Электронная пушка мощного свч-прибора о-типа

 

Изобретение относится к электронике СВЧ, в частности к мощным к электровакуумным приборам СВЧ с сеточным управлением, клистронам, ЛБВ, ЛОВ. Цель изобретения - повышение долговечности прибора и снижение модулирующего напряжения. Предложено соотношение для выбора толщины управляющей сетки, в соответствии с которым толщина управляющей сетки может состовлять значительную величину до 0,6 мм. Такая большая толщина управляющей сетки не только не увеличивает возмущений электронных траекторий, но и несколько уменьшает их, что способствует лучшему токопрохождению пучка на коллектор. Кроме того, выбор толщины управляющей сетки в указанных пределах увеличит формоустойчивость и теплопроводность сетки, т.е. повысить долговечность электронной пушки. В предложенном соотношении толщина управляющей сетки выбрана, исходя из величины расстояния между катодом 1 и теневой сеткой 2 и толщиной теневой сетки. 6 ил.

Изобретение относится к электронике-СВЧ, в частности к мощным электровакуумным приборам СВЧ, с сеточным управлением, таким как ЛБВ, клистроны и т. д. Цель изобретения повышение долговечности прибора и снижение модулирующего напряжения. Для достижения цели предложено выбрать толщину управляющей сетки d_у.с. мм, исходя из соотношения 2d_т.с. < d_у.с. < 4(d_т.с. + d_к-т.с), (1) где d_т.с. толщина теневой сетки, мм; d_к.-т.с. расстояние от катода до теневой сетки, мм. В реальных конструкциях электронной пушки толщины теневой сетки обычно составляет 0,06-0,1 мм, расстояние между катодом и теневой сеткой 0,03-0,1 мм, толщина управляющей сетки 0,1-0,15 мм. В соответствии с изобретением толщина управляющей сетки может составить значительную величину вплоть до 0,6 мм. Такая большая толщина управляющей сетки не только не увеличивает возмущение электронных траекторий, но несколько уменьшает это возмущение. Этот факт объясняется тем обстоятельством, что основное возмущение электронных траекторий пучка вызывается теневой сеткой, а электростатические линзы, возникающие из-за конечной толщины управляющей сетки, действуют в противоположном направлении и частично исправляют возмущенные электронные траектории, делают их менее возмущенными, если толщина управляющей сетки не больше верхнего предела неравенства. Этот предел получен на основании численных расчетов на ЭВМ БЭСМ-6, доказавших, что превышение верхнего предела неравенства приводит уже к возрастанию возмущения электронных траекторий пучка и токосоединению пучка на управляющую сетку. Несоблюдение нижнего предела неравенства приведет к снижению надежности вплоть до разрушения тонкой управляющей сетки прибора из-за малой формоустойчивости и теплопроводности и теплоемкости тонкой управляющей сетки вплоть до ее разрушения из-за больших тепловых нагрузок. В процессе разработки прибора для обоснования нижнего предела было изготовлено несколько десятков катодно-сеточных узлов (КСУ) с тонкой (0,15 мм) управляющей сеткой и более десятка КСУ с толстой (0,3 мм) управляющей сеткой. Испытания показали, что КСУ с тонкой (0,15 мм) управляющей сеткой выдерживали как правило 20-30 ч работы и прекращали работать, а максимальный срок работы до отказа КСУ с тонкой управляющей сеткой составил 220 ч. Испытания КСУ с толстой (0,3 мм) управляющей сеткой показал, что такое КСУ выдерживает 600 ч работы и остается работоспособным. Поскольку меньшая степень возмущения электронных траекторий пучка способствует лучшему токопрохождению пучка на коллектор прибора, поскольку можно сделать вывод, что увеличение толщины управляющей сетки в указанных выше пределах не ухудшает токопрохождение пучка, зато увеличивает формоустойчивость и теплопроводимость сетки, т.е. повысит долговечность электронной пушки. Преимуществом толстой управляющей сетки является и ее способность лучше запирать лампу, поэтому пушка с толстой сеткой имеет меньшую величину всего модулирующего напряжения в целом. На фиг. 1 показаны наиболее возмущенные траектории электронного пучка в ячейке катодно-сеточного узла; на фиг.2 представлена конструкция электронной пушки, являющейся примером конкретного выполнения изобретения; на фиг.3-6 показаны электронные траектории и эквипотенциальные поверхности в ячейках катодно-сеточного узла при различной толщине управляющей сетки. На фиг. 1 показаны наиболее возмущенные траектории пучка в ячейке катодно-сеточного узла, образованной катодом 1, теневой сеткой 2, управляющей сеткой 3 и анодом 4. При этом толщина управляющей сетки равно однократной (сплошная линия), трехкратной (пунктирная линия) и пятикратной (штрихпунктирная линия) сумме расстояния от катода до теневой сетки и толщины теневой сетки. Такими же линиями обозначены и электронные траектории, соответствующие этим величинам толщины управляющей сетки. Из рисунка видно, что электронные траектории наименее возмущены в том случае, когда d_у.с. 3(d_т.с. + +d_к-т.с.), т.е. когда d_y.с. удовлетворяет неравенству (1). При d_у.с. 5(d_т.с. + d_к-т.с.) наблюдается возрастание возмущения траектории пучка и токооседание на управляющую сетку. Таким образом доказан верхний предел неравенства. Конструкция электронной пушки, являющейся примером конкретного выполнения изображения, выполнена следующим образом (см.фиг.2). Пушка имеет катод, отстоящую от него на расстоянии d_к-т.с 0,04 мм теневую сетку (2) толщиной d_т.с. 0,1 мм, управляющую сетку 3 толщиной d_у.с. 0,3 мм, расположенную на расстоянии d_{т.с.-у.с.} 0,25 мм от теневой сетки, и анод 4. Проведена численная оптимизация толщины управляющей сетки для электронной пушки с теневой и управляющей сетками для мощной ЛБВ, являющейся конкретным примером предлагаемого устройства. В пушке используется вольфрамовый пропитанный катод диаметром 10 мм, имеющий радиус кривизны сферы 8,2 мм, с пористостью до пропитки 25% с покрытием эмиттирующей поверхности смесью, состоящей из осмия, иридия и алюминия, сетки изготовлены из фольги гафния методом совместно электроэрозионной пропитки с последующими операциями отмывки от нагаров и химполировки. Толщина теневой сетки 0,1 мм, радиус кривизны ее вогнутой поверхности 8 мм, толщина управляющей сетки 0,3 мм,радиус кривизны ее вогнутой поверхности 7,7 мм, расстояние между сетками 0,25 мм, расстояние между катодом и теневой сеткой 0,04 мм, диаметр пролетного канала в аноде 5,6 мм, расстояние запирания 360 В, напряжение превышения 640 В, напряжение анода 22 кВ. Численная оптимизация толщины управляющей сетки проводилась на основе траекторного анализа пучков в ячейке КСУ при различной толщине управляющей сетки (см.фиг.3-6). Наименьшее возмущение электронных траекторий достигается на фиг. 4 при d_y.с. 2(d_т.с. + d_к-т.с.) и на фиг.5 при d_у.с. 3(d_т.с + d_к-т.с.). На основании этих расчетов толщина управляющей сетки и была выбрана 0,3 мм, что равно 3 d_т.с. В результате применения в приборе предлагаемой пушки, удалось обеспечить безотказную работу прибора в течение 600 ч при хорошем (97-98%) токопрохождения на коллектор прибора и высоком (до 30%) значении технического КПД и малом (1000 В) модулирующем напряжении. Таким образом, замена в приборе пушки-прототипа изобретения на предлагаемую электронную пушку позволило в 3 раза увеличить долговечность прибора и уменьшить модулирующее напряжение, сохранив остальные его технические характеристики, что доказывает преимущества изобретения.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА МОЩНОГО СВЧ-ПРИБОРА О-ТИПА, содержащая катод, теневую и управляющую сетки и анод, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности прибора и снижения модулирующего напряжения, толщина управляющей сетки d_у.с (мм) выбрана из следующего выражения: 2 d_т.с < d_у.с < 4 (d_т.с + d_к-т.с), где d_т.с толщина теневой сетки, мм; d_к-т.с расстояние между теневой сеткой и катодом, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6