МНОГОЛУЧЕВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА Советский патент 1994 года по МПК H01J23/06 

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к многолучевым электронным пушкам для электровакуумных приборов типа "0" (ЛБВ, клистрон и т.д.).

Известны электронные пушки многолучевой конструкции, содержащие катоды, фокусирующий электрод, анод с отверстиями, вакуумную оболочку и пролетные трубы. В них используется многорядное расположение катодов, один из которых располагается на оси прибора, а центры других находятся на концентрических окружностях возрастающего диаметра (обычно на первой окружности 6 катодов, на второй - 18, на третьей - 24 и т.д.). Недостатком конструкций таких пушек является ограниченность размеров катодов, диаметр которых примерно равен диаметру пролетных труб. Это приводит к тому, что при увеличении мощности формируемого электронного луча плотность тока на катоде достигает предельных значений для современных катодов и срок службы электронной пушки резко сокращается.

Известна также многолучевая электронная пушка содержащая катоды, анод с отверстиями, пролетные трубы, вакуумную оболочку и устройство поворота лучей. Поворот лучей осуществляется либо электростатическим полем за счет смещения центров соответствующих анодных отверстий, либо поперечным магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами и полюсными наконечниками попарно расположенными вблизи каждой пролетной трубы.

При использовании известных устройств поворота лучей требуется дополнительное пространство между пролетными трубами для смещения анодных отверстий, либо для расположения полюсных наконечников с магнитами. Существующие конструкции устройств поворота луча не могут быть использованы в многорядных многолучевых электронных пушках с близко расположенными пролетными трубами и поэтому при увеличении мощности луча, формируемого многорядными пушками, плотность тока на катодах увеличивается, достигает предельной величины и срок службы пушки сокращается.

Целью изобретения является увеличение срока службы за счет уменьшения плотности тока на катодах многолучевой многорядной электронной пушки, путем использования компрессии лучей, формируемых с каждого катода. Эта цель достигается тем, что в многолучевой электронной пушке, содержащей катоды, анод с отверстиями, пролетные трубы и вакуумную оболочку, устройство поворота лучей выполнено из магнитомягкого материала и образовано дисковым анодом, имеющим сферическую поверхность, плоским диском с отверстиями, через которые проходят пролетные труды, и корректором магнитного поля, расположенным между ними, причем с внешней стороны вакуумной оболочки между анодом и плоским диском установлен кольцевой магнит, ось которого совпадает с осью электронной пушки. С целью же уменьшения радиальной неоднородности криволинейного магнитного поля, корректор магнитного поля выполнен в виде последовательности дисковых элементов с отверстиями, имеющих сферическую поверхность.

Использование предлагаемого изобретения позволяет в 2-6 раз уменьшить плотность тока на катодах и более чем на порядок увеличить долговечность многорядной многолучевой пушки.

На приведенном чертеже изображен общий вид предлагаемой пушки.

Многолучевая пушка содержит N рядов катодов 1, анод 2 с отверстиями, выполненный в виде части сферы, постоянный магнит 3, плоский диск с отверстиями 4, через которые проходят пролетные трубы 5, корректоры магнитного поля 6 и вакуумную оболочку 7. Пушка формирует электронные лучи 8.

Анод 2, диск 4 и корректоры 6 выполнены из магнитомягкого материала, а между ними установлен постоянный магнит 3.

Из-за сферической формы анода 2 и плоской формы диска 4 постоянный магнит 3 создает в пространстве между анодом 2 и диском 4 криволинейное сходящееся магнитное поле. Криволинейные оси магнитного поля проходят через центры отверстий в аноде 2 и отверстий в диске 4. Корректоры 6 выполнены в виде сферических поверхностей с переменным радиусом кривизны и установлены нормально к каждой из криволинейных осей магнитного поля. Они замыкают радиальные неоднородности магнитного поля и обеспечивают постоянство радиальной составляющей магнитного поля в сечениях, перпендикулярных криволинейным осям. Таким образом, в пространстве между анодом 2 и диском 4 образуется магнитное поле, сходящееся относительно его криволинейных осей и обладающее круговой симметрией в сечениях, перпендикулярных этим осям. Скорость изменения кривизны криволинейного магнитного поля определяется расстоянием между анодом 2 и диском 4. При расстоянии, превышающем (в 1,5-2 раза) диаметр окружности, на которой расположены крайние отверстия в аноде 2, кривизна магнитного поля изменяется медленно, т.е. создаваемое магнитное поле является адиабатическим.

Вакуумная оболочка 7 выполнена из магнитомягкого материала и экранирует пространство между катодом 1 и анодом 2 от магнитного поля, создаваемого магнитом 3. При подаче ускоряющего анодного напряжения на анод 2 с каждого из катодов 1 электростатическое поле формирует сходящиеся электронные лучи 8. При входе в отверстия в аноде 2 электронные лучи попадают в адиабатическое криволинейное магнитное поле. В таком поле электроны в каждом из лучей, двигаясь вдоль криволинейных магнитных силовых линий, разворачиваются и направляются в соответствующие пролетные трубы. Расфокусирующее действие пространственного заряда в электронных лучах компенсируется тем, что величина магнитного поля, создаваемого магнитом 3, устанавливается больше бриллюэновского значения (в 1,5-2 раза).

В пушке с предложенным устройством поворота нет необходимости располагать элементы устройства поворота между соседними пролетными трубами. В таких многолучевых многорядных пушках пролетные трубы расположены близко друг к другу, а диаметр каждого катода увеличен в 1,5-2 раза по сравнению с известными пушками. В результате в 2-6 раз уменьшается плотность тока на катодах, а долговечность работы пушки увеличивается более чем на порядок. Использование предложенной пушки позволяет также в 3-5 раз увеличить мощность низковольтных СВЧ приборов типа "0". (56) Егоров Г.П., Королев С.В. и др. Экспериментальное исследование многолучевой электронной пушки в магнитном поле. "Электронная техника", серия 1 "Электроника СВЧ", 1974, вып. 9, с. 87-92.

Авторское свидетельство СССР N 533267, кл. H 01 J 23/06, 1975.

1. МНОГОЛУЧЕВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, содержащая катоды, анод с отверстиями, пролетные трубы, вакуумную оболочку и устройство поворота лучей, отличающаяся тем, что, с целью увеличения срока службы за счет уменьшения плотности тока на катодах, устройство поворота выполнено из магнитомягкого материала и образовано диском с отверстиями, через которые проходят пролетные трубы, и корректором магнитного поля, расположенным между ними, причем с внешней стороны вакуумной оболочки между анодом и плоским диском установлен кольцевой магнит, ось которого совпадает с осью электронной пушки. 2. Многолучевая электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что корректор магнитного поля выполнен в виде последовательности дисковых элементов с отверстиями, имеющих сферическую поверхность.