Магнитная фокусирующая система для СВЧ-прибора Советский патент 1993 года по МПК H01J23/87 

ISЭ

«ta;

Изобретение относится к электронике СВЧ, а более конкретна к мощным электровакуумным приборам О-типа.

Целью изобретения является улучшение массогабаритиых характеристик,

В приборах О-типа с компрессионными электронными пушками с магнитным сопровождением электронных пучков, как известно, необходимо, с одной стороны, обеспечить возможно большее по величине магнитное поле в рабочем зазоре п))ибора, а с другой стороны, в области пушки магнитное поле должно монотонно и по заданному, закону нарастать от катода к аноду, С помощью полюсных наконечников с непрофи- лиропанной боковой стенкой удовлетворить одпобременно этим требованиям, как показали экспериментальные измерения, не удается.

На фиг.1 изображено продольное сечение СВЧ-прибора О-типа: на фиг,2 - система магнитных экранов предлагаемой системы, а также создаваемое ею распределение магнитного поля; на фиг,3-5 - кривые распределения магнитного поля.

Система включает в себя оболочку 1, вакуумно-плотно и соосно соединенную с коллекторным 2 и пушечным 3 полюсными наконечниками.

Внутри пушечного полюсного наконечника 3 расположен профилированный керамический изолятор 4, на котором закреплены фокусирующий электрод 5 и ка- тодно-подогреаательный узел 6 электронной пушки, а также магнитный элемент из магнитомягкого материала, в центральном отверстии которого установлен анод 8 пушки, изготовленный из немагнитного материала. Коллекторный полюсный наконечник 2 посредством керамической втулки вакуум- ио-плотно соединены с коллектором 9, Электронна.ч пушка обеспечивает формирование аксиалыш-симметричного электронного пучка 10, проходящего через пролетный канал электродинамической системы 11, с выводами энергии, расположенной в оболочке 1, соосной электронной пушке и коллектору.

На фиг,2 схематично изображены пушечный полюсный наконечник 3, магнитный элемент 7, электронная пушка с катодом 12, фокусирующим электродом 5, анодом 8, а также создаваемое предлагаемой системой магнитных экранов моно- тонное распределение продольного магнитного поля в области пушки (кривая 13),,, ,

На фиг.3 представлены результаты измерений распределения магнитных полей дпя случаев; полюсный наконечник без магнитного элемента (кривая 14), полюсный наконечник и непрофилированный магнитный элемент (кривая 15), полюсный наконечник и профилированный магнитный элементтой

же длины, что и в предыдущем случае - 18 мм (кривая 16),.

На фиг.5 приведены результаты измерения распределения магнитного поля для непрофилированного и профилированного

полюсного наконечников, имеющих один и тот же внешний диаметр и обшую длину, в которых отсутствовал магнитный элемент.

Измерение магнитных полей, проведенное для различных соотношений диаметров

центральных отверстий в topuoBux стенках полюсного наконечника cfi и магнитного элемента da. а также различных диаметров d2 внутренней поверхности магнитного эле мента показало, что эти величины связаны

между собой соотношением

di d3 d2.

При уменьшении диаметра отверстия в topцoDoй стенке магнитного элемента до значений da di вместе с требуемой коррек

тировкой pacпpeдe зeния магнитного поля в прикатодной области пушки возникает нежелательное значительное изменение распределения магнитного поля и в прианодной области пушки, которое при

дальнейшем уменьшении диаметра da приводит даже к нарушению монотонного характера распределения магнитного осевого поля в пушке.

Величину диаметра ds больше da брать

нецелесообразно, так как при da d2 изменение диаметра da не приводит к заметному изменению распределения поля, так как оно в этом случае определяется только диаме.т- ром внутренней поверхности боковой стенки магнитного элемента.

На фиг,4 представлены результаты измерений магнитных полей для следующих значений диаметра центрального отверстия в торцовой стенке магнитного элемента da;

е1з 12 кривая 17, da 11 мм - кривая 18, da 9 мм - кривая 19, da 6 мм- кривая 20; da-3 мм-кривая 21. Измерения проводились для диаметра в торцовой стеНке полюсного наконечника di, равного 6 мм и для

значения диаметра внутренней поверхности магнитного элемента da, равного 13 мм.

Изменение значений da (12 и 11 мм) около значения d2 не приводит к заметному изменению распределения магнитного поля. Выбор значения da, равного di (кривая 20), приводит к значительному сни.жению значений магнитного поля в прианодной области, а при выборе daмeньшe di (кривая 21)

происходит нарушение монотонного характера нарастания магнитного поля.

Зазор между боковыми и торцовыми стенками полюсного наконечника и магнитного элемента одинаковый по всей поверхности и выбирается из условий пробойного напряжения между первым анодом (совмещенным с магнитным элементом) и вторым анодом электронной пушки (совмещенным с полюсным наконечником), имеющим потенциал, равный потенциалу электродинамической системы.

Для непрофилированного полюсного наконечника с диаметром внутренней поверхности DI 34 мм и относительно большим диаметром центрального отверстия di 25 мм в торцовой стенке толщиной HI 4 мм полюсного наконечникам уровень магнитного поля (кривая 22 на фиг,5) в рабочем зазоре прибора (т.е. между пушечным и коллекторным полюсными наконечниками) в ближней к пушечному полюсному наконечнику зоне значительно меньше требуемого (расчетного) значения (кривая 13 на фиг.2 и 5). В области же пушки уровень магнитного поля (кривая 22) намного превышает требуемую величину (кривая 13).

При уменьшении диаметра центрального отверстия di до 4 мм уровень поля в рабочем зазоре становится близким к требуемому. Однако распределение поля в пушке становится немонотонным с резким провалом в области торцовой стенки полюсного: наконечника (кривая 23 на фиг.5). При увеличении толщины боковой стенки На полюсного наконечника за счет уменьшения его внутреннего диаметра до 25-30 мм и увеличении диаметра центрального отверстия в торцовой стенке полюсного наконечника до di 7 мм удается снизить уровень магнитного поля в пушке и устранить провал в распределении поля (кривая 24 на фиг.5)в прианодной области. Однако неуда- ется обеспечить одновременное совпадение распределения магнитного -поля в прикатодной, прианодной и средней частях пушки. Введение же профилирования внутренней поверхности боковой стенки пушечного полюсного наконечника при тех же его размерах (D 37 мм, I 40 мм. Hi 4 мм и di 7 мм) позволяет достигать требуемого характера и уровня магнитного поля как в рабочей области прибора, так и во всех участках в пушечной области прибора (кривая 25 на фиг.5).

Если уменьшить диаметр центрального отверстия di до 4 мм, то уровень поля (кривая 26 на фиг.5) в пушечной области снизится, но монотонный характер поля не нарушится (как это имело место в непрофилированном полюсном наконечнике - кривая 23).

Вид одноступенчатого профиля внутренней поверхности боковой стенки полюс- 5 ного наконечника определяется; отношением диаметра Dj части внутренней поверхности полюсного наконечника, расположенной ближе к его торцовой стенке, к диаметру DI, части этой же поверхности,

0 расположенной дальше от его торцовой стенки; отношением осевой длины 2 части поверхности полюсного наконечника диаметру D2 к общей длине И боковой стенки полюЙного наконечника,

5 Если l2/li 0,9, то распределение магнитного поля внутри полюсного наконечника практически такое же, как в полюсном наконечнике с внутренней поверхностью без ступени, имеющей диаметр D D2. При

0 l2/h 0,1 получается распределение такое же. как при D Di. Если отношение диаметров D2/Di 0,9, то при любом отношении l2/li влияние ступени так же мало сказывается на распределении поля и оно близко к

5 распределению в гладких полюсных наконечниках с D Di D2.

При D2/Di 0,1 характер распределенная осевого магнитного поля на участке 12, где расположена рабочая часть пушки (про0 межуток катод- первый анод, второй анод), определяется только величиной диаметра

D2.

кроме того, при D2/Di 0.1 практически становится невозможным внутри по5 люсного наконечника с малым диаметром D2 разместить катод, фиксирующий электрод, первый анод и магнитный элемент с одновременным обеспечением вакуумных пробойных промежутков между ними. При

0 сужении указанного интервала 0,1-0,9, например, до 0,3-0,7 введение профилирования приводит к более заметному влиянию степени профилирования на распределение магнитного поля.

5 Предложенная конструкция системы магнитных экранов позволяет существенно уменьшить толщину торцовой и боковой стенок магнитного элемента, а также его осевую длину.

0 Экспериментальные измерения, проведенные для прибора с рабочим магнитным полем 0,7 тл, показали, что требуемое распределение осевого магнитного поля в пушке обеспечивается в известной системе

5 при толщине торцовой стенки магнитного элемента hi 3-3,5 мм, толщине боковой стенки магнитного элемента h2 4-4.5 мм длине магнитного экрана отточки закрепления на керамическом изоляторе до няружной части его торцовой стенки И 22-23 мм, В то же время в предлагаемой системе эти величины соответственно равны hi «0,7-1.0мм. h2 0,7-1.0 мм, li 18мм. Таким образом, массогабаритные данные магнитного элемента в предлагаемой системе лучше и, следовательно, в ней снижаются механические нагрузки на место крепления магнитного элемента с керамическим изолятором, а также на весь изолятор, который в компактных пакетированных

мощных высоковольтных приборах обычно глубоко профилирован и очень чувствителен к механическим воздействиям. Последнее имеет особенно большое значение в прибо- pax, работающих в условиях ударных и вибрационных воздействий.

(56) Патент США Nfe 3832596. кл. 315-3.5, опублик. 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1134038, кл. Н 01 J 25/00. 1985.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) электронике. Магнитная фокусирующая сиаема для СВЧ-прибора 0-типа содержит пушечный полюоадй наконечник (ППН) 3, внутри которого расположен профилированный керамический изолятор 4, на котором закреплены фокусирующий электрод 5 и катодно-подогревательный узел 6. магнитный элемент (МЭ) 7 из магнитомягкого материала, в центральном отверстии которого установлен анод 8 из немагнитного материала Внутренняя поверхноаь цилиндрической боковой стенки ППН 3 и цилиндрическая боковая стенка МЗ 7 выполнены профилированными идентичной формы и имеют соотношения d s d s d 0. 0.9 0.1 l/I 0.9 I l d Md - диаz г 1 3113. метры центрального отверстия в торцовой стенке ППН 3 и МЭ 7 соответавенно: d и D - диаметры внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки МЭ 7 и ППН 3, примыкающей к его торцовой стенке, соответственно: D - диаметр внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки ППН 3, расположенной у конца, про- т,ивололожного то щовой стенке; I - длина цилиндрической бокойой стенки Г1ПН 3; I - длина части цилиндрической боковой стенки ППН 3, примыкающей к его торцевой стенке с диаметром D : I - общая длина МЭ 7. Магнитная фокусирующая система имеет улучшенные массогабаритные характеристики. 5 на

Формула изобретения

МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУЮЩАЯ СИС- . ТЕМА ДЛЯ СВЧ-ПРИБОРА о-типа. содер- жащая пушечный полюсный наконечник и расположенный коаксиально внутри него магнитный элемент, имеющие цилиндрические боковые стенки и торцовые стенки с уо центральными отверстиями, отличающаяся тем, чтО( с целью улучшения массогабарит- ных характеристик, внутренняя поверхность цилиндрической боковой стенки пушечного полюсного наконечника и ци-25 линдрическая боковая стенка магнитного элемента выполнены профилированными идентичк рй формы, при этом выполнены следующие соотношения: . di d3is d2:30

0.1 D2/Di 0.9;

0,.9;

,

где di - диаметр центрального отверстия в торцовой стенке пушечного полюсного на- i35 .конечника. мм;

da - диаметр внутренней поверхностичасти боковой цилиндрической стенки магнитного элемента, примыкающей к его торцовой стенке, мм;

cJa - диаметр центрального отверстия в торцовой стенке магнитного элемента, мм;

PI - диаметр внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки полюсного наконечника, расположенной у конца, противоположного торцовой стенки, мм;

D2 - диаметр внутренней поверхности части цилиндрической боковой стенки полюсного наконечника, примыкающей к его торцовой стенке, мм;

11 длина цилиндрической боковой стенки пушечного полюсного наконечника, мм;

12- длина части цилиндрической боковой стенки пушечного полюсного наконечника, примыкающей к его торцовой стенке с диаметром D2, мм;

13- общая длина магнитного элемента, мм.

3 Z,MH

гт

« П