МНОГОЛУЧЕВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА Советский патент 1994 года по МПК H01J23/06 

Изобретение относится к электронной технике, а частности к многолучевым электронным пушкам для электроваккумных приборов типа "О" (клистрон, ЛБВ и т. д. ).

Известна многолучевая электронная пушка, содержащая катоды, фокусирующий электрод, анод с отверстиями вакуумную оболочку и пролетные трубы. В ней используется многорядное расположение катодов, один из которых находится на оси прибора, а центры других расположены на нескольких концентрических окружностях.

Недостатком таких пушек является ограниченность размеров катодов, диаметр которых примерно равен диаметру пролетных труб. Это не позволяет использовать принцип компрессии и приводит к тому, что при увеличении мощности формируемого электронного потока плотность тока, отбираемого с катода, достигает предельных значений для современных катодов, и их срок службы резко сокращается.

Известна также многолучевая электронная пушка, содержащая осесимметрично размещенные в герметичном корпусе катоды, анод, выполненный из магнитомягкого материала в виде части сферической поверхности с осесимметричными отверстиями, пролетные трубы и размещенный вне корпуса магнит для создания неоднородного криволинейного поля, силовые линии которого проходят через отверстия в аноде и входные отверстия пролетных труб, а также элементы регулировки магнитного поля, выполненные из магнитомягкого материала.

При движении в магнитном поле с криволинейными силовыми линиями траектории электронов искривляются в меридиальной плоскости, проходящей через центр катода и ось пушки. Одновременно с этим сразу же после прохождения электронными потоками анодных отверстий, вследствие кривизны магнитных силовых линий, между вектором скорости электронов и вектором магнитной индукции образуется угол α. В результате возникает сила Лоренца
F_л= e[] , направленная перпендикулярно плоскости чертежа и приводящая к азимутальному смещению электронного потока относительно оси пролетной трубы, что увеличивает токооседание на пролетных трубах и, следовательно, ограничивает ток таких пушек.

Цель - увеличение тока многолучевой электронной пушки за счет улучшения токопрохождения через пролетные трубы.

Эта цель достигается тем, что в многолучевой электронной пушке содержащей осесимметрично расположенные в герметичном корпусе катоды, анод, выполненный из магнитомягкого материала в виде части сферической поверхности с осесимметричными отверстиями, пролетные трубы и размещенный вне корпуса магнит для создания неоднородного криволинейного поля, силовые линии которого проходят через отверстия в аноде и входные отверстия пролетных труб, а также элементы регулировки магнитного поля, выполненные из магнитомягкого материала, пролетные трубы повернуты вокруг оси пушки на угол, величина которого определяется соотношением
ϕ= arctg (3,37 ˙10^-6 ˙ K ˙ L ˙ /B˙ R˙ r), где ϕ - угол поворота пролетных труб, град. ;
К = 0,3 - 0,7 - численный коэффициент;
L - длина силовой линии магнитного поля, заключенной между центрами отверстия в аноде и соответствующего входного отверстия пролетной трубы, м;
U - анодное напряжение, В;
В - максимальная индукция магнитного поля между анодом и пролетными трубами, Т;
R - радиус кривизны силовых линий магнитного поля, м;
r - радиус расположения осей пролетных труб, м, а направление поворота опре- деляется направлением вектора [ ˙ grad ˙ ] .

Использование настоящего изобретения уменьшает токооседание на пролетные трубы в 10 - 20 раз, что позволяет примерно на порядок увеличит ток электронной пушки.

На фиг. 1 показана предлагаемая электронная пушка, разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Пушка содержит катоды 1, анод 2, выполненный из магнитомягкого материала в виде части сферической поверхности с осесимметричными отверстиями, постоянный радиально-намагниченный магнит 3, плоский диск 4 с отверстиями, через которые проходят пролетные трубы 5, внешнее кольцо 6, перемычки 7 и катодный экран 8. Пушка формирует электронные потоки 9.

Анод 2, плоский диск 4 с отверстиями, внешнее кольцо 6, перемычки 7 и катодный экран 8 выполнены из магнитомягкого материала. Радиально-намагниченный магнит 3 установлен на внешнем кольце 6. Между магнитом 3 и анодом 2 с отверстиями для уменьшения полей рассеяния и регулировки угла выстрела электронных потоков в пролетные трубы 5 расположены перемычки 7.

Постоянный магнит 3 создает в пространстве между ними неоднородное криволинейное магнитное поле, силовые линии которого проходят через отверстия в сферической части анода 2 и входные отверстия в пролетных трубах 5.

Катодный экран 8 экранирует пространство между катодами 1 и анодом 2 от магнитного поля, создаваемого магнитом 3.

Устройство работает следующим образом.

При подаче ускоряющего напряжения на анод 2 с каждого из катодов 1 электростатическое поле формирует сходящиеся электронные потоки 9. При входе в отверстия анода 2 электронные потоки 9 попадают в адиабатическое магнитное поле. В этом поле электроны в каждом из потоков 9, двигаясь вдоль криволинейных магнитных силовых линий, разворачиваются в меридиальной плоскости, проходящей через центр катода 1 и ось пушки, и, направляются в соответствующие пролетные трубы 5. Одновременно с этим всегда происходит смещение электронных потоков 9 в направлении, перпендикулярном меридиальной плоскости, что обусловлено криволинейностью магнитных силовых линий. Направление смещения зависит от полярности радиально-намагниченного магнита 3.

Для устранения смещения и улучшения условий ввода электронных потоков 9 в фокусирующую систему внутренний диск 4 с отверстиями и пролетные трубы 5 поворачиваются на угол ϕ, определяемый приведенным выше соотношением. Если магнитные полюса располагаются так, как указано на фиг. 1, то внутренний диск 4 с отверстиями необходимо поворачивать против часовой стрелки, если смотреть на электронную пушку со стороны коллектора.

Для экспериментального уточнения значения угла ϕ внутренний диск 4 с отверстиями и пролетные трубы 5 могут поворачиваться вокруг оси системы. После подбора угла ϕ они закрепляются. Вследствие улучшения условий ввода электронных потоков 9 в отверстия плоского диска 4 и пролетные трубы 5 токооседание на них уменьшается в 10 - 20 раз, что позволяет примерно на порядок увеличить ток формируемых электронных потоков при сохранении прежней долговечности приборов или примерно на порядок увеличить их долговечность при сохранении прежнего тока по сравнению с прототипом. (56) Егоров Г. П. и др. Экспериментальное исследование многолучевой электронной пушки в магнитном поле. "Электронная техника". Сер. 1. Электроника СВЧ, 1974, вып. 9, с. 87 - 92.

Авторское свидетельство СССР N 791094, кл. H 01 J 23/06, 1979.

МНОГОЛУЧЕВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА , содеpжащая осесимметpично pазмещенные в геpметичном коpпусе катоды, анод, выполненный из магнитомягкого матеpиала в виде части сфеpической повеpхности с осесимметpичными отвеpстиями, пpолетные тpубы и pазмещенный вне коpпуса магнит для создания неодноpодного кpиволинейного поля, силовые линии котоpого пpоходят чеpез отвеpстия в аноде и входные отвеpстия пpолетных тpуб, а также элементы pегулиpовки магнитного поля, выполненные из магнитомягкого матеpиала, отличающаяся тем, что, с целью увеличения тока пушки за счет улучшения токопpохождения чеpез пpолетные тpубы, пpолетные тpубы повеpнуты вокpуг оси пушки на угол, величина котоpого опpеделяется соотношением
I = arctg(3,37 · 10^-6 · K · L · U / B · R · r),
где I - угол поворота пролетных труб, град;
K = 0,3 - 0,7 - численный коэффициент;
L - длина силовой линии магнитного поля, заключенной между центрами отверстия в аноде и соответствующего входного отверстия пролетной трубы, м;
U - анодное напряжение, В;
B - индукция магнитного поля между анодами и пролетными трубами, Т;
R - радиус кривизны силовых линий магнитного поля, м;
r - радиус расположения осей пролетных труб, м,
а напpавление повоpота опpеделено напpавлением вектоpа [grad] .