ЭЛЕКТРОННЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПРИБОР СВЧ-ДИАПАЗОНА Советский патент 1969 года по МПК H01J25/58 

Приборы магнетронного типа (магнетроны, амплитроиы, платинотроны и др.) общеизвестны и широко применяются в различных областях электроники сверхвысоких частот, преимущественно для радиосвязи и радиолокации. Преимуществом приборов этого типа является их сравнительно высокий к.п.д. (50- 70%) при высокой выходной мощности, отдаваемой в -имлульсе.

Цель изобретения - создание магнетронного прибора, способного непрерывно генерировать мощные СВЧ-колебания, что позволило бы использовать такой прибор для решения задач не только радиосвязи, но и энергетики.

В качестве резонансной системы в предложенном приборе используется круглый волноводный резонатор с колебаниями Hoip . Такой волноводный резонатор с колебаниями Ншр при большом объеме имеет достаточно разреженный спектр, поскольку колебания Ншр выгодно отличаются от остальных колебаний тем, что имеют наивысшую добротность.

Начальное формирование электронных язычков облегчается увеличением высокочастотного поля в прикатодной области. Чтобы добиться этого, предлагается катод выполнить в виде такой же периодической структуры, что и анод. При синфазных колебаниях обеих периодических структур в горикатодной области будут такие же поля, как и в прианодной.

2 Совместные колебания в анодной и катодной системах можно получить, связывая эти системы с общим высокодобротным резонатором. В этом случае колебания анодной и катодной

систем как бы вынуждаются колебаниями, резонатора. При этом катодная и анодная электродные системы могут быть взаимно расположены либо как в нормальном магнетроне, либо как в инверсном. Анодные потери можно

существенно снизить, если устранить орбитальное движение электронов.

Для получения прямолинейной траектории электронов предполагается эмиттирующую часть катода выполнить в виде нитей или тросиков (термокатодов) из тугоплавкого металла (например, вольфрама), которые утоплены в продольных пазах катода на глубину, обеспечивающую устранение кругового орбитального движения.

Па фиг. 1 схематически показан предложенный прибор в поперечном сечении, у которого взаимное расположение анодной и катодной электродных систем соответствует нормальному магнетрону; на фиг. 2 - аналогичный

прибор инверсного типа (обратное расположение, анодной и катодной электродных систем); на фиг. 3 - расположеппе термокатода на элементе катодной электродной системы. Электроды прибора расположены внутри

с последним расположены две электродные системы - анодная и катодная. Анодная система состоит из несколы-;их элементов 2, расположенных по окружности и вытянутых вдоль оси прибора.

(На фиг. i и 2 показано 16 таких стержней, однако их количество может быть больше или меньше этой величины). Каждый элемент представляет собой металлический стержень прямоугольного или иного сечения. Эти элементы (стержни) расположены по окружности таким образом, что каждые два соседних обраш.ены один к другому своими узкими сторонами и разделены щелью 5.

Катодная электродная система также состоит из нескольких элементов (стержней) 4, расположенных по окружности, соосной с анодной электродной системой. Число элементов в катодной и анодной электродных системах одинаково. Каждый элемент анодной системы расположен против одного из элементов катодной системы так,.что каждая ш,ель 5 между элементами анодной системы расположена против ш,ели 5 между элементаМИ катодной системы.

При этом катодная электродная система может быть расположена как внутри анодной системы, как в обычном приборе магнетронного типа (фиг. 1), и наоборот, как в приборе инверсно-магпетронного типа (фиг. 2).

В стенках круглого волновода, а также в элементах электродных систем, могут быть предусмотрены каналы (на фиг. показаны) для жидкостного охлаждения, например дистиллированной водой.

Кольцевое пространство 6 между наружной электродной системой и внутренней стенкой круглого волноводного резонатора / соединяется пространством 7, образованным внутренйей электродной системой, через ш,ели 3 и 5. При этом пространства ( и 7 образуют обш;ую единую полость, в которой возбуждаются электромагнитные колебания. Кольцевое иространство 8 между обеими электродными систем ам:И является пространством взаимодействия электромагнитного, ноля, возбуледаемого в резонаторной системе, с нотоком электронов.

Катод выполнен не в виде сплошного цилиндра, а в виде нескольких расположенных по окружности элементов (стержней или ламелей) 4, разделенных щелями 5. Общий для всей катодной системы подогреватель всей поверхности катода (как в обычных магнетронах) при этом отсутствует.

Электроны испускаются отдельными термокатодами (исиускателями) Я расположенными Б продольных пазах 10 на поверхности элементов катодной электродной системы, обращенной к пространству взаимодействия. Испускателем может быть как ирямоканальный, так и подогревный термокатод.

рого соединен с катодом, а другой конец 12 присоединен к токоподводу, через который на испускатель подается напрялсение канала.

Эмиссия электронов происходит неравномерно со всей поверхности катода, а лишь из отдельных испускателей, расположенных в продольных пазах элементов катодной электродной системы. Каждый иопускатель 9 расположен не заподлицо с краями паза 13 (в котором он распололсен), а несколько глубже, т. е. в приборе (фиг. 1) расстояния от продольной оси симметрии прибора до обращенной к пространству взаимодействия поверхности каждого испускателя меньше, чем расстояния от той же оси до обращенной к пространству взаимодействия поверхности каждого из элементов катодной электродной системы; дляприбора инверсного типа (фиг. 2) наоборот расстояния

от оси прибора до испуокателей больше, чем до поверхности катодных элементов.

Па одном элементе 4 катодной системы может располагаться не один паз 10 с испускателем 9, а несколько. Ряд элементов не

иметь пазов с исиускателями, но нри этом расположение испускателей должно определенную периодичность, т. е. они должны располагаться через один или два, или три и т. д. элемента. Если принять, что начальная скорость электрона равна нулю и на него действуют силы, определяемые напрялсенностями статических электрического и магнитного полей Е н Н, перпендикулярных одно другому, то глубина, на которую необходимо

погрузить эмиттеры для устранения кругового движения, оказывается равной

8 - - j № Я2

Для увеличения общей мощности юрибора можно использовать несколько анодно-катодных систем описанного типа, располагая их вдоль оси цилиндрического резонатора со сдвигом, кратным половине волноводной длины волны. При возбуждении колебания По1р цилиндрического резонатора в целом отдельные системы будут работать в унисон и их мощность будет складываться; установление совместных колебаний анодной и катодной систем происходит за счет связи этих систем с общим высокодобротным резонатором.

Предмет изобретения 1. Электронный вакуумный прибор СВЧдиапазона со скрещенными магнитным и электрическим полями, работающий на принципе взаимодействия летящих электронов с электромагнитным полем и содержащий резонаторную систему, имеющую круговую периодическую симметрию и расположенную параллельно силовым линиям магнитного поля, а также две соосные с ней и присоединенные к источнику напряжения катодную и анодную электродные системы, между которыми расположено пространство взаимодействия элексистема является источ-ником электронов и имеет вид полого цилиндрического тела, а аиодиая электродная система выполнена в виде нескольких электрически связанных между собой элементов, при этом каждые два соседних элемента разделены щелью, которая расположена параллельно оси симметрии всей системы и соединяет полость резонатора с пространством взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью значительного повышения СВЧ-мощности, генерируемой прибором в непрерывном режиме, резонаторная система представляет собой отрезок волноводной линии круглого сечения, а катодная электродная система выполнена в виде полого цилиндра со сквозными щелями, которые разделяют его на несколько электрически между собой связанных элементов (ламелей), причем, по крайней мере, часть этих элементов имеет на своей обращенной к пространству взаимодействия стороне одно или несколько вытянутых в длину углублений, продольная ось которых параллельна щелям, а в каждом из углублений параллельно Им на одинаковых расстояниях от оси круговой симметрии прибора расположены термокатоды (испускатели).

2.Прибор но п. 1, отличающийся тем, что количество щелей в обеих электродных системах одинаково, причем ось каждой из. щелей одной электродной системы лежит на одной прямой с осью одной из щелей другой электродной системы.

3.Прибор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что щели калсдой из электродных систем расположены на одинаковых угловых расстояниях одна от другой.

4.Прибор по пп. 1-3, отличающийся тем, что элементы катодной электродной системы,

в которых имеются углубления с размещенными в них испускателями, находятся на одинаковом угловом расстоянии один от другого.

5.Прибор по пп. 1-4, отличающийся тем, что каждый испускатель по всей своей длине находится ниже края углубления, в котором он расположен.

6.Прибор но пп. 1-5, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть каждого из элементов катодной электродной системы со стороны, обращенной к нространству взаимодействия, изготовлена из материала с низким коэффициентом вторичной эмиссии.

7.Прибор по ип. 1-6, отличающийся тем, что элементы обеих электродных систем имеют

внутренние полости для жидкостного охлаждения.

8.Прибор по пп. 1-7, отличающийся тем, что он содержит несколько аналогичных анодно-катодных систем, расположенных вдоль

общей оси цилиндрического резонатора - отрезка волловода со сдвигом, кратным половине волноводной длины волны.

9.Прибор по пп. 1-8, отличающийся тем, что катодная электродная система расположена внутри соосной с ней анодной электродной системой.

10.Прибор по пп. 1-8, отличающийся тем, что катодная электродная система расположена снаружи соосной с ней анодной системой.

А5

/713 ff

п