Электровакуумный СВЧ-прибор О-типа Советский патент 1993 года по МПК H01J23/87 

(46) 07.05.93. Бюл. К 17

(21) 4360479/21

(Т) 08.01.88

(/1) Радиоастрономический институт

АН VCCP

(72) E-F.Лысенко и В .В. Смородин

(56) Патент Великобритании К 1551434, кл. II 01 J 29/76, опуб- лик. 1976.

( Авторское свидетельство СССР № 786675, кл. Н 01 J 23/08, опублик. 1979.

(54) ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ СВЧ-ПРИВОР 0-ТИПА

(57)ИзобретениР относится к области электроники СРЧ, а именно к электровакуумным приборам с магнитной фокусировкой и юстировкой электронного потока, таким как лампа обратной волны, клинотрон, генератор динамических импульсов и т.п. Целью изобретения является повышение КПД за счет обеспечения юстировки электронного потока при минимальной длине магнитного зазора. Цель достигается тем, что в магнитной системе прибора, содержащей полюса с различным направлением намагниченности, один из полюсов выполнен с возможностью эксцентричного вращения в плоскости, перпендикулярной продольной оси прибора. При этом упрощается юстировка прибора, а также увеличивается фокусирующее .магнитное поле вследсткие того, что длина зазора магнитной системы может выбираться равной продольному размеру электронно-оптической системы прибора. 3 ил.

I

С

9

Изобретение относится к области электроники СВЧ, а именно к электровакуумным приборам с магнитной фокусировкой и юстировкой электронного потока, и может найти применение при разработке и создании пакетиоовэнных конструкций электровакуумных приборов миллиметрового и субмиллнметро- вого диапазонов, таких как ЛОВ, кли- нотроиов, оротронов, ГЛИ и т.п.

Целью изобретения является повышение КПД за счет обеспечения юстировки электронного потока при минимальной дтшге магнитного эачора.

Цель достигается тем. что в магнитной системе, содержащей полюса из магнитов с различным направлением намагниченности, один из полюсов вьтполней с возможностью эксцентричного вращения в плоскости, перпендикулярной продольной оси прибора, а расстояние сГ(м) между центром полюса и центром его вращения выбирают в пределах

- kt

154

где а0 - толщина электронного потока, м;

l/lft- отношение длины магнитного зазора к длине п /остранст- ва взакмодействн : k - коэффициент, равкый отношению магнитной индукции на оси в плоскости чолюса к индукции в той жг точке.

JS

&0

00

«А,

создаваемой нрот ппополовшим И мтюсом. При таком техническом решении ormi,lie Г НеобХ.ОДИМОСТЬ В ЮСТИрОВОЧНОМ

ус IррЛстве, расположенном в т .поре, так как его функции выполняет магнитна л система, точнее составляющие ее оементы. Это позволяет значительно упростить как механизм юстировки, так и конструкцию пакетированного в пред- доменной магнитной системе СВЧ-прибо- ря и полом, а кроме того, получить увеличение магнитного поля в зазоре Пет увеличения веса и габаритов си- темы та счет максимального сокращения длины зазора, которая не превышает длины прибора и определяется тояь ко чтгм конструктивным размером. При : гом и предложенном решении обеспечи- гые гея эффектипная юстир овка электрон чоРО потока, выполняемая путем экс- нтричного плоскопараллельного праще rn;t одного из полюсов системы вокруг гр- вольной оси прибора.

li,i Фиг. 1 схематически изображено предложенное устройство, продольный- разрез; на фиг. 2 представлен разрез Л-Л на фиг. 1; на фиг. 3 показана пекторная диаграмма полей и траекторий электронного потока в системе координат магнитного зазора и замедляющей системы (ЗС) С1УЧ прибора.

Полюса 1 и 2, помещенные в арматуру из колец 3, соединенных стойками образуют плоскопараплельный рабочий зазор BCDE. Полюс 1 помещен (закреплен, например, кремний-органическим клеем БТ-25-200) в промежуточ- нос кольцо 5 с эксцентриситетом относительно оси симметрии Z магнитной системы, которое, в свою очередь, помещено в кольцо 3 арматуры. Кольцо

5 вместе с полюсом 1 имеет возмож- НОСТ7- поворачиваться в кольце 3 арматуры на 360° вокруг оси Z и фиксироваться в требуемом положении. Полюс 2 расположен в своем кольце 3 арматуры симметрично относительно оси Z и неподвижен. С наружной стороны кольца 5 для фиксации длины зазора КО и удобства вращения сделан бортик 6. Вектор 7 магнитной индукции в центре зазора BCD К направлен под острым углом к оси прибора. Длина зазора ГО определяется аксиальным размером СВЧ-прибора 8 (показан пунктиром) н равна ему. В приборе 8 схематично

5

ЦО К.Т 1НМ -1 If1 1 1 РОНН Й H01OV- Ч, pVPMblfl Т1Т7РОИНОЙ ПУШКОЙ 10, КМПЧРКтор 11 ясктронон.

Предложенное устройство работ . д лощим образом,

СВЧ-ирнбоп 8„ например клинотрон, помещен в рабочий затор , магнитной системы, так что его 1C размещена вдоль оси Z (фиг.З).

Особенностью клипотрона-генератора типа ЛОВ является то, что в нем с .целью увеличения эффективности взаимодействия электронный поток направлен под острым углом к поверхности ЗС с этой же целью используются толстые по сравнению с замрдлеи- ,ной длиной волны потоки. Угол накло- |На определяется в основном.толщиной электронного потока,рабочей длиной волны, дпииой пространства взаимодействия. а счет наклона траекторий движения электронов по отношению к замедляющей структуре достигается .улучшение рабочих характеристик клн- нотрона, например максимум генерируемой мощности,, расширение полосы электронной перестройки и т.д. Угол наклона зависит от величины смещения tf, длины зазора 1 и степени неоднородности магнитного поля.

При смещении полюса 1 параллельно полюсу 2 на величину J точка с максимальной индукцией в плоскости полюса 1 смещается относительно оси Z в том же направлении на величину d /ЧВ „ /В Вг1), а в плоскости полюса 2 - на величину Јг Ј (В., /В(4+ + В а1), где Вц и В 1ч - индукция магнитного поля, Т, создаваемого полюсами 1 и 2 в своих плоскостях; В ,г и Вг1 - индукция, Т, создаваемая полюсами 1 н 2 в плоскости противоположного полюса.

Так как для симметричной системы

В,

В

lt, В,г Вщ и Г J1, , то

для угла наклона магнитных силовых линий в прносевой области относительно оси Z справедливо выражение

50

Л- arctg(Ј i™4)

1

(О

5

где k В ,, /В

л

В1а/Вп;

1 ь- длина, зазора магнитной системы, м.

Для наглядности процесс юстировки электронного потока 9 клинотрона рассмотрен на примере системы с k 10.

51

При вращении полюса 1 с эксцентриситетом о в плоскости, перпендикулярной оси Z5 вектор FO поля, с которым совпадает магнитная сило- вал линия, соединяющая центры полюсов 1 и 2, является образующей конусной поверхности, а его конец последовательно проходит через точки О, Ot, ..., описывая окружность радиусом Л Если в исходном положении вектор F01 лежит в плоскости BCDE, перпендикулярной поверхности ЗС, то при повороте полюса 1 на 90° от этого положения угол наклона проекции вектора FO (i 1 2f . „) на плоскость BCDE к поверхности ЗС непрерывно уменьшается от своего максимального значения d. 1 до 0° . Сле- дуя за эволюциями магнитного поля9 изменяет свое положение в иростран- стве взаимодействия по отношению к ЗС и электронный поток 9, поскольку электроны при фокусировке продольным магнитным полем движутся по винтовым траекториям вдоль магнитных силовых линий.

Таким образом, при .надлежащем выборе величины (из выражения 1) в одном из промежуточных положений центра полюса 1, например в точке Оа„ реализуется оптимальный угол о/ наклона магнитных силовых линий в при осевой области зазора, а следовательно, и угол с/2 на лона электронного потока 9 к поверхности ЗС, необходимый для обеспечения максимальной генерируемой мощности клинотрона (кпи нотроиныи эффект). В других положениях полюса f угол наклона больше или меньше оптимального,

Минимальное значение расстояния между центром подвижного полюса и центром его вращения определяется тем, что в процессе юстировки электронного потока клинотрона должна быть обеспечена возможность достижения оптимального угла наклона ленточного электронного потока к плоскости замедляющей структуры:

э

о/оят arctg , т.е. должно быть вы1ВЗ

полнено условие лид|( I ммм

Значение rf не МП-АР т превосходить значения

k

ei

лгкт /

гея

так как при нпчечгш .г

РОННЫЙ ПОТОК ПО П I KH1 Г НО Г. if;

на половине замедляющей гтрук1 гры и эффективность гллимодспгтипк резко снижается при положении подшгкного полюса, близкого к положению, при котором достигается максимальный наклон магнитных силовых линий к плоскости замедляющей структуры. i

Рассмотрим конкретный пример выполнения предложенного устройства. Испытывался клинотрон трехмнллиметро- вого диапазона, у которого толщина электронного потока а0 0,2 мм, длина пространства взаимодействия I &$ - 15 мм. Зазор магнитной системы 1

28 мм, 1,16.

К I

Рыл изготов-

f ю )5 i 20 I

лен набор промежуточных колец 5 со 25 значениями эксцентриситета от до 1,2 мм с шагом 0,1 мм. Клннотрон работал эффективно с магнитными ог- стенами с d1 в диапазоне 0,3-0,8 мм. Максимум выходной мощности достигался 0 в системах с эксцентриситетом, лежащим в диапазоне 0,5-0,7 мм, В качестве полюсов системы использовались аксиально-симметричные магниты в виде шайб, набранных из аксиально и радиально намагниченных элементов из самарий-кобальта (сплав КС-37А) диаг;5етром 52 мм.

В предложенном устройстве значительно упрощается как механизм юстировки, так и конструкция пакетирован- &ого в предложенной магнитной системе СВЧ-прибора в целом. Прячем упрощение механизма юстировки происходит одновременно с повышением ее точности за счет меньших люфтовs a также своеобразной магнитной смазки, которая образуется стягивающими

5

0

5

на полюса. Практическая ценность предложенного решения заключается также в увеличении магнитного полк в зазоре без увеличения веса и габаритов системы за счет максимального сокращения длины зазора Наблюдается повьгыение КПД за счет клнноурпнного и орто;слин о тронного эффекта при нарушении коллинеарности между электронным потоком и направлением электрического ВЧ-поггя в i ЛИ и в ЛОВ,

Формула изобретения Электровакуумный СБЧ-прибор 0-тн- па, содержащий электронно-оптическую систему ;(ля формирования ленточного пучка в пространстве взаимодействия, магнитную фокусирующую систему с двумя полюсами из постоянных магнитов, рабочие поверхности которых параллельны друг другу, о т л и ч а ю щ и й- (J я тем, что, с. целью повышения КПД за счет обеспечения юстировки электронного потока, один из полюсов магнитной фокусирующей системы выполнен с возможностью эксцентричного вращения в плоскости, параллельной рабочей поверхности неподвижного по лгоса, в соответствии со следующими Соотношения ш:

1

k k

вч где cf

- 1

, 2a. . ,, -

cl« 1 1. 1 - Ti

Si

в

а В, в.

1

расстояние между центром подвижного полюса и центром его впащенип, м; толщина ленточного электрон- rioro потока, м; магнитная индукция в плоскости подвижного полюса на оси прибора, создаваемая этим полюсом, Т; магнитная индукция в той же точке, создаваемая неподвижным полюсом, Т; дпина магнитного зазора, м; длина пространства взаимодействия, м.

Г.остзвитель А. Власов Редактор Т. ЮрчнкоиаТехред М.ДидыкКорректор g. 1 нрняк

Закаа 1972

Тираж

BWllillil 1 исуларг. кпг.щтета по изобретениям и ОТКРЫТИЕМ при 1lVMr, Москва, Ж-35, Раушская мл: .., л.

flp. ;{3; - ;ifTnn)ini -).t r I . ii.r комбинат Патент1 , : . У-:.т-.)ро.Ч, У-5. Гяг-т/

v

Фи&З

По.чпиеное