Электровакуумный прибор Советский патент 1982 года по МПК H01J21/14 

(54) ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к электронной технике и представляет собой широкополосный электровакуумный прибор с сеточным управлением, в котором реализован прин1щп распределенного усиления. Прифр может быть использован в качает ве усилителя мощности в радиолокационной, телевизионной и ускорительной теягнике в тех случаях, когда при большой выходной мощности требуется, широкая рабочая полоса частот, высокая линейнос модуляционной и фазовой характеристик, сравнительно низкие питающие напря- жения . Известен электроваргумный прибор тина Эндотрюн, для которого характерно использование ячеечного катодно-свточного блока и встроенных колебательг ных систем. Применение ячеечной ковггрукции катодно-сеточного блока решатет проблемы увеличения рабочей поверя110СТИ катода, малых междуэпектродных расстояний, эффективного охлаждения свТОК и обеспечения мехашгаеской жвспкости конструкции t13 . .Однако приборы эндотронного твпа, обладая рядом преимушеств (аяачагельг ной выходной мощностью, сравнительной простотой и надежностью конструкции), имеют ограниченную широкополосность (10-15%), так как в них использован резонансный принцип усиления. .. Известен электровакууь«шый прибсф, в котором реализован принцип распределенного усиления, что позволя эт распщртг рабочую полосу частот до октавы я более, повысить коэффициент усиления в выхода ную мощность 23 . Однако конструкции приборов с распределенным усилением сложны в мало технологичны В них обычно всполь пи ря гребенчатые или штыревые замеадяк оше системы, плохо охлаждаемые в требующие сложных операций 4чрвзвряой об работки. Известен также электровакуумный прибор, содержащий герметичный шшва- дрический корпус с коаксиально расположенными в нем цилиндрическими анодом и охватывающей его катодно-сеточной секцией, включающей опорное кольцо с выполненными в нем со стороны его внутренней поверхности П-образными углублениями, катоды, размещенные в этих углублениях параллельно оси прибо ра, и сетку, прилегающую к выступам на внутренней поверхности опорного коль ца 3 J . Добротность резонаторов в этом приборе выбирается низкой, что позволяет получить рабочую полосу частот равную 1О-15% от среднего значения частоты. Дальнейшее расщирение полосы в описанной конструкции невозможно, посколь ку рассматриваемый прибор представляет собой резонансный усилитель. Стремление к увеличению выходной мощности приводит к увеличению числа катодно-сеточных ячеек, соответственно растут диаметры входного и выходного резонаторов. При этом появляется опасность возбуждения в них высщих типов колебаний, имеющих вариацию поля по азимуту. Появление азимутальных типов колебаний нарушает синфазную работу 51чеек и резко снижает выходную мощность. Это обстоятельство ограничивает предельное значение рабочей частоты и выходную мощность прибора или заста&ляет принимать специальные меры для подавления азимутальных типов колебаний. Целью изобретения является расщирение рабочей полосы частот электровакуумного прибора и увеличение его выходной мощности. Для достижения цели электровакуумный прибор, содержащий герметичный цилиндрический корпус с коаксиально расположенными в нем цилиндрическими анодами и обкватывакяцвй его катодно-сеточной секцией, включающей опорное кольцо с выполненными в нем со стороны его внутренней поверхности П-образными углублениями, катоды, раэ мещенные в этих углублениях,, параллель но оси прибора, и сетку, прилегающую к выступам на внутренней поверхности. опорного кольца, выполнен с неекольким размещенными вдоль его оси на равных расстояниях одна от другой катодно-саточными секциями, между которыми, соосно с корпусом, установлены цилиндрические экраны, примыкающие к внутреки ней кромке опорных колец, а анод вьщо нен с цилиндрическими выступами, расположенными напротив катодно-сеточных секций. На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1. Прибор заключен в цилиндрический ,корпус 1. Основным узлом прибора я&ляется катодно-сеточная секция, состоящая из опорного кольца 2 и размещенных на его внутренней поверхности катодно-Г сеточных ячеек, каждая из которых содержит плоский катод 3, расположенный в П-обраэном углублении, ограниченном выступами 4, и сетку 5, соединяющую выступы 4. Катоды 4 ячеек крепятся посредством кольцевых фланцев 6, 7 и упругих держателей 8, причем один из фланцев 7 имеет электрический контакт с опорным кольцом, а другим 6 и опорным кольцом 2 предусмотрено блокирующее диэлектрическое кольцо 9. К фланцу 6 подведен проводник 1О, обеспечивающий подачу напряжения накала.. Прибор содержит несколько катодносеточных секций, опорные кольца 2 которых размещены на внутренней поверхности корпуса 1 на равных расстояниях друг от друга (для упрощения рисунка цилиндр корпуса и опорные -кольца показаны на фиг. 1 в виде монолитной детали). Анод О прибора имеет кольцевые выступы 12, расположенные напротив катодно-сеточных секций. Между секциями соосно аноду , установлены цилиндрические экраны 13, примыкающие к краям выступов 4. Экраны 13 являются общими проводниками соосных коаксиальных катодно-сеточных 14 и анодных 16 линий передачи. Прибор включает также согласованные балластные нагрузки 16 р 17, соответственно в катодно-сеточной и анодной линиях передачи, коаксиальные вход 18 и выход 19. Прибор работает следующим образом. Магнитное поле ТЕМ волны, распространяющейся в катодно-сеточной коаксиальной линии -прибора слева направо, наводит токи сигнала в петлях, образованных держателями катодов и катодами,, вследствие чего межцу катодами и сетками ячеек действует напряжение сигнала. Эти напряжения управляют электронными потоками ячеек, причем токн всех ячеек одной секции синфа: 1ы и суммируются. Поскольку расстояния между секциями выбраны равными, фаза напряжений сипмала в секциях линейно зависит от номера секции. . При условии синхронного распространения волн в катодно-сеточной и анод- ной линиях волны, возбужденные в анодной линии электронными потоками секций, складываются в фазе в полезной нагрузке, подключенной к выходу прибор а в противофазе - в балластной нагрузке анодной линии. Таким образом, существенное расширение рабочей полосы частот и увеличен выходной мощности достигнуто за счет реализации принципа распределенного уси ления на базе прогрессивной технологии приборов коаксиального типа с ячеечным катодом - сеточным блоком. Известно, что использование принципа распределенного усиления позволяет получить ширину рабочей полосы частот в октаву и более при условии совпадения дисперсионных характеристик катодкосеточной и анодной систем. Проведенный электродинамический анализ показал, чт выбором диаметров выступов анода, диаметров и длин соединительных линий можно обеспечить совпадение дисперсион ных характеристик катодно-сеточной и анодной линий в полосе частот октава и более. По сравнению с эндотроном выигрыщ в ширине рабочей полосы часто составляет 5-7 раз. Выходная мощность прибора с распре деленным усилением Р-, пропорциональна квадрату числа секций: Р - :з2 к ч - 2 с где N - число секций; j. - амплитуда первой гармоники тока секции; RX - сопротивление взаимодействия анодной системы. Выходную мощность такого прибора следует сравнить е выходной мощностью системы из N эндотронов Р Р, где - эквивалентное сопротивление колебательной системы эвдотро на. t р Выигрыш в мощности - i-составит: Р.R-t 1 - р N-. (1) Типичными значениями являются; R ,7,7О Ом, (2 2ОО Ом (для указанных выще рабочих полос). В этом случае уже при числе секций N 5, выигрыш в мощности составит ,75. Как видно из (1), при дальнейшем увеличении числа се.кцвй выигрьпи должен возрастать. Следует иметь в виду, что система из нескольких эндотройов, проигрывая в вь ходной моищости, имеет .значительно большие габариты и массу, чем прибор с распределенным усилением. Существенным достоинством предлагаемого I прибора по сравнению с известными конструкциями $паляется БГО технологичность. Конструкция создана на базе 5гч:еечных катодно-сеточных узлов, которые хорощо проработаны технологически и описаны в литературе. Практически все остальные детали требуют -лишь обработки, необходимая точность изготовления сравнительно невелика. Количество паяных соединений и блокирующих диэлектрических элементов в приборе сведено к минимуму. В предлагаемой конструкции также не вызывает затруднений подача охлаждающей жидкости в полости катодно-сеточного блока и ано да. Экономический эффект от внедрения предлагаемой разработки обуславливается, в основном, выигрышем в ширине рабочей полосы частот прибора и выходной мощности. Если сравнить описанный прибор, имеющий 5 катодно-сеточных секций с эндотроном, то относительная экономия капитальных вложений сост&вит около 60%, а относительная экономия по эксплуатационным расзоЬдам - 4О%. Формула изобретения . Электровакуумный прибор, содержащий герметичный цилиндрический корпус с коаксиально расположенными в нем цилиндрическими анодом и обхватывающей его катодно-сеточной секцией, включак щей опорное кольцо с вьшолненными в нем со стороны его внутренней поверхгности П-образными углублениями, катоды, размещенные в этих углублениях, параллельно оси прибора, и сетку, прил&гающую к выступам на внутренней поверз ности опорного кольца, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочей полосы частот и увеличения выходной мощности, прибор выполнен с неоколькими размещенными вдоль его оси на равных расстояниях одна от другой катодно-сеточными секциями, между котарьпля, COOQHO с корпусом, устанавл&вы цШшкдрвческие экраны, примыкакицне к внуч1 евней кромке опорных колец, а анод выполнен с цилиндрическими выступами, расположенными напротив катодно-сеточиых секций. Источншо информации, принятые во внимание при экспертизе (И 188 1.Данилин А. А. и др. Вопросы теории и расчета концевых резонансных структур мощных эндотронбв. - Электронная техника; 1977 сер. 4, вып. 2 с. ЗОи.38. 2.Патент США Ms 2785338, кл. 315-42; 1952.. 3, Патент США МЬ 38О5И1, кл. 315-39, 1974. |Л

6-6