МНОГОЛУЧЕВОЙ КЛИСТРОН Советский патент 1996 года по МПК H01J23/27 H01J25/10 

Изобретение относится к электронике СВЧ, а именно к многолучевым электронным прибором О-типа, и может найти применение в клистронах диапазаона СВЧ.

Цель изобретения уменьшение паразитного самовозбуждения клистрона путем ослабления потока обратных электронов и повышения токопрохождения на коллектор.

На фиг. 1 изображен продольный разрез клистрона; на фиг. 2 сечение по А-А.

Клистрон содержит катодно-сеточный узел 1, состоящий из источников электронов эмиттеров 2 и управляющего (фокусирующего) электрода 3 с отверстиями 4, магнитную систему, которая состоит из магнита 5 и двух плоских магнитных экранов полюсных наконечников 6, 7 с отверстиями 8, соосными отверстиям 4. Между полюсными наконечниками 6, 7 расположены резонаторные блоки 9 с резонаторами и каналами 10 соосно с отверстиями 4, 8 в управляющем электроде 3 в полюсных наконечниках 6, 7 для пропускания электронных лучей 11. За полюсным наконечником 7 расположен коллектор 12 с внутренней полостью теплонагруженного электрода 13 в виде цилиндра с коническим сужением на конце. Во входном отверстии коллектора расположен плоский диск 14 с отверстиями 15, соосными отверстиями 4,8 в управляющем электроде 3 и полюсных наконечниках 6, 7, а также каналам 10 в блоке резонаторной системы. Коллектор снабжен жидкостной системой охлаждения с каналами 16 охлаждения. Коллектор 12 и катодный узел 1 электрически изолированы от резонаторного блока с помощью диэлектрических шайб 17, 18.

Многолучевой клистрон работает следующим образом.

При подаче на управляющий электрод 3 импульса управляющего напряжения эмиттеры 2 испускают электроны, которые с помощью электрического и магнитного полей, создаваемых электродом 3, резистором 9 и магнитом 5 с магнитными экранами 6, 7, формируются в виде отдельных (парциальных) лучей 11. Лучи 11 пронизывают каналы 10 резонаторного блока 9, где под действием СВЧ-поля в зазорах резонаторов модулируются по скорости и по плотности тока. После взаимодействия с СВЧ-полем на выходе из резонаторного блока 9 (на входе в коллектор 12) в электронном потоке появляются замедленные и ускоренные электроны, т.е. электронный поток становится многоскоростным. Многоскоростные парциальные лучи 11 попадают в отверстия 15, либо в отверстия 15 и центральное отверстие 19, либо в кольцевую щель 20 и отверстия 15 в плоском диске 14, установленном на входе в коллектор 12. В отсутствие магнитного поля (коллектор 12 экранирован от магнитного поля плоским полюсным наконечником 7) наиболее замедленные (низкоэнергетические) электроны выбывают из электронных пучков, осаждаясь на внутренних стенках отверстий в плоском диске 14. Выделяемая на плоском диске 14 мощность (эта мощность составляет менее 1% от мощности отработанного пучка на входе в коллектор) отводится на охлаждаемую поверхностью электрода 13. Остальная часть электронов парциальных лучей пронизывает отверстия в плоском диске, попадает в общую полость коллектора 12 и осаждается на внутренней поверхности охлаждаемого электрода 13.

Вследствие удаления (селекции) из луча наиболее замедленных электронов на внутреннюю поверхность каналов в плоском диске уменьшается провисание потенциала внутри каналов и общей коллекторной полости и значительно снижается интенсивность отраженного от коллектора электронного потока. Это позволяет подавить или существенно ослабить паразитное самовозбуждение прибора, связанное с наличием обратной связи по электронному потоку.

В многолучевых клистронах с высоким уровнем импульсной и средней мощности, абсолютная величина мощности, рассеиваемая на диско-селекторе, возрастает. Поскольку наибольшим тепловым сопротивлением обладают перемычки между отверстиями в диске-селекторе, появляется опасность их перегрева и проплавления. В наиболее неблагоприятных тепловых условиях находится центральная часть диска-селектора, тепло отводится на охлаждаемую поверхность через тонкие перемычки между отверстиями. С другой стороны торцовая часть диска-селектора, обращенная в сторону резонаторной системы, может облучаться электронными потоками из-за динамического расширения диаметра пучков на выходе резонаторной системы или в результате отклонения центров пучков от центров пролетных каналов, обусловленного конструктивно-технологическими допусками. При этом появляется опасность вторичной эмиссии с торцовой поверхности диска селектора, которая может также вызывать паразитное самовозбуждение прибора.

Устранить указанные недостатки можно, уменьшив количество перемычек между отверстиями диска-селектора и увеличив рассеиваемую им мощность, если в коллекторном диске выполнить одно общее отверстие для прохождения приосевой группы лучей.

Изобретение относится к СВЧ-электронике. Многолучевой клистрон содержит катодно-сеточный узел, состоящий из источника электронов и управляющего электрода с отверстиями, магнитную систему, резонаторный блок с резонаторами и каналами, соосными с отверстиями в управляющем электроде, и полюсных наконечников магнитной системы, коллектор, во входном отверстии которого размещен плоский диск 14 с отверстиями 15, соосными вышеназванным отверстиям. Толщина плоского диска
T=KD[(1-η)^3/4/R1/2μ

],
где D - диаметр его отверстий 15, P_μ - микропервеанс электронного луча, h - электронный КПД, K = 1,2 - 1,5 мкА^1/2/В^3/4. Вследствие удаления (селекции) из электронного луча наиболее замедленных электронов на внутреннюю поверхность каналов (отверстий) в плоском диске уменьшается провисание потенциала внутри каналов и общей коллекторной полости и значительно снижается интенсивность отраженного от коллектора электронного потока. Это позволяет подавить или существенно ослабить паразитное самовозбуждение прибора, связанное с наличием обратной связи по электронному потоку. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. МНОГОЛУЧЕВОЙ КЛИСТРОН, содержащий источник электронов, резонаторный блок и изолированный от резонаторного блока коллектор с расположенным в его входном отверстии плоским диском с отверстиями для пролета электронных лучей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения паразитного самовозбуждения клистрона путем ослабления потока обратных электронов и повышения токопрохождения на коллектор, плоский диск выполнен в соответствии с соотношением

где T толщина плоского диска, м;
D диаметр отверстий в диске, м;
P_μ микропервеанс электронного луча, м^кА/В^3 / 2;
h электронный КПД;
K 1,2 1,5 мкА^1 / 2/В^3 / 4. 2. Клистрон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения уровня средней мощности путем уменьшения теплонагруженности плоского диска, центральные отверстия в плоскости диска для прохода приосевой группы электронных лучей объединены в одно.