МНОГОЛУЧЕВОЙ СВЧ-ПРИБОР 0-ТИПА Советский патент 1994 года по МПК H01J25/10 

Изобретение относится к электронным приборам, конкретно - к многолучевым СВЧ-приборам.

Известны СВЧ-приборы, в которых используются однолучевые электронные пушки и магнитные либо электростатические фокусирующие системы [1] . В этих приборах в пушке электростатическое фокусирующее поле симметрично относительно оси прибора и поэтому электронный пучок движется вдоль оси пролетного канала. Однако эти приборы имеют большое анодное напряжение.

Известны также многолучевые СВЧ-приборы, в которых применяются многолучевые электронные пушки и магнитные или электростатические фокусирующие системы [2] . Электронная пушка таких приборов состоит из катода, фокусирующего электрода и анода, имеющих отверстия для прохождения парциальных электронных пучков. Анод многолучевой электронной пушки имеет цилиндрическую часть, которая может оказывать существенное влияние на формирование парциальных электронных пучков. Электростатическое поле, создаваемое катодом, фокусирующим электродом и торцовой частью анода, носит двумерный характер и симметрично относительно осей пролетных каналов. Влияние пролетных каналов анодного цилиндра на парциальные пучки зависит от диаметра, на котором расположены эти пучки. Оси центрального пучка и анодного цилиндра совпадают и поэтому смещения центрального пучка не происходит.

Для пучков периферийного ряда анодный цилиндр расположен несимметрично, и за счет этого появляется поперечная составляющая электростатического поля, которая приведет к смещению парциальных пучков относительно их пролетных каналов. Смещение парциальных пучков будет тем больше, чем больше расстояние между управляющим электродом и анодом или чем меньше диаметр анодного цилиндра.

Смещение электронных пучков в пушке приводит к уменьшению токопрохождения и срока службы прибора. Для восстановления токопрохождения прибора необходимо увеличить амплитуду фокусирующего магнитного поля на 25-30% , а это, в свою очередь, может привести к увеличению тепловых нагрузок на коллектор и к его прогоранию.

Целью изобретения является увеличение долговечности, токопрохождения прибора и уменьшение амплитуды фокусирующего магнитного поля в пролетном канале.

Цель достигается введением между фокусирующим электродом и цилиндрической частью анода дополнительного цилиндра, имеющего потенциал фокусирующего электрода, причем его высота определяется из соотношения
t= 0.45·l при < 2 , где d_о - диаметр, на котором расположены центры периферийных парциальных пучков; d₁ - диаметр дополнительного цилиндра; d₂ - диаметр анодного цилиндра d_кат - диаметр катода; l - расстояние между катодом и анодом; t - высота дополнительного цилиндра.

На фиг. 1 показана многолучевая электронная пушка с катодом 1, фокусирующим электродом 2 и анодом 3 с анодным цилиндром 4. Между фокусирующим электродом 2 и анодным цилиндром 4 располагается дополнительный цилиндрический электрод 5.

При отсутствии дополнительного цилиндра 5 центральный парциальный пучок двигается вдоль оси центрального канала без отклонения, так как на него действуют электростатические силы, симметричные относительно оси центрального канала. Периферийные пучки движутся не только в продольном направлении, но и смещаются как единое целое в поперечном направлении в сторону анодного цилиндра под действием поперечной составляющей электростатического поля, появляющейся из-за несимметричного расположения анодного цилиндра 4 относительно осей этих каналов.

На фиг. 2 показана семилучевая электронная пушка без дополнительного цилиндра и огибающие центрального пучка и пучка периферийного ряда. На фиг. 2 видно, что центральный пучок не отклоняется от оси канала, в то время как пучок периферийного ряда смещается от своей оси в поперечном электростатическом поле в плоскости анода на 1,2 мм (диаметр канала 14 мм).

Введение дополнительного цилиндра 5 длиной и диаметром, полученными из соотношений между анодным цилиндром 4 и фокусирующим электродом 2, симметрирует электростатическое поле периферийных пучков, и поперечная составляющая электростатического поля исчезает. На фиг. 2 показаны огибающие центрального и периферийного пучков (пунктирная линия) с дополнительным цилиндром. В этом случае оси центрального и периферийных пучков совпадают с геометрическими.

Выбор соотношения размеров электронной пушки и высоты дополнительного цилиндра проведен на основе расчета с помощью ЭВМ траекторий электронов в пушке. Расчеты проводились для различных значений высоты t и определялось оптимальное значение высоты t, при котором отсутствовало смещение оси луча относительно оси пролетного канала. Расчеты показали, что подобранная высота дополнительного цилиндра соответственно равна 1 мм для d₁= 86 мм и 7,2 мм для d₁= 68 мм. Полученные результаты аппроксимировались выражением
t= kl где k, n - постоянные коэффициенты.

Из этой формулы следует
k=
n= , где t₁; I₁; d₁', d₂', d_o' и t₂; I₂; d₁''; d₂''; d_o'' - соответственно подобранные значения этих величин для двух пушек.

Используя результаты оптимизации пушек, на ЭВМ находим n= 0,85; k= 0,45.

Подставляя значения n и k в общую формулу, получаем приведенную в заявке формулу соотношения размеров, определяющих t.

Экспериментальное исследование клистрона с этой семилучевой электронной пушкой показало, что введение дополнительного цилиндра позволило увеличить долговечность клистрона "Великан" с 1000 ч до 5000-7000 ч (на различных образцах клистронов), увеличить токопрохождение клистронов с 91-93% до 98-99% и одновременно уменьшить амплитуду фокусирующего магнитного поля на 20-40% . (56) 1. Патент Франции N 1266647, кл. Н 01 J /00, 1960.

2. Егоров Г. М. , Королев С. В. и др. Исследование электронных пучков, сформированных многолучевой электронной пуш- кой. - Электронная техника, сер. 1, "Электроника СВЧ", 1972, вып. 11, с. 61-66.

Использование: конструирование СВЧ-приборов, в частности многолучевых электронных пушек приборов О-типа. Сущность изобретения: в электродную систему прибора введен дополнительный цилиндр между фокусирующим электродом и цилиндрической частью анода, что приводит к устранению поперечной составляющей электростатического поля в периферийных электронных лучах и повышению токопрохождения прибора. Дополнительный цилиндр имеет потенциал фокусирующего электрода. 2 ил.

МНОГОЛУЧЕВОЙ СВЧ-ПРИБОР 0-ТИПА , включающий катод, фокусиpующий электpод и анод с цилиндpической частью, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности, токопpохождения и уменьшения амплитуды фокусиpующего магнитного поля, между фокусиpующим электpодом и цилиндpической частью анода введен дополнительный цилиндp, электpически соединенный с фокусиpующим электpодом, пpичем его высота t выбpана из соотношения
t = 0,45 · l (d₁ - d₀)^0,85 / d₂ - d₀
пpи
d₂ - d₀ - d_кат / 2l < 2,
где d₀ - диаметр, на котором расположены центры периферийных лучей;
d₁ - диаметр дополнительного цилиндра;
d₂ - диаметр цилиндрической части анода;
l - расстояние между катодом и анодом;
t - высота дополнительного цилиндра над катодом;
d_кат - диаметр катода.