Способ управления током автоэлектронного катода в СВЧ-поле Советский патент 1985 года по МПК H01J1/304 

Изобретение относится к электронной технике и,, в частности, предназначено для управления пучком электронов с автокатода в СВЧ-поле.

Известен способ управления потоком электронов с помощью сетки, которая располагается вблизи- от острийного автокатода. Способ заключается в гюдаче на управляющий сеточный электрод напряжения от вспомогательного источника напряжения, что позволяет путем изменения управляющего напряжения изменять ток автокатода 1. Недостатком способа является дополнительная экранировка от СВЧ-поля поверхностей острий автокатода сеткой, что приводит к уменьшению тока. Кроме этого, при реализации способа ввод управляющего сеточного напряжения приводит к паразитHoii утечке СВЧ--мощности из резонатора с автокатодом.

Известен также способ управления током автоэ. ектронного катода, заключающийся в изменении напряжения на катоде, которое с помощью проводника подводится к катоду от внещнего истбчника напряжения. Способ основывается на одновременной подаче на автокатод, помещенный в объемный резонатор, СВЧ-напряжения и смещающего напряже1 1я. из.зденением которого достигается регулировка тока катода. Сумма напряжения смещения UQ н СВЧ-составляющей UfSiiKdt определяет напряжение на автокатоде U{t) Ur)+ Ujsinteit, которое определяет величину автоэмиссионного тока 2.

Недостатком способа является необходимость одновременного ввода в резонатор СВЧ-напряжения и постоянного напряжения. При подаче постоянного напряжения по проводнику происходит паразитная утечка СВЧмощности из резонатора. Д,ая известного способа характерна также сложность стабилизации автоэмиссионного тока при его реализации. Для стабилизации автоэмиссионпого тока требуются вспо.могательные источники опорного питания, устройства сравнения и контрольный электрод, что усложняет схему.

Цель изобретения - повыщение стабильности тока и исключение излучения СВЧмощности через катод.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управлений током автоэлектронного катода в СВЧ-поле, включающему изменение напряжения на автоэлектронном катоде, изолированный автоэлектронный катод непрерывно облучают пучком электронов , причем ток облучения выбирают равным эмиссионному току.

Предлагаемая операция облучения пучком электронов от вспомогательного источника электронов позволяет отказаться от операции подачи напряжения на автокатод по проводнику, что исключает излучение СБЧ-мощности из резонатора.

На чертеже приведена схема системы регулировки тока автоэлектронного источника для выполнения предлагаемого способа. Схема состоит из источника 1 электронов

автоэлектронного катода 2, размещенного в резонаторе 3 через изолятор 4.

В этой схеме пучок электронов от стороннего источника высаживается со стороны

противоположной острийной поверхности

автоэлектронного катода 2, и поглощается

в нем. В результате этого, потенциал автоэлектронного катода относительно анода (резонатора 3) увеличивается до тех пор. пока ток с острия автоэлектронного катода 2 не станет равным току пучка электронов

от стороннего источника.

Подача управляющего напряжения с помощью пучка электронов через запредельное отверстие в резонаторе полностью исключает излучение из резонатора.

При использовании этого способа наблюдается стабилизирующее воздействие тока электронов от внешнего источника на ток автокатода. Стабильность тока электронов с термокатода определяется стабильностью ускоряющего напряжения и напряжения

накала катода, т. е. термоэлектронная пушка обеспечивает практически любое требуемое значение стабильности тока электронов во времени.

Однако ток автокатода подвержен значительному дестабилизирующему воздейстВИЮ. Основные причины нестабильности тока автокатода связаны с тем, что ток зависит от напряжения питания и работы выхода материала . Так, изменение напряжения и работы выхода на 1% приводит к изменению тока на 10 и 15% соответственно.

В данном случае ток с автокатода должен быть равен току с термоэлектронной пущки, поскольку любое уменьщение тока автокатода нарущает баланс токов и потенциал автокатода меняется до тех пор, пока равенство токов не восстанавливается.

Для того, чтобы оценить время, необходимое на восстановление тока автокатода после его мгновенного изменения (по какойлибо причине) на lO/о, вычисляется емкость автокатода.

Параметры для проведения расчета: Площадь автокатода1 см

Величина зазора катод- анод2 мм

Ускоряющее напряжение 50 кВ Ток автоэлектронного катода1 А

Емкость автокатода оценивается по формуле для плоского конденсатора и полученное значение удваивается с тем, чтобы с запасом учесть емкость автокатода относительно резонатора

CK 8oS/d,

где fo -электрическая постоянная;

-диэлектрическая проницаемость

изолятора автокатода; S -площадь авто катода; d -длина ускоряющего зазора резонатора.

При уменьшении тока автокатода на 10% автокатод начинает заряжаться током 0,1 А, поскольку ток термоэлектронной пушки остался без изменения.

Для восстановления тока 1А необходимо увеличение напряжения на 1%, т. е. на 500В. Так как по мере роста потенциала автокатода ток с него растет, можно считать, что среднее значение разности тока автокатода и термокатода за время восстановления составляет половину максимального значения, т. е. 1 0,05 А.

Время увеличения потенциала автокатода на и 500В определяется по формуле t C и/1 и при данных начальных условиях равно 8,85 НС. Это показывает возможность стабилизации .автоэмиссионного тока за время в несколько наносекунд.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с существующими заключается в том, что потенциал автоэлектронного катода создается пучком электронов. В этом случае любое изменение тока от стороннего источника приводит к изменению потенциала

автоэлектронного катода, что восстанавливает равенство тока от стороннего источника и тока с автоэлектронного катода.

Таким образом, изменение микроструктуры острия автоэлектронного катода при его срабатывании в течение срока службы приводит к изменению напряжения на автоэлектронном катоде, а ток остается без изменения если не изменяется ток от стороннего источника, т. е. имеет место стабилизация тока автоэлектронного катода.

Создание управляющего потенциала с по мощью пучка электронов позволяет управлять током автоэлектронного катода, работающего в СВЧ-поле. Пучок электронов проходит через запредельный волновод на автоэлектронный катод и управляет током с катода, но излучение из резонатора при этом исключается.

Преимущество способа заключается в отсутствии излучения СВЧ-мощности из резонатора благодаря исключению подводящего проводника, по которому подводится управляющий сигнал. Изменение напряжения происходит путем высаживания вспомогательного электронного пучка на изолированный автокатод через запредельное отверстие в резонаторе, что иск пючает излучение СВЧ-мощности.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ АВТОЭЛЕКТРОННрГО КАТОДА В СВЧПОЛЕ, включающий изменение напряжения на автоэлектронном катоде, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности тока и исключения излучения СВЧ-мощности изолированный автоэлектронный катод непрерывно облучают пучком электронов, причем ток облучения выбирают равным эмиссионному току. В 00 СП)