Обращенно-коаксиальный магнетрон
Использование: электронная техника, электровакуумные приборы СВЧ, обращенно-коаксиальные магнетроны (ОКМ). Сущность изобретения: ОКМ содержит катодный узел на установочной платформе 5, прикрепленной к днищу 6 цилиндрического корпуса 7. Устройство крепления установочной платформы к днищу корпуса выполнено в виде системы чередующихся прижимных 8 и отжимных 9 винтов. Винты 8, 9 расположены с зазором в одинаковых отверстиях установочной платформы и снабжены кольцевыми выступами 10, 11 в форме шайб. Винты 8, 9 ввинчены в жестко заделанные в днище 6 корпуса 7 резьбовые втулки 13, 14. В цилиндрической стенке корпуса на уровне установочной платформы выполнены сквозные радиальные отверстия 19. В отверстие 19 помещена упругая диафрагма 20. Диафрагма 20 снабжена с вакуумной стороны толкателем 21. С вакуумной стороны с диафрагмой механически контактирует радиально-юстировочный винт 23, размещенный в резьбовой втулке 24, закрепленной в цилиндрической стенке 18 корпуса 7. Отжимные и прижимные винты 8, 9 могут быть расположены на единой окружности центров. Платформа, резьбовые втулки и толкатели могут быть выполнены из одного и того же жесткого металла, например из монельметалла (сплава НММЦ 38-2В). 2 з. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электронной технике, к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к обращенно-коаксиальным магнетронам (ОКМ), используемым в РЛС различного назначения и в СВЧ энергетических установках. В практике создания, изготовления и эксплуатации ОКМ одной из труднопреодолимых проблем является обеспечение высокой точности во взаимном расположении анода и катода. Естественно, что в миллиметровом диапазоне указанная проблема является более острой, чем, скажем, в сантиметровом диапазоне длин волн. Важно обеспечить как строгую "электрическую" соосность катода и анода (а в "идеальном" приближении электрическая и геометрическая соосности одно и то же), так и заданное (возможно, с упреждением) осевое положение катода относительно анода. При этом обеспечение необходимых точностей должно достигаться как при изначальной установке катода (при сборке ОКМ), так и при работе ОКМ в динамическом режиме. Если даже изначальная установка катода относительно анода выполнена с заданной точностью, это еще не гарантирует сохранения этого оптимального взаиморасположения катода и анода после проведения термонапряженных технологических операций (пайки, сварки, откачки). В результате снятия (или возникновения) термо-механических напряжений в узлах и деталях прибора изначальное взаиморасположение катода и анода нарушается и в динамическом режиме не удается достигнуть высокого КПД ОКМ и наилучшего сочетания таких параметров, как напряжение анода, выходная мощность, устойчивость работы и долговечность прибора. Все эти "эффекты" становятся тем ощутимее, чем далее вглубь миллиметрового диапазона волн продвигаются современные ОКМ. Таким образом, учитывая состояние перечисленных проблем, совершенствование ОКМ требует решения, в частности, следующих задач: создания конструкций, обеспечивающих прецизионную изначальную установку катодного узла (осевую и радиальную) относительно анода, создание устройств, обеспечивающих возможность радиальной юстировки катодного узла непосредственно в отпаянном ОКМ в динамическом режиме с достижением наилучшего сочетания параметров ОКМ. Изобретение призвано решить эти задачи в единой конструкции ОКМ. Известны ОКМ, конструкция которых предусматривает крепление катода на изолирующих стойках впаянных в днище корпуса ОКМ [1] Катодно-подогревательный блок снабжен держателями, опирающимися на металлические головки, припаянные к торцам изолирующих стоек. В этой конструкции изначальная (при сборке) установка катодно- подогревательного блока осуществляется с помощью центрующей оправки в обеспечение соосности анода и катода. Обеспечение заданного осевого положения катода в этой конструкции может быть достигнуто, с одной стороны, за счет выбора и исполнения весьма жестких линейных размеров стоек, а с другой стороны, за счет использования (подбором) прокладок между держателем и торцом стойки. Существенными недостатками такого конструктивного построения ОКМ являются следующие. Сборка стоек для пайки их к днищу корпуса требует применения сложной центрующей и прижимной оснастки. Однако в результате пайки даже при жестких допусках на исходные линейные размеры стоек их высоты оказываются различными как из-за различной степени заполнения припоем паечных зазоров, так и из-за некоторой деформации днища. Другой недостаток необходимость подбора для каждой стойки индивидуальной прокладки, т.е. необходимо иметь набор прокладок различной толщины для выставления требуемого осевого положения катода. При этом сборка требует многократного съема и постановки катодного узла и оправок, центрующих катод относительно анода. Это чревато повреждениями анода и эмиттера. Главный недостаток состоит в том, что после финишного закрепления катодного узла на стойках (сваркой или гайками) и съема центрирующей оправки снова обнаруживаются несоосности катода с анодом и перекосы, которые уже невозможно устранить. Это означает, что либо сборочный узел придется забраковать, либо придется мириться с "неидеальностью" формы пространства взаимодействия и, как следствие, с пониженным электронным КПД и ухудшенными прочими параметрами ОКМ, так как в описанной конструкции отсутствует возможность радиальной юстировки катода в динамическом режиме. Известна конструкция ОКМ [2] В этой конструкции, предусматривающей улучшенное устройство радиатора для охлаждения анода, представлено улучшенное устройство крепления катодного узла в корпусе ОКМ. Как и в ОКМ по патенту [1] катод закреплен на изолирующих стойках, но основания этих стоек впаяны не непосредственно в днище корпуса, а в установочную платформу, базирующуюся в свою очередь на днище корпуса. Из рассмотренных конструкций-аналогов именно ОКМ по патенту [2] обладает наибольшим числом совпадающих признаков с предлагаемым в настоящей заявке ОКМ. Поэтому ОКМ по патенту [2] должен быть признан прототипом (он же базовый объект). Рассмотрим детальнее особенности конструкции ОКМ-прототипа, ее достоинства и недостатки. Прототип содержит все конструктивные элементы, определяющие его именно как ОКМ. В свете идеи сопоставления с признаками предлагаемого устройства ОКМ выделим в прототипе следующие особенности его конструкции. Это прежде всего устройство узла катода и его фиксации в корпусе прибора. В прототипе автономный катодный узел, полностью собираемый вне прибора, содержит установочную платформу, выполненную в форме шайбы, изолирующие стойки-опоры, на которых закреплен неподвижно собственно катод, причем расстояние от катода до опорной плоскости установочной платформы определяется выбранной фиксированной длиной изолирующих стоек. Особенностью такой конструкции является также и то, что установочная платформа, несущая на себе всю совокупность элементов катодно-подогревательного узла, контактирует своей опорной плоскостью с днищем цилиндрического корпуса ОКМ. Достоинства такой конструкции проявляются, во-первых, в том, что она обеспечивает возможность сборки (а при не- удовлетворительном результате отбраковки) узла до постановки его в прибор, во-вторых, в том, что при постановке узла в корпус открывается возможность регулировки осевого положения катода относительно анода, например, используя шайбы-прокладки между днищем корпуса и опорной плоскостью установочной платформы. Недостатки конструкции ОКМ-прототипа состоят, во-первых, в том, что отсутствуют возможности плавной регулировки осевого и, главное, радиального положения катода относительно анода при постановке установочной платформы в корпус, это означает необходимость использования центрующих оправок с соответствующим риском повредить анод при съеме или постановке оправки; во-вторых, в том, что отсутствует возможность радиальной юстировки катода в отпаянном ОКМ (в динамическом режиме), а это означает, что в приборе не будут достигнуты наилучшие параметры или он будет вообще забракован, если возникшие в процессе нагревов (или охлаждений) ОКМ необратимые смещения катода оказались чрезмерными. Целью изобретения является повышение КПД, мощности и долговечности ОКМ за счет создания возможности плавной прецизионной регулировки осевого и радиального смещения (и фиксации) катода при сборке ОКМ и возможности радиальной юстировки катода в динамическом режиме. Цель достигается тем, что в ОКМ, содержащем катодный узел на установочной платформе, прикрепленной к днищу цилиндрического корпуса, устройство крепления установочной платформы к днищу корпуса выполнено в виде системы чередующихся прижимных и отжимных винтов, расположенных с зазором в одинаковых отверстиях установочной платформы и снабженных кольцевыми выступами в форме шайб, перекрывающих указанные отверстия и прилегающих у прижимных винтов к верхней плоскости платформы, а у отжимных к нижней. Все винты (и прижимные, и отжимные) ввинчены в жестко заделанные (например, запаянные) в днище корпуса резьбовые втулки. В цилиндрической стенке корпуса на уровне установочной платформы выполнены сквозные радиальные отверстия, каждое из которых вакуумно-плотно перекрыто упругой диафрагмой, снабженной с вакуумной стороны толкателем, выступающим в радиальном направлении к установочной платформе, а с вневакуумной стороны с диафрагмой механически контактирует радиально-юстировочный винт, ввинчиваемый в резьбовую втулку, жестко заделанную (например, запаянную) в цилиндрическую стенку корпуса. Отжимные и прижимные винты могут быть расположены на единой окружности центров. Платформа, резьбовые втулки и толкатели могут быть выполнены из одного и того же жесткого металла, например из монель-металла (сплава НММц 38-2В). Аналогичных технических решений, содержащих сходное сочетание отличительных признаков, не обнаружено. На фиг. 1 схематично показана конструкция предлагаемого ОКМ, продольный разрез; на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показано в развертке расположение стоек, прижимных и отжимных винтов. На фиг.1 схематично показан предложенный ОКМ, содержащий анод 1, соосный с ним катод 2, закрепленный на требуемой высоте посредством упругих держателей 3, фиксируемых на изолирующих (керамических) стойках 4, впаянных в установочную платформу 5. Катодный узел, включающий элементы 2, 3, 4 и 5, представляет собой самостоятельную сборочную единицу, изготавливаемую вне прибора. Платформа 5 закреплена на днище 6 корпуса 7, являющегося вакуумной оболочкой ОКМ. Крепление платформы 5 к днищу 6 осуществлено системой чередующихся прижимных 8 и отжимных 9 винтов. Для конкретности показано по три прижимных и отжимных винта. На винтах 8 и 9 выполнены кольцевые выступы 10, 11 в форме шайб. В принципиальном плане вместо выступа 10 прижимного винта 8 может быть использована обычная шайба. Платформа 5 выступами 10 прижимных винтов 8 приведена своей нижней опорной плоскостью 12 к выступам 11 отжимных винтов 9. Таким образом, платформа 5 непосредственно к днищу 6 не примыкает и тепловой поток, поступающий от катода 2 по изолирующим стойкам 4 к платформе 5, отводится далее по телам винтов 8 и 9, имеющим практически одинаковый тепловой контакт выступов 10 и 11 с платформой 5. Винты 8 и 9 ввинчены в одинаковые резьбовые втулки 13, 14, жестко заделанные, например, пайкой в днище 6 корпуса 7. Втулки 13, 14 и платформа 5 выполнены из одного и того же жесткого металла (например, из сплава НММц), т.е. с одинаковым КТР. Для размещения винтов 8 и 9 в платформе 5 выполнены ненарезные отверстия 15, 16, диаметр которых выбран заведомо большим, чем соответствующий диаметр проходящего в отверстие тела винта 8 или 9. Это сделано в обеспечении требуемого регулировочного диапазона смещения платформы 5 при радиальной центровке катода 2 относительно анода 1. Выступы 10 и 11 на винтах 8 и 9 имеют диаметр, обеспечивающий полное перекрытие отверстий 15, 16 в платформе 5 во всем диапазоне ее смещений при радиальных регулировках. Важной особенностью конструкции является выполнение всех отверстий 15, 16 на единой окружности центров, например на той же окружности, на которой расположены центры изолирующих стоек 4. Этим преследуются по меньшей мере две цели: во-первых, достижение одинаковой температуры прижимных 8 и отжимных 9 винтов и соответственно одинаковых их тепловых удлинений и одинаковых теплоотводов потока от платформы 5. Этим достигается и сохраняемость степени зажатия платформы 5 между выступами 10 и 11 прижимных 8 и отжимных 9 винтов при всех последующих технологических нагревах и термоциклических процессах в на стройке и эксплуатации ОКМ. Во-вторых, исключение возможности деформации платформы 5 при ее затяжке винтами 8 и 9. Так, если окружность центров прижимных винтов 8 не совпадает с окружностью центров отжимных винтов 9, то в процессе затяжки винтов (да и впоследствии) платформа 5 становится не плоской, а конической (выгнутой или вогнутой). Это приводит к тому, что при преднамеренном или самопроизвольном радиальном смещении платформы 5 происходит и осевое (да еще и с перекосом) смещение катода 2 относительно анода 1. Все эти соображения относятся и к днищу 6 корпуса 7. Все перечисленные элементы конструкции решают лишь часть поставленной задачи, обеспечивая прецизионное, регулируемое при сборке ОКМ выставление катода по высоте. Вторая же часть задачи радиальная юстировка катода 2 относительно анода 1 при сборке и в отпаянном ОКМ решается в тесной увязке с устройством осевой регулировки следующим образом. На фиг.1 показаны два диаметрально противоположных из четырех одинаковых радиально-юстировочных устройств 17, введенных в конструкцию ОКМ. Для каждого такого устройства 17 в цилиндрической стенке 18 корпуса 7 на уровне установочной платформы 5 выполнено сквозное отверстие 19, вакуумно-плотно перекрытое упругой диафрагмой 20, на вакуумной стороне которой установлен, например припаян, радиальный толкатель 21, выполненный из того же жесткого металла, что и втулки 13, 14 и платформа 5, передающий юстировочное усилие платформе 5. Для восприятия этого усилия с вневакуумной стороны к диафрагме 20 примыкает упор 22 радиально-юстировочного винта 23, расположенного в резьбовой втулке 24, жестко заделанной, например запаянной, в стенку 18 корпуса 7. Из прочих элементов ОКМ на фиг.1 показаны лишь один полюсный наконечник 25, служащий традиционным целям формирования магнитного поля в пространстве взаимодействия ОКМ, шток 26 для перемещения поршня 27 перестройки. Остальные элементы, в том числе второй полюсный наконечник, не показаны, так как не имеют прямого отношения к предмету изобретения. На фиг. 2 более наглядно видно (в плане) расположение изолирующих стоек 4, чередующихся по азимуту прижимных 8 и отжимных 9 винтов, а также установочной платформы 5, толкателей 21 и радиально-юстировочных винтов 23. Предложенное устройство работает следующим образом. При ввинчивании отжимных винтов 9 платформа 5 опускается до требуемого уровня и ввинчиванием прижимных винтов 8 фиксируется на этом уровне. Одновременно с этим "выбираются" все люфты в резьбовых соединениях винтов 8 и 9 с втулками 13 и 14. При необходимости установить платформу 5 на более высоком уровне расположения ослабляются (вывинчиванием) прижимные винты 8 и вывинчиванием отжимных винтов 9 платформа 5 поднимается. Легко видеть, что регулированием тех или иных винтов 8 и 9, расположенных на интересующей стороне платформы 5, можно плавно устранять любые, сколь угодно малые, перекосы катода 2, которые оцениваются, например, индикатором часового типа. При первичной установке платформы 5, несущей на себе катод 2, в корпус 7 радиально-юстировочные винты 23 вывинчиваются, а толкатели 21, не испытывающие в этом случае радиального усилия со стороны винтов 23, с помощью оправки утапливаются в отверстия 19 и не мешают, тем самым, постановке платформы 5 ее опорной плоскостью 12 на кольцевые выступы 11 отжимных винтов 9, заранее ввинченных в резьбовые втулки 14, заделанные в днище 6 корпуса 7. Ввинчивание радиально-юстировочных винтов 23 в резьбовые втулки 24 через посредство толкателей 21 обуславливает радиальное перемещение платформы 5 и обеспечивает возможность плавной центровки катода 2 относительно анода 1. Эта процедура аксиальной регулировки и радиальной центровки катода 2 относительно анода 1 при сборке ОКМ не требует использования центрирующих оправок и производится плавно с визуальным (под микроскопом) контролем соосности катода 2 и анода 1, что предотвращает возможности повреждения этих элементов. Наконец, в отпаянном ОКМ в динамическом режиме окончательная радиальная юстировка катода 2 осуществляется с помощью затяжки-ослабления винтов 23, воздействие которых на платформу описано выше. Нахождение "оптимального" положения катода оценивается по реализации наилучшего сочетания электрических параметров ОКМ. Последнее уверенно достигается, если при радиальной юстировке не происходит неконтролируемых при этой процедуре аксиальных смещений катода 2. В предложенной конструкции ОКМ это предусмотрено и для большей наглядности иллюстрируется фиг.3, представляющей развертку устройства по окружности центров расположения изолирующих стоек 4, прижимных 8 и отжимных 9 винтов. Так, например, при приложении радиально-юстировочных усилий в направлениях, скажем, стрелок Б или В (а если угодно, то и в любых других направлениях, лежащих в плоскости платформы 5) происходит перемещение платформы 5 как бы между двумя направляющими плоскостями на участках, занимаемых выступами 10 и 11 прижимных 8 и отжимных 9 винтов соответственно. Таким образом, это перемещение платформы 5 оказывается чисто радиальным. Итак, предложенная конструкция обладает следующими преимуществами в сравнении с прототипом. Обеспечена прецизионная изначальная осевая и радиальная установка катодного узла в ОКМ, исключающая возможность повреждения и самопроизвольного смещения узла при сборке прибора. Обеспечена возможность радиальной юстировки катода в динамическом режиме с нахождением "электрически" оптимального положения катода. Достигаемый результирующий положительный эффект, обусловленный указанными преимуществами, состоит в увеличении реализуемых в ОКМ КПД, мощности, долговечности и соответственно в открывающейся возможности дальнейшего продвижения ОКМ "вглубь" миллиметрового диапазона длин волн, в обеспечении повышенного "выхода годных" приборов.
Формула изобретения
1. ОБРАЩЕННО-КОАКСИАЛЬНЫЙ МАГНЕТРОН, содержащий катодный узел на установочной платформе, устройство ее крепления к днищу цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности, КПД и долговечности за счет плавной осевой и радиальной юстировки катода, устройство крепления установочной платформы к днищу корпуса выполнено в виде системы чередующихся прижимных и отжимных винтов, расположенных с зазором в отверстиях одинакового диаметра, выполненных на установочной платформе и снабженных кольцевыми выступами в форме шайб, перекрывающих указанные отверстия в верхней плоскости платформы для прижимных винтов, а для отжимных - в нижней, винты ввинчены в закрепленные в днище корпуса резьбовые втулки, причем в цилиндрической стенке корпуса на уровне установочной платформы выполнены сквозные радиальные отверстия, в каждое из которых вакуумно-плотно помещена упругая диафрагма, снабженная с вакуумной стороны толкателем, выступающим радиально в направлении установочной платформы, а с вневакуумной стороны диафрагмы размещен радиально-юстировочный винт в резьбовой втулке, закрепленной в цилиндрической стенке корпуса. 2. Магнетрон по п.1, отличающийся тем, что центры отжимных и прижимных винтов размещены на одной окружности. 3. Магнетрон по пп.1 и 2, отличающийся тем, что установочная платформа, резьбовые втулки и толкатели выполнены из одного и того же жесткого металла, например из монель-металла.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
