Электровакуумный прибор СВЧ О-типа Советский патент 1990 года по МПК H01J23/07 H01J1/20 

родом 7. Между катпдом 3 и управляющим электродом f-- ратгп щен внутренний фокусирующий электрод 8. Катодный утол и внутренний фокусирующий электрод 8 закреплены на держателе 9, соединение м с вакуутчной ободочкой. Внутренний фокусирующий электрод 8 (ВФЭ) снабжен (Ьланцем 10 в виде усеченного конуса, установленным с продольным зазором относительно катода ь зацентрованным в отверстии катода посредством радиальных Bi.icryrioB 1 1 , отделенных от фланца 10 колы1,е1-ой канавкой 1 :. К трубке 13 внутреннего фо- кусирующего электрода 8 со стороны, противоположтин фланцу, прикреплены гибкий теп.поотьо/1 |ций элемент 14, закрепленный на держателе катодного узла в месте ег о Соединения с ва- куумной оболочкой 1. Ппикрепление внутреннего фокусирующего электро- дч PI к держателю 9, на котором в свою очередь зак1)еплен катодный узел, производится посредством держателя 15 в виде усеченного конуса с сквозными окнами.

Прибор работает следующим образок. При подаче мощности накала,ра- зогревающей катод 5, а также анодного и модулирующего напряжений при участии управляющего 6, а также внутреннего 8 и внещнего 7 фокусирующих электрод.1В, создается необходимая конфигураш Я электрического поля. Электронная пушка А формирует электронный пучок, который попадает в канал электродинамической системы, где происходит его взаимодействие с ВЧ-полем, а затем поступает в коллек юр 3. Электроды 6-8 и элементы их KpeiijieintH, в том числе держатель 9, нагреваются теплоизлучением с като- дл и за счет собственной теплопровод HocTKv Гарантированный продольный и радиальный зазор между 5 и 8 ограничивает теплообмен с катодом только излучением, исключая контактный теплообмен. Снижению потока мощности от катода 5 к ({хпанцу 10 и снижению теп самым температуры п следнего способствует кольцевая канавка 12 и радиальные выступы 11. Отвод тепла от трубки ВФЭ производится Посредством ибкого теплоогводящего элемента 14 в место соединения держателя катодного с BaKyyMHovi оболочкой, имеющее никую температуру.

с n 5

Q 5 5

0

5

Уи1МИ1чение мощности прибора буит увеличения тока пучкл, которое В пушках с низковольтным бессеточным управлением достигается приближением управляющих электродов к поверхности катода, поэтому в предложенном те-чическом рещении ВФЭ, расположенный между катодом и штырем, функционально преву ащается в тонкий кольцевой электрод, прикрываклций внутреннюю кромку катода, а конструктивно он принимает вид фланца, прикрепленного к трубке. Покрыты продуктами пыления с катода и достаточно горячий ВФЭ будет давать паразитную термоэмиссию. Снизить токи в цепи управля- 1О1ЦИХ электродов можно, если снизить температуру фланца ВФЭ, в первую очередь его наиболее запыленной части - кромки. Поэтому для улучшения тепло- отвода с этой кромки фланцу придается форма усеченного конуса.

КФЭ должен-с высокой точностью центрироваться относительно катода. Но еслт он при этом будет касаться катода по Bceii его внутренней поверхности, то его температура будет близка к темпе;1атуре катода. Поэтому в предлагаемой конструкции на трубке ВФЭ выполнены по крайней мере три радиально расположенных выступа. Между фланцем ВФЭ и катодом при монтаже выполняется гарантированный продольный (осевой) зазор. Чтобы исключить его касание по внутренней кромке катода, выполнена кольцевая канавка. К концу трубки ВФЭ со стороны, противоположной фланцу, прикреплен гибкий теплоотволящий элемент, закрепленный на держателе катодного узла в месте его соединения с вакуумной оболочкой. Гибкий теплоотводящий элемент может выполнен,например,в виде пакета сваренных на концах металлических лент,сбединяющего ВФЭс вакуумной оболочкой прибора,имеющей ниэкую температуру. Оптимальная величина теплового сопротивления гибкого теплоотводящего элемента составляет 0,5-1,5 суммарного теплового сопротивления держателей катода и НФЭ и держателя ВФЭ. Эти границы подтверждаются следующими соображениями: если тепловое сопротивление будет слишком мало - резко упадет экономичность, увеличится кратковременная , нестабильность тока катода если тепловое сопротивление будет- очень

большим, то теплоотводящий элемент перестанет играть свою роль, выигры по снижению температуры ВФЭ будет Незначительным,

Для достижения цели изобретения диаметров, окружности, охватывающей выступы, выполненные на трубке ВФЭ, должен быть меньше диаметра отверстия в катоде настолько, чтобы выполнялось соотношение

,,К -10- , где к - 1-11 d,j

К - коэффициент, численное значение которого в указанных пределах определл-;тся для коистру ; ; пушки рабочими температурами ri.neicT- родов и КТР материалов катода и ВФЭ Так, обозначим КТР матерча.пя В 1) 1 г./,, катода d . а соответс вукяцие прира- 1Це1Гия температур относительно комнатной /3 Т и ,2 , получ м (- етральный зазор между В - и катодом .) -ri,(1 +0/ , dT,). Условие существова) гарантированного зазо

ра принимает вид ----Ъп.йТ -,;ГГ,

d,

Проведенные расчеты -саждого оксидного катода из гпиаыпт с темпеp;i- турон 700-800 С и ВФЭ из любого конструкционного материала, включая нержавеющую сталь, обладающую наиболь- ШЮ4 КТР о/, 0:1,9- 10- град , и для им прегнированного металлопористого катода с рабочей температурой 1020- из пористого вольфрама при 4 Т , 100-800 С дают интервал значений коэффициента К,, .указанный выше. Выполнение указанного условия гарантирует отсутствие сплопию/ о контакта ВФЭ с катодом, но остается возможность контакта в одной или двух точках (площадках) соприкосновения выступов и катода при тепловьгх деформациях или при исходном монтаже. Поэтому размеры выступов выбраны таким образом, чтобы они имели как можно более острую вершину, как можно более высокое тепловое сопротивление и в то же время достаточную механическую прочность.

Дальнейшее снижение TeMnepaTyptj осуществляется посредством введения ДЛЯ крепления ВФЭ к держателю катода и наружного фокусирующего электрода держателя ВФЭ в виде усеченного конуса (наподобие тарелки) с тупым углом

0

J

5

при воршине, обращ иного этим углом в сторону катода и снаб|;енного сквоэн.ми окнами В пиле секторов.

I

Конусная форма держателя применена для обеспечения устойчивого равновесия и создания однозначного направления продольного смещения деталей, чего не удается добиться при плоской его форме.

Использование предл11женного держателя ВФЭ позволяет осуществлять сборку катодно-фокусного узла с высокой точностью. Окна в виде секто- S ров позволяют пропускать значительную часть потока мощности излучения с катодного уллл,, Ч Ci сипжа I I arpen ВФЭ. Кроме того, ос1ави ансп ноет- изготовления окон часть i oHycHoro держателя (п видо () , Я}.п;ге1тлг тепловой раз«яз1:(.м, iijitiiJiTcn вук.ппей перетеканию тепла от ВФЭ к боло1 хо- лодног-гу НФЭ. Тем r.ai-ii-ni попьглается экономичность катодного узл; и. главное, тредотвраща тся нагрев НФЭ ло температур, опасных с точки зрения термо- эмиссрн, что гтаб шизируе г ток катода. Так Kat ил(,ь и1 Э яа 1-2 порядка больше плгпцад фланца 0 ВФЭ, то ми1П1м,-:1льная jiniiycT inf плот- )ость тока эмиссии д,.пя iUI- ;) соотг ет- CTLuMtHo ниже, чем ВФЭ.

Нанесение а нтиэ мне с ион но го пои ры- тия, например тфния, на больпи-е ос- 5 кование ({танца БФЭ со стороны, обращенной к унравлип дому плектроду, дает дополнительное с;ни :сеЕ1Яс уропня наразигной термг,;)ми( сии.

Проверка работоспособностг пред- 0 ложешюГ конструкци;: npoBepnjLacb isa вакуумных отпаянных макетах. Внутренний диаметр кольцевого гшпрегнирован- ного катода d 4,8 мм, диаметр (лан на ВФЭ 5,0 мм, толщина кромки усечен- 5 пого конуса фланца вблизи наружного диаметра 0,08 NTf-i, материал - молибден. Кольцевая канаг ка имела ну О,1 ми, угол конусности фланца БФЭ - . Количесп во выступов - че- 0 тьфе, размер каж,г,ого BL.icTyria: d А,79 - 0,01 мм. Гибкий теплоотводящий элемент состоит из 12 ниобиевьгх лент толщиной 0,05 мм, длиной 19 и шири-- HOI 2,5 мм, каждая приварена к желез- 5 ному штифту диаметром 4 и высотой 8,3 мм, которьпЧ припаян медью к ме- таллокерамическому узлу, являющемуся составной частью BaKyv-MHoA оболочки прибора. Ocнoвны критерием оценки являлась величина тока ппразит- ной термоэьшссии. 3 гот ток замерялся в строго одинаковых условиях после прогона в течение сотен часов под накн-пом в режиме -максимально допустимой мощности накала,т.е.при максимально возможной запыленности ВФЭ,

Результаты истл1тан1гй представлены в таблице.

Приведенное пирометрирование показало, что температура ВФЭ снизилась с 850-900°С до при одновременном сокращении мощности накала с 20-22 Вт до 16-17 Вт.

Из таблицы следует, что ИсПользо- ванпе всей прг-Д 11 аемой совокупности сущестБОИных при эи.аков позволяет в А раза увеличить среднюю мощность прибора и в сотни раз повысить время наработки при со -ранен1П1 устойчивого режима работы (долговечность).Данное предложенио поояоляет проектировать более мощные приборы Применение изобретения позволит снизить потребность Народного хозяйства в объектах с использованием изобретения и увеличить мощность выпускаемых приборов.

Формула изобретения

1. Электропакуумяый прибор СЕЧ 0-типа сантиметрового диапазона, содержащий размещенную в вакуумной оболочке электронную пушку с управляю- щим электродом в виде штыря и катодным узлом, закрепленньпч на держателе, соединенном с вакуумной оболочкой, включающим кольцевой катод, наружный фокусирующий электрод и внутренний фокусирующий электрод в виде трубки, закрепленной в катодном узле, oтлиг aющийcя тем, что, с целью повышения долговечности

5

0

0

5

0

прибора и унеличения его выходном средней мощности за снижении но-- ; ичины тока паразитной термоэмиссии, трубка внутреннего фокусирующего злектрода устаноплеиа с радиальным зазором по отношению к катоду и с его стороны снабжена фланцем п виде усеченного конуса, большее основание которого обращено к управляющему злект- роду, размещенного с осевым зазором по отношению к катоду, при этом на трубке внутреннет о фокусирующего электрода под меньшим основанием фланца выполнены, по крайней мере, три радиальных, равномерно распределенных по окружности иыступа, отде- ле1и1ых от фланца ко.чы1ов()й кананкой, а к концу трубки лн -трсинего фокусирующего электрода го стг5ро ы г ротино- положной (шанцу, гтрикпегикм гибкий теплоотводящий элемент, зэкрстгленный на держателе катодного узла я месте его соединения с Г.экуум1 011 оболочкой, причем диаметр гжружности, охватывающей выступы d.M и внутренний диаметр катода -.1 ,м выбраны из выражения

.10-: где К t-t1.

7

2,Прибор По п,1. о т л и ч а ю- щ и и с. я тем, что внутреннт фокусирующий электрод закреплен п катодном узле посредством держателя в виде усеченного конуса, обра1денного тупым углом гтри вершине в сторону катода и снабженного сквозными окнами в виде, секторов, KOTOI I.W на трубке внутренргего фокусирующего электрода между флагщем и 1 ибким теп- лоотводящим элементом, ,,

3,Прибор по ПП.1 и 2, о т л и- чающийся тем, что на больщее основание фланца нанесено лнтиэмис- сионное покрытие.

в нитрубки

1050- 1090

Ток неустойчив: при первом включении на уровне 3,5 мА, далее быстро нарастает

770- 800

5-15

660-680 0,002-0,02

0,08-0,25

0,8

250

2000

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электровакуумным приборам (ЭВП) СВЧ 0-ти- па сантиметрового дианазона (лампы бегущей волны, клистроны), имеющим электронные пушки с низковольтным управлением. Цель - повышение долговечности ЭВП и увеличение его выходной средней мощности за счет снижения величины тока паразитной, термоэмиссии. Она достигается тем, что в ЭВП Изобретение относится к электронной технике, в частности к электровакуумным приборам СВЧ 0-типа сантиметрового диапазона (лампы бегущей волны, клистроны), имеющим электронные пушки с низковольтным управлением. Целью изобретения является повышение долговечности прибора и увеличение его выходной средней мощности за счет снижения величины тока паразитной термоэмиссии. трубка 13 внутреннего фокусирующего электрода (ВФЭ) установлена с ра;хи- альным зазором по отношепиго к катоду (К) 5 и Имеет со стороны К 5 фланец 10 в виде усеченного конуса, большее основание которого обращено к управляющему электроду, которой установлен с осевым зазором по отношению к К 5. На трубке ВФЭ под меньшим основанием фланца 10 им-мот- ся три радиальных, рлпиомерно распределенных по окружности выступа 11, отделенных от фллнца И) кпльпенод1 канавкой 12. К концу трубки ВФЭ со стороны, противоположной ( шлицу 10, прикреплен гибкий теплоотводпщий элемент, закрепленный на держателе катодного узла 1 месте его соединения с вакуумной оболочк ой. При этом диаметр окружности rt,, охгзатыпаюр;ей выступы 11, и внутренний диаметр d. катода выбраны из ш.фажеиия ( Ж -Ю , где К 1-11, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. 1 табл. сл На фиг.1 приведена схема предлага- э;гектровакуумного прибора на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - разрез А-А на фиг,1. В вакуумной оболочке 1 прибора, образованной изолятором 1, электродинамической системой 2 и коллектором 3, размещена электронная пушка 4 с катодным узлом, включаюп И1-1 кольцевой катод 5 и управляю1 и Л электрод 6 в виде штыря. Снаружи катодный узел окружен внешним фокусирую:иь м элскт4 QO ю 4 Од

//

Фиг.З