КОЛЛЕКТОР С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ДЛЯ СВЧ-ПРИБОРА О-ТИПА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Советский патент 1994 года по МПК H01J23/27 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к коллекторам с рекуперацией для СВЧ-приборов типа ЛБВ, клистрона.

Целью изобретения является повышение КПД и увеличение срока службы коллектора путем создания минимумов потенциала между секциями коллектора в области электронного пучка, что также позволяет повысить электрическую прочность и надежность конструкции коллектора.

На фиг. 1 показан трехсекционный коллектор с рекуперацией по первому варианту и его сечение А-А; на фиг. 2 - коллектор с отражателем вторичных электронов, закрепленным на стержне и его сечение А-А; на фиг. 3 - трехсекционный коллектор с рекуперацией по второму варианту и его сечение А-А.

Коллектор (см. фиг. 1) содержит расположенные последовательно вдоль его оси первую секцию 1, вторую секцию 2 и оконечную секцию 3. На оконечной секции 3 через пластины 4 закреплен дополнительный электрод 5, выполненный в виде диска с центральным отверстием и расположенный между первой секцией 1 и второй секцией 2. На задней стенке оконечной секции 3 имеется выступ 6 с центральным углублением и радиальными пазами, выполненными на его вершине. Между второй секцией 2 и оконечной секцией 3 размещено кольцо 7 отражателя вторичных электронов, на котором закреплены четыре проводника 8, отстоящие друг от друга на 90^о. Проводники 8 проходят по образующей конуса через пазы выступа 6 к оси коллектора и соединены между собой в центральном углублении выступа 6.

Число секций коллектора может быть больше чем три, при этом соответственно большим будет количество дополнительных электродов 5, соединенных с оконечной секцией, а размещены они будут между предшествующими секциями коллектора. В общем случае число проводников 8 может быть отличным от четырех.

Все секции коллектора отделены изоляторами 9 друг от друга, от отражателя вторичных электронов и от предколлектора 10. Отражатель вторичных электронов коллектора на фиг. 2 закреплен на стержне 11, проходящем через отверстие в выступе 6 и изоляторе 12. В этом случае проводники 8 закреплены на стержне 11. Отражатель электронов коллектора на фиг. 3 состоит из кольца 7 и меньшей части цилиндра 13, разрезанного плоскостью, наклоненной под острым углом к его оси. Кольцо 7 и цилиндр 13 соединены по торцовым поверхностям. Кольцо 7 расположено между оконечной и предшествующей ей секциями, а цилиндр 13 - внутри оконечной секции.

Коллектор работает следующим образом.

На секции коллектора подается напряжение большее, чем потенциал катода, и меньшее, чем потенциал предколлектора, причем напряжение уменьшается на каждой последующей секции. Последняя оконечная секция самая низковольтная. Потенциал отражателя близок к катодному. Отражатель соединяется с катодом через ограничивающее сопротивление порядка 10 кОм. Поэтому в случае возникновения тока в этой цепи потенциал отражателя будет ниже катодного на величину падения напряжения на ограничивающем сопротивлении.

Для коллектора характерны два режима работы: статический, когда скорости электронов на входе в коллектор примерно одинаковы, и динамический, когда скорости электронов существенно отличаются.

В статическом режиме в коллекторе весь пучок, вылетающий из предколлектора, попадает на оконечную низковольтную секцию. Практически все вторичные и отраженные электроны, возникающие на поверхности, не выходят из этой секции. Существует только небольшая группа (1-2% ) приосевых электронов, которые могут выбить из выступа 6 вторичные электроны, которые осядут на второй секции. В этом режиме третьей секцией воспринимается максимальная тепловая нагрузка, но благодаря рассеиванию отражателем пучок будет оседать на большие участки поверхности, т. е. удельная тепловая нагрузка будет небольшой.

В динамическом режиме работы из-за разных энергий электронов, влетающих в коллектор, большая доля электронов будет оседать на секциях 1 и 2, но вторичные электроны, вылетевшие с поверхности второй секции, не попадут на высоковольтную секцию 1 благодаря потенциальному барьеру между ними, созданному электродом 5 оконечной секции.

Размещение между первыми высоковольтными секциями коллектора электродов 5 оконечной секции позволяет в канале по этим электродам создать небольшой минимум потенциала (100-200 В), который будет препятствовать переходу вторичных электронов с одной секции на другую.

В приосевой области, занятой первичным электронным потоком, минимума потенциала не будет, что позволит всем быстрым электронам пройти на вторую и последующие секции.

На предпоследней и оконечной секциях вторичные электроны запираются тормозящим потенциалом, создаваемым элементами отражателя (кольцом 7, проводниками 8 и стержнем 11, см. фиг. 1 и 2), имеющими потенциал, близкий к катодному.

Для улучшения запирания вторичных электронов на оконечной секции от кольца к оси по образующей конуса проходят несколько тонких проводников с коэффициентом перекрытия входного отверстия не более 10% . Для уменьшения влияния на первичные электроны электрического поля этих проводников в приосевой области между ними располагаются части выступа оконечной секции, причем проводники заканчиваются в углублении выступа. Такие конструкции оконечной секции и отражателя позволяют сделать большим входное отверстие приемной секции, расширить первичный электронный поток при увеличении поверхности, принимающей электроны, и дополнительно понизить потенциал секции, что существенно снизит удельную тепловую нагрузку на оконечную секцию и повысит срок службы коллектора.

Во втором варианте коллектора (см. фиг. 3) пучок отклоняется в сторону от оси несимметричной цилиндрической частью отражателя и оседает в основном на цилиндрической поверхности приемной секции. Образующиеся на этой поверхности вторичные электроны благодаря действию на них запирающего поля отражателя не могут покинуть приемную секцию.

Увеличение надежности конструкции и повышение электрической прочности достигается закреплением отражателя на стержне, размещенном внутри выступа оконечной секции, так как со стороны задней стенки больше места для размещения изолятора и вблизи элементов крепления отражателя отсутствуют поверхности с потенциалом большим, чем потенциал оконечной секции.

(56) Патент ФРГ N 2355861, кл. H 01 J 23/027, 1973.

Патент ФРГ N 2355902, кл. H 01 J 23/027, 1973.

1. Коллектор с рекуперацией для СВЧ-прибора О-типа, содержащий несколько расположенных последовательно вдоль его оси разнопотенциальных секций и отражатель вторичных электронов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и увеличения срока службы коллектора путем создания минимумов потенциала между секциями в области электронного пучка, оконечная секция содержит один или несколько дополнительных электродов, выполненных в виде дисков с центральными отверстиями и расположенных между секциями, предшествующими оконечной, и выступ на задней стенке с центральным углублением, обращенным к входному отверстию коллектора, и радиальными пазами, выполненными на его вершине, при этом отражатель вторичных электронов выполнен в виде кольца, расположенного между оконечной и предшествующей ей секциями, и нескольких проводников, закрепленных на кольце, проходящих по образующей конуса к оси коллектора через пазы выступа и соединенных между собой в углублении выступа. 2. Коллектор по п. 1, отличающийся тем, что выступ в оконечной части выполнен с центральным отверстием, а проводники отражателя закреплены на проходящем через него стержне. 3. Коллектор с рекуперацией для СВЧ-прибора О-типа, содержащий несколько расположенных последовательно вдоль его оси разнопотенциальных секций и отражатель вторичных электронов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и увеличения срока службы коллектора путем создания минимумов потенциала между секциями в области электронного пучка, оконечная секция содержит один или несколько дополнительных электродов, выполненных в виде дисков с центральными отверстиями и расположенных между секциями, предшествующими оконечной, отражатель выполнен в виде соединенных по торцовым поверхностям кольца и меньшей части цилиндра, разрезанного плоскостью, наклоненной под острым углом к его оси, при этом кольцевая часть отражателя расположена между оконечной и предшествующей ей секцией, а цилиндрическая часть - внутри оконечной секции.