Коллектор с рекуперацией энергии Советский патент 1979 года по МПК H01J23/27 

Изобретение относится к электронным сверхвысокочастотным приборам, использующим рекуперацию энергии электронов на коллекторе.

В известных конструкциях коллекторов с рекуперацией электроды коллектора с пониженным потенциалом, как правило, находятся в вакууме не полностью,- и охлаждаемая сторона этих электродов соприкасается с атмосферой 1.

Это приводит к высокочастотному излучению из прибора в свободное пространство, к .необходимости защиты от высоких напряжений, а также требует применения гидроразвязок (в случае жидкостного охлаждения), имеющих тем больший вес и габариты, чем выше питающие напряжения коллектора, и крайе неудобных для эксплуатации.

Известен также коллектор с рекуперацией энергии для электровакуумных приборов, включающий изоляторы и токовоспринимающие поверхности.

Коллектор представляет из себя систему изолированных электродов и проводников для ввода потенциалов, причем электроды с токовоспринимающимп поверхностями, бомбардируемыми электронным пучком, закрепленные на диэлектрических изоляторах (керамика), заключены внутри одного электрода, являющегося частью вакуумной оболочки прибора и снабженного средствами для охлаждения 2.

Одним из самых серьезных недостатков такого типа коллекторов является необходимость применения специальных мер, предотвращающих передачу механических напряжений, возникающих вследствие различия коэффициентов температурного расщирения керамики и материала элементов коллектора, что ведет к усложнению конструкции и уменьшению поверхности механического, а, следовательно, и теплового контакта наиболее теплонагруженной части коллектора-токоприемника с поверхностью подвергающейся охлаждению, что в свою

очередь приводит к возрастанию удельной мощности рассеяния и снижению надежности коллекторов, особенно при работе приборов в циклических режимах. Так, например, после серии термоциклов приборы такого типа не выдерживают механических испытаний. Цель предлагаемого изобретения является повышение надежности коллектора и упрощение его конструкции с одновременным снижением веса и габаритов. Она достигается тем, что токовоспринимающие поверхности выполнены в виде слоя электропроводящего материала, нанесенного на внутренние поверхности изоляторов. На чертеже изображен наиболее типичный одноступенчатый коллектор электронов, по форме токовоспринимающих поверхностей, выполненный согласно предлагаемому изобретению. На чертеже изображена вакуумная оболочка 1 прибора, вывод 2 энергии, пространство 3 взаимодействия, изолятор 4, часть 5 вакуумной оболочки приборов 5, в которой закреплен изолятор 4, токовоспринимающая поверхность 6, совмещенная с внутренней поверхностью изолятора, выполненная в виде слоя электропроводящего материала, нанесенного на внутреннюю поверхность изолятора 4, защитное герметизирующее покрытие 7, проводник 8, система 9 охлаждения. На внутреннюю поверхность изолятора 4, например, вжиганием, распылением или электролитически, путем осаждения на прово дящую подложку, наносится слой электропроводящего материала, например, меди или графита. Таким образом образуется токовоспринимающая поверхность. Изолятор закрепляется в коллекторной части, вакуумной оболочки 5 прибора. Подача напряжения на токовоспринимающую поверхность 6 осуществляется с помощью проводника 8, имеющего с ней электрический, например, паянный контакт. Съем тепла с поверхности коллектора производится с помощью системы 9 охлаждения. Для защиты от климатических воздействий предусмотрено герметизирующее покрытие 7. Аналогичным образом могут быть выполнены и более сложные конструкции коллекторов с больщим количеством ступеней. Работа предлагаемого коллектора в приборе ничем не отличается от работы обычных известных коллекторов, но имеется ряд существенных преимуществ. .Так в предлагаемой конструкции электрод, бомбардируемый и нагреваемый электронами, выполненный в виде электропроводящего покрытия на внутренней поверхности изолятора 4, практически не оказывает механических воздействий на керамический изолятор при циклическом нагреве и охлаждении. Вес и габариты, предлагаемого коллектора за счет совмещения поверхности, бомбардируемой электронным потоком с внутренней поверхностью изолятора существенно ниже, чем в прототипе, упрощается конструкция коллектора и технология его изготовления, так как отсутствует необходимость закрепления (пайки) внутренних электродов к изолятору и отсутствуют сами эти электроды (их роль выполняет проводящее покрытие). Для устранения образования упруго отраженных и вторичных электродов покрытие рекомендуется выполнять щероховатым и из материала с низким коэффициентом вторичной эмиссии. Выбор толщины электропроводящего покрытия может быть осуществлен оптимальным образом, исходя из конкретных условий и зависит от материала покрытия и энергии электронов, которые определяют глубину проникновения электронов в вещество, а также, в случае импульсного режима, от длительности импульса, который наряду с характеристиками материала определяет величину «теплового скин-слоя. К технико-экономическим преимуществам предлагаемой конструкции следует отнести то, что устранена необходимость применения гидроразвязок при многоступенчатой рекуперации или охлаждении одноступенчатого коллектора совместно с охлаждениеи корпуса прибора; устранено высокочастотное излучение из прибора в свободное пространство; повышена безопасность работы с приборами. Кроме того, повышена надежность Прибора по отношению к многократным циклическим тепловым нагрузкам; упрощена конструкция и технология изготовления прибора, так как при его изготовлении применяются наиболее современные методы массового производства, отработанные при производстве печатных плат; снижены вес и габариты коллектора. Применение предлагаемого коллектора особенно перспективно в миниатюрных мощных приборах СВЧ-диапазона, эксплуатируемых в условиях жестких механических и температурных нагрузок, в частности, в приборах разового действия. Формула изобретения Коллектор с рекуперацией энергии для электровакуумных приборов, включающий изоляторы и токовоспринимающие поверхности, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и упрощения конструкции коллектора, токовоспринимающие поверхности выполнены в виде слоя электропроводящего материала, нанесенного на внутренние поверхности изоляторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3368104, кл. 315-5, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 249494, кл. Н 01 D 23/16, 1967.

7