Коллектор электронов для мощных приборов свч Советский патент 1979 года по МПК H01J23/27 

- . I -: .

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности, к коллекторам аля мощных приборов СВ

Известен кошгектор для приборов СВЧ типа О, разделенный на секции, соединенные через резисторы i.

Коллектор состоит из набора металлических секций, соединенных между собой керамическими секциями, на по- верхности которых наносится слой гра- фита. Величина омического сопротивйй. НИЛ между металлическими секциями оп|ределяется толщиной слоя графита и выбирается таким образом, чтобы обеспечивать равномерное токооседание по поверхности коллектора.

Однако, коллектор такой конструкции имеет ряд существенных йбдостатков. При различных его конструктивных исполнениях либо керамика подвергается электронной бомбардировке, пылит, выгорает углеродный слой и меняется сопротивление между секциями, коллектора и т. д., либо керамика располагается

между металлическими кольцами в полости коллектора и системой охлаждения, что приводит к значительному ухудшению теплоотвода. Таким ображ5м, данная конструкция, являясь достаточно эффективной для приборов средней мощности, совершенно непригодна для мощных лучевых приборов СВЧ.

Известен также коллектор электронов для мощных приборов СВЧ, включающий токовое принимающую поверхность, систему охлаждения, содержащую полость для прохождения хладагента, и постоянный магнит, имеющий компоненту магнитного поля, перпендикулярную оси прибора 2.

В этом приборе для обспечения равномерного токооседания по рабочей поверхности коллектора используется радиально намагниченное кольцо или серия стержней, прижатых к коллектору одноименными полюсами. Коллектор изгогавП11В ётге й Йз ковара или другого магнитомягкого материала с Целью

oSeciffЧШМ равномёрнок; тй М агнитного поля. ДМ отвода тепла котшектор из

tioMper qSliiee иёднуй деталь koHfaittftpyeT с системой охпаждетгая.

Однако, при использовании радналь- но намагниченного кольца удается обеспечить лииш азимутально равномерное тькораснредёление, тогда как в продольном й&тфавлении характер токооседания

ёависнт от местоположения постоянного магнита, КПД прибора, углов влёта электронов в коллектор и конфйгурапии последнего. Неравномерность токоосеTl ffif fio длине коллектора прйеодйт к локальному перегреву рабочей поверхности, вылению материала тела коллектора и выходу прибора из строя.

Другим недостатком указанной конструкции $геляетср необходимость при- . менения магнитомягких материалов, например ковара, которые, как известно, имеют малое значение коэффициента теплоотдачи. Указанные недостатки делают невозможным использование настоящей конструкции для рассеивания высоких уровней мощности.

Цель предлагаемого изобретения - Обеспечение равномерного распределения тепловых нагрузок по рабоч поверхности коллектора .

Она достигается тем, что постоянный магнит расположен в полости системы, охлаждения, снабжен яопаетя.4и и закреплен на неподвижной оси с возможностью вращения.

Известно, что траектория элёртронов

TBiKoJulStTope и, спёйоватеппьнО, хареастер токораспределения по рабочей пожёрхйости коллектора определяется, в частности, конфигурацией магнитного поля. Следовательно, меняя величину fif напрЙвЛёниё Магнитного поля, можно добиться перемещения областей с максимальной плотностью тока по рабочей поверхности коллектора. Изменение величины и направления магнитного поля предлагается обеспёчи-рь за счет вращения постоянного магнита, имеющего составляющую вектора магнитной индукции, перпендикулярную оси прибора, Оптим.апьаое местоположение и вештогау поля постоянного магнита следует подбирать для каждой конкретной конструкции. Для этого изготавливается макет реального прибора. Коллектор разбивается на 7- IP изолированных секций с равной внутренней поверхностью. На внешней поверхностикаждой секция прикрепляются тер-

мопары для определения температуры и вывод для измерения тока секции. Величййа напряженности магнитного поля и местоположение магнита подбирают ся таким образом, чтобы при вращении последнего, максимум тока секций коллектора перемещался на каждую из секций. Период вращения выбирается таким образом, чтобы перепад температур секций не превыщал Ю-15%.

Проведенные расчетные и экспериментальные исследования показали, что необходимая величина напряженное- тн магнитного поля для приборов санти-метрового диапазона не более 3-5

На фиг. 1 и 2 Ьзсематически изображены возможные варианты коллекторного узла гфёдлагаёмой кояструкшга.

Коллекторный узел (фиг. 1) содержит тело коллектора 1, стст&лу 2 охлатвд ния, постоянный магнит 3 с лоцаст$а«и 4, свободно закрепленный на;ори 5, ; увтановленной под прадлым углвэц к оси прибора. . . ;;:. :--.С:.-. / .

Поток охлажпйютцегб Агента через входной штуцер поступает б йолость : системы оклаждшйя я, уяарда 6 лсхпастй, вращает постоянный , создавая периойич1ески меняющееся магнитное Попе в коллекторе, что приводит, к равномёрнойу распределению тепловых нагрузок по рабочей поверх- ноСшКоллектора...,:-:; -/-- , - .

Как показьшают расчеты, при «аи- более распространеййых величинах : расхода охлаждающего агента, Ььпустямь1х массах магнита и конфигурациях. йопастеЙ, «жоробТь ьрайенйя построяяш)го магнита превышает 2рО-ЗОб об/мин. Такой частоть1врашё яия магнитного полз достаточно для устранениялокаяьffbix перегревов поверхности коллектора.

Постоянный магнит 3 (фиг, 2) коте. цевой формы; Является вчутрешшм xo7tt цом подшипника 6 качения, причем Внеш- ним кольцом последнего является да- лиядрическая стенка 7 полости 6 охлаждения. Лоаастн 4 закрепле ны на постоянном царните между вяутредней поверхностью магнитного кольца 3 и телом коллектора 1.

Возможны и другие варианты конструктивного исполнения предлагаемого изобретения.

Использование постоянного магнита, вращаемого потоком охлаждающего агента, выгодно отличает предлагаемый К01шек1чэр о г известных. Зтим обеспечввеется равномерность распределення тепловых нагрузок по рабочей поверхности коллектора. В результате появ« ляется возможность уменьшения расхода охлаждающего агента, сокращещгя размеров и веса приборов за счет уменьшения размеров и веса коллектора. Следствием введения нового элемента является также повьппение надежности и долговечности прибора. Надежность и долговечность предлагаемого устройства определяются исключительно надежностью и долхх вечностью подшипника. Характерно, что долговечность современных подшипников составляет тмсячи и десятки тысяч часов, что превьнвает долговечность мощных лучевых приборовСВЧ. Следует также отметить, что предлагаемое устройство позволяет Осуществлять перестройку режимов работы прибора без существенного нарушения равномерности распреаелейия тейлорых нагрузок по поверхности коллектора.

ijj3o6peTeHHfl

Формула

Коллектор электронов для мощных фкборов СЕЧ, включающий токовоспринямвющую поверхность, систему охлаж- , содержащую полость для прохож- д«гая хладагента, и постоянный магнит имеющий компоненту магнитного поля , перп щикулярную оси прибора, о т л ичающийся тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения i brpyaoK по рабочей поверхности коллектора, постоянный магнит расположен в полости системы охлаждения, снабжен лопастями и закреплен на неподвижной оси с воа ожиостью вращения.

Источники информашт, принятые во вшямание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 12737ОЗ, кл. 21 § 13/17, 1959.

2.Патент ФРГ № 1221364, кл. 21 g- 13/17, 1960.

klx

Y Т

О

6