КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА Российский патент 2023 года по МПК H01J23/27 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию коллектора электронов для электровакуумных приборов, в том числе для приборов микроволнового диапазона.

Известна конструкция коллектора электронов для СВЧ-приборов, содержащая две секции аксиально симметричных токоприемных элементов [Семенов C.O., Роговин В.И. Коллектор СВЧ-прибора О-типа (Варианты). Патент №2240626 РФ]. Токоприемные элементы закреплены внутри корпуса коллектора с помощью втулок цилиндрической формы, выполненных из диэлектрического материала. Втулки размещены на внешней поверхности токоприемных элементов и присоединены к токоприемным элементам и корпусу коллектора методом пайки.

Как правило, токоприемные элементы изготавливают из меди, а диэлектрические втулки из керамики ВК94-2, у которой коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) в диапазоне температур 900÷1000° примерно в 2,5 раза меньше, чем у меди. Из-за разницы в КТЛР в процессе пайки и при циклических режимах работы коллектора «нагрев-охлаждение» в сопрягаемых элементах «медь-керамика» возникают термодеформационные напряжения, величина которых может превышать пределы пластической деформации керамики. Как показал численный анализ термодеформационных напряжений в узле, состоящем из токоприемного элемента цилиндрической формы (медь), диэлектрической втулки (керамика ВК94-2) и корпуса коллектора в форме цилиндра (медь) наиболее критичными температурами, с точки зрения прочности диэлектрической втулки, являются интервалы от 85°С до 100°С при нагреве и от 830°С до 805°С при охлаждении. Без принятия специальных мер диэлектрические втулки могут разрушиться в результате термодеформационных напряжений, что является недостатком данной конструкции.

Известна также конструкция коллектора, в которой токоприемные элементы закреплены в корпусе коллектора с помощью множества плотно прижатых друг к другу диэлектрических стержней круглой в сечении формы [D. Henry. Thomson - CSF. Collector pour tubes a ondes progressives et tube comportant un tel collecteur. Патент №2219518, Франция]. В данной конструкции термо-деформационные напряжения могут разрушить токоприемные элементы, изготовленные из материалов с малыми пределами пластической деформации (различные марки искусственных графитов, пиролитический графит, как изотропный, так и анизотропный). Углеграфитовые материалы имеют малый удельный вес, высокую температуру плавления и низкий коэффициент вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ), что делает их перспективным материалом для изготовления токоприемных элементов коллекторов электронов.

Известна конструкция коллектора электронов с токоприемными элементами, которые закреплены внутри корпуса коллектора с помощью четырех круглых в сечении диэлектрических стержней, расположенных друг к другу под углом 90 градусов [Калинин Ю.А., Лалетин С.С., Можейко С.Б., Терешин Е.А., Цветков В.А. Коллектор электровакуумного СВЧ-прибора. Патент №1558248 РФ]. Данная конструкция более предпочтительна с точки зрения компенсации термодеформационных напряжений, приводящих к растрескиванию диэлектрических втулок и (или) токоприемных элементов с малыми пределами пластической деформации при термических нагревах в процессе пайки или циклических процессах «нагрев-остывание» в рабочем режиме прибора. В данной конструкции тонкостенные токоприемные элементы в процессе нагрева имеют возможность частично компенсировать термодеформационные напряжения за счет расширения на участках между стержнями. Однако для материалов с малыми значениями предела пластической деформации (различные марки графитов, в том числе пиролитический графит) возможность демпфирования термодеформационных напряжений в конструкции с четырьмя диэлектрическими стержнями может оказаться недостаточной. Такая опасность возрастает с увеличением выходной мощности приборов.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности конструкции коллектора при наличии термо-деформационных напряжений в процессе его изготовления (пайки) и циклических процессах «нагрев-остывание» в процессе эксплуатации при использовании для изготовления деталей из диэлектрического материала и токоприемных элементов материалов с произвольными значениями КТЛР.

Технический результат изобретения достигается тем, что в конструкции коллектора электронов крепление каждого токоприемного элемента или группы токоприемных элементов в корпусе коллектора осуществляется с помощью двух деталей или двух групп деталей из диэлектрического материала, расположенных между внутренней поверхностью корпуса коллектора и внешними поверхностями токоприемных элементов диаметрально противоположно друг другу, причем детали из диэлектрического материала занимают пространство, ограниченное двумя плоскостями, пересекающими ось симметрии коллектора под углом α менее 80 градусов относительно друг друга. Детали или группы деталей из диэлектрического материала могут быть выполнены, например, в форме сегментов цилиндрических труб или нескольких близко расположенных друг к другу стержней из диэлектрического материала, размещенных на диаметрально противоположных участках поверхности токоприемных элементов.

Предложенное техническое решение повышает надежность конструкции коллектора: в процессе пайки или при циклических процессах «нагрев-остывание» участки поверхности токоприемных элементов, не контактирующие с деталями из диэлектрического материала, имеют свободу перемещения в радиальном направлении к корпусу, компенсируя тем самым термо-деформационные напряжения.

Данная конструкция позволяет осуществлять поворот деталей из диэлектрического материала по поверхности токоприемного элемента на некоторый угол ϕ относительно соседних токоприемных элементов, что способствует равномерному распределению тепла по поверхности корпуса коллектора.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - токоприемный элемент;

2 - детали из диэлектрического материала;

3 - корпус коллектора.

На Фиг. 1 представлено размещение и закрепление токоприемного элемента в корпусе коллектора с помощью двух деталей из диэлектрического материала (а - вид сбоку, б - разрез) и двух групп деталей из диэлектрического материала (в - вид сбоку, г - разрез), расположенных на части внешней поверхности токоприемного элемента диаметрально противоположно друг другу.

На Фиг. 2 схематично представлено осесимметричное размещение трех последовательно расположенных токоприемных элементов коллектора. Каждый токоприемный элемент коллектора крепится в корпусе с помощью двух деталей из диэлектрического материала в форме сегментов цилиндрических труб одинаковой формы и размеров, расположенных диаметрально противоположно друг другу.

На Фиг. 3 представлено осесимметричное размещение трех последовательно расположенных токоприемных элементов коллектора. Каждый токоприемный элемент коллектора крепится в корпусе с помощью двух деталей в форме сегментов цилиндрических труб из диэлектрического материала, причем детали из диэлектрического материала второго и третьего токоприемных элементов повернуты относительно первого токоприемного элемента по азимуту на угол ϕ (60 и 120 градусов соответственно). Величина углов поворота по азимуту деталей из диэлектрического материала определяется количеством токоприемных элементов и конструкцией коллектора.

Источники информации

1. Семенов C.O., Роговин В.И. Коллектор СВЧ-прибора О-типа (Варианты). Патент №2240626 РФ, МПК: H01J 23/027; №2003107541/09; Заявл. 19.03.2003; Опубл. 20.11.2004, Бюл. №32.

2. D. Henry. Thomson - CSF. Collector pour tubes a ondes progressives et tube comportant un tel collecteur. Патент №2219518, Франция, МКИ H01J 25/36, H01J 23/24; №7396563, заявл.23.02.1973; Опубл. 20.09.74

3. Калинин Ю.А., Лалетин С.С., Можейко С.Б., Терешин Е.А., Цветков В.А. Коллектор электровакуумного СВЧ-прибора. Патент №1558248 РФ, МПК: H01J 23/027; №4471951; Заявл. 13.06.1988; Опубл. 18.05.1993.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию коллектора электронов для электровакуумных приборов, в том числе для приборов микроволнового диапазона. Технический результат - повышение надежности конструкции коллектора при наличии термодеформационных напряжений в процессе его изготовления (пайки) и циклических процессах «нагрев-остывание» в процессе эксплуатации при использовании для изготовления деталей из диэлектрического материала и токоприемных элементов материалов с произвольными значениями КТЛР. В конструкции коллектора электронов крепление каждого токоприемного элемента в корпусе коллектора осуществляется с помощью двух деталей или двух групп деталей из диэлектрического материала, расположенных между внутренней поверхностью корпуса коллектора и внешними поверхностями токоприемных элементов диаметрально противоположно друг другу. Детали из диэлектрического материала занимают пространство, ограниченное двумя плоскостями, пересекающими ось симметрии коллектора под углом α менее 80 градусов относительно друг друга. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Коллектор электронов для электровакуумного прибора, содержащий один или несколько токоприемных элементов, закрепленных внутри корпуса коллектора с помощью деталей из диэлектрического материала, отличающийся тем, что каждый токоприемный элемент коллектора или группа токоприемных элементов коллектора крепится в корпусе коллектора с помощью двух деталей или двух групп деталей из диэлектрического материала, расположенных между внутренней поверхностью корпуса коллектора и внешними поверхностями токоприемных элементов диаметрально противоположно относительно друг друга, и занимает пространство, ограниченное двумя плоскостями, пересекающими ось симметрии коллектора под углом α менее 80 градусов.

2. Коллектор электронов для электровакуумного прибора по п. 1, отличающийся тем, что детали из диэлектрического материала, расположенные между внутренней поверхностью корпуса коллектора и внешними поверхностями токоприемных элементов азимутально противоположно относительно друг друга, имеют форму сегментов цилиндрических труб.

3. Коллектор электронов для электровакуумного прибора по п. 1, отличающийся тем, что группы деталей из диэлектрического материала, расположенные между внутренней поверхностью корпуса коллектора и внешними поверхностями токоприемных элементов азимутально противоположно относительно друг друга, имеют форму стержней, близко расположенных друг к другу.

4. Коллектор электронов для электровакуумного прибора по п. 1, отличающийся тем, что детали из диэлектрического материала, расположенные между внутренней поверхностью корпуса коллектора и внешними поверхностями токоприемных элементов азимутально противоположно относительно друг друга, для каждого токоприемного элемента повернуты по азимуту на некоторый угол ϕ относительно соседнего токоприемного элемента.