян А.И., Роговин В.И. // Электронная техника, Сер.1, Электроника СВЧ, 1988, вып. 3, с. 71-72.

3. Моделирование многоскоростного электронного пучка в области пролетного канала электронно - оптической системы / В.Д. Журавлева, С.П. Морев, В.В. Пензяков, В.И. Роговин // Электронная техника, Сер.1, Электроника СВЧ, 1989, Вып.7, С. 39.

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ О-типа, в частности, к лампе бегущей волны. Технический результат - сокращение времени настройки ЛБВ, увеличение тока электронов, осевших на коллектор, и недопущение при этом опасности перегорания замедляющей системы. В процессе первоначального включения и настройки ЛБВ напряжения на нулевом и первом анодах делают равными и постепенно, на каждом шаге увеличения этих напряжений, настраивая при этом ЛБВ вращением магнитов МПФС и присоединением к МПФС магнитных и стальных элементов для получения максимального тока на коллекторе, увеличивают напряжения обоих анодов до номинального значения напряжения нулевого анода, а затем увеличивают напряжение первого анода до его номинального значения. 3 ил.

Способ первоначального включения и настройки ЛБВ, содержащей катод, фокусирующий электрод, два анода, один из которых, ближайший к катоду, называется нулевым, а другой - первым, замедляющую систему и коллектор, отличающийся тем, что в процессе первоначального включения прибора напряжения на нулевом и первом анодах делают равными и постепенно на каждом шаге увеличения этих напряжений настраивают ЛБВ, вращая магниты МПФС и присоединяя к ней магнитные и стальные элементы для получения максимального тока на коллекторе, увеличивают напряжения обоих анодов до номинального значения напряжения нулевого анода, а затем увеличивают напряжение первого анода до его номинального значения.