ВЫВОД ЭНЕРГИИ "БАНОЧНОЙ" КОНСТРУКЦИИ Советский патент 1994 года по МПК H01J23/36 

Изобретение относится к электровакуумным приборам сверхвысокочастотного диапазона, а более конкретно - к выводам энергии мощных приборов.

Известны выводы энергии, состоящие из волновода, содержащего первую секцию круглого волновода, соединенную с ней тонкую цилиндрическую металлическую втулку длиной λb/2 (где λb - длина волны в волноводе) диэлектрический конус длиной λb/2, соединенный с этой втулкой, вторую секцию круглого волновода с диаметром, большим диаметра первой секции круглого волновода, двух переходов с круглых волноводов на прямоугольные.

Эти выводы энергии имеют большую протяженность и сложны в изготовлении, в частности переходы с круглых волноводов на прямоугольные требуют операции выдавливания. Кроме того, спай диэлектрика с металлом находится в области больших электрических полей, что снижает его электрическую прочность. При этом усиление электрического поля (в десятки раз) на остриях металлизации еще больше снижает электрическую прочность вывода энергии. Поэтому принимается ряд мер по защите спая диэлектрика с металлом от искрений.

Одной из таких мер является, в частности, использование конструкции вывода энергии с диэлектрическим конусом.

Однако такая конструкция вывода энергии имеет ряд следующих существенных недостатков, снижающих надежность его работы.

Увеличение высоты диэлектрического конуса ухудшает теплоотвод, что создает условия для увеличения градиентов температуры на поверхности диэлектрика, приводящих к его растрескиванию.

Наличие резких перегибов диэлектрического окна уменьшает его термомеханическую надежность.

Зазоры со стороны вакуума между металлическими деталями и диэлектриком вызывают появление между ними вторично-электронного резонансного разряда (ВЭРР), что создает градиенты температур на диэлектрике и таким образом снижает надежность его работы.

Механическое соединение металлических деталей с диэлектриком приводит к искрению между металлом и диэлектриком вследствие того, что диэлектрик заряжается и его заряды стекают с острий микронеровностей, обусловленных шероховатостью диэлектрика.

Применение дросселей приводит к уменьшению рабочей полосы частот вследствие возбуждения в них паразитных резонансов.

Известны выводы энергии "баночной" конструкции с плоскими диэлектрическими окнами, закрепленными в прямом металлическом цилиндре, соединенном своими основаниями с прямоугольными волноводами.

Эти выводы энергии просты по конструкции и обеспечивают пропускание электромагнитной энергии в широкой полосе частот. Однако выводы энергии "баночной" конструкции с плоскими диэлектрическими окнами имеют ряд недостатков.

Плоские диэлектрические окна имеют малую электрическую прочность с незамкнутой стороны из-за малой длины разрядного пути.

Для увеличения длины разрядного пути с невакуумной стороны тонких диэлектрических окон они выполняются в виде единой диэлектрической детали, состоящей из цилиндра, спаянного через металлизацию со всей боковой поверхностью прямого металлического цилиндра и диска, проходящего через ось цилиндра вывода энергии "баночной" конструкции, которая является наиболее близким техническим решением. Такая конструкция вывода энергии, включающая диэлектрическое окно, закрепленное в металлическом цилиндре, имеет следующие недостатки:
Соединение диэлектрического и металлического цилиндров по их боковым поверхностям при помощи пайки через металлизацию снижает электрическую прочность места спая, так как это соединение подвергается воздействию электрического поля от минимальной до максимальной его величины, обусловленного "баночной" конструкцией вывода энергии. Это приводит к тому, что одновременное нахождение части диэлектрического цилиндра в максимуме, в части в минимуме электрического поля создают градиенты температуры, приводящие к разрушению его. Положение усугубляется еще и тем, что на остриях металлизации имеет место усиление электрического поля, увеличивающее эти градиенты.

Цель изобретения - повышение электрической прочности спая диэлектрики с металлом в выводе энергии.

Это достигается тем, что в выводе энергии "баночной" конструкции, включающем диэлектрическое окно, закрепленное в металлическом цилиндре, диэлектрическое окно выполнено в форме конуса, закрепленного в цилиндре в области соединения его образующей с основанием. Диэлектрическое окно может закрепляться, как торцовым, так и охватывающим спаем.

Диэлектрическое окно в форме конуса имеет большую по сравнению с плоским окном электрическую прочность с невакуумной стороны вследствие большого разрядного пути, характерного для выпуклых окон.

Закрепление диэлектрического окна в области соединения образующей цилиндра с его основанием, где электрическое поле минимально, обеспечивает отсутствие искрений в области спая, а следовательно, повышает его электрическую прочность.

На чертеже схематически изображен вывод энергии "баночной" конструкции с коническим диэлектрическим окном; на фиг. 2 - то же, с окном в форме усеченного конуса.

Вывод энергии имеет прямоугольные волноводы с вакуумной 1 и невакуумной 2 сторон, соединенные с основаниями прямого металлического цилиндра 3, в котором расположено окно в форме конуса 4, закрепленное с этим цилиндром в области соединения его образующей с основанием.

Диэлектрическое окно может быть выполнено в форме круглого прямого конуса, усеченного конуса с вершиной в форме шарового сегмента.

На фиг. 2 схематически изображен вывод энергии, состоящий из двух прямоугольных волноводов 1 и 2, соединенных с круглым волноводом, состоящим из цилиндра 3 и усеченного конуса 4, в котором расположено диэлектрическое окно в форме усеченного конуса с вершиной в форме шарового сегмента 5.

Это решение получено в результате исследований и подтверждено экспериментальной проверкой. Только такое взаимное расположение элементов дает возможность значительно повысить электрическую прочность спая вывода энергии, как по сравнению с выводом энергии "баночной" конструкции с плоским окном (в 4-5 раз), так и по сравнению с "конусным" выводом энергии (в 2 раза).

На основании вышеизложенного предлагаемая конструкция вывода энергии обладает новизной и дает положительный эффект по сравнению со всеми противопоставляемыми материалами. (56) Патент США N 2786180, кл. 333-98, опублик. 1957.

Патент ФРГ N 1003826, кл. 21 а4, 74, опублик. 1965.

Патент США N 3315188, кл. 333-98, опублик. 1967.

Патент США N 3324427, кл. 333-98, опублик. 1967.

ВЫВОД ЭНЕРГИИ "БАНОЧНОЙ" КОНСТРУКЦИИ, включающий диэлектрическое окно, закрепленное в металлическом цилиндре с основанием, отличающийся тем, что, с целью повышения электрической прочности вывода энергии, диэлектрическое окно выполнено в виде конуса, закрепленного в месте соединения образующей цилиндра и его основания.