Электронная лампа
Изобретение относится к области электронной техники. Электронная лампа содержит РЧ выходное окно из керамического материала, которое имеет покрытие из стекла на внутренней поверхности. Окно не имеет стеклянного покрытия по периметру и, по меньшей мере, часть периметра, не имеющего стеклянного покрытия, металлизирована. Технический результат - повышение термостойкости стекла. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электронным лампам.
Изобретение, в частности, относится к РЧ окнам электронных ламп, в особенности, но не исключительно, магнетронов. Электронные лампы передают РЧ/микроволновую энергию из вакуумной среды в воздушную/газовую среду через РЧ окно.
На Фиг.1 показан вид спереди, частично в разрезе, магнетрона. Пустотелый цилиндрический анод 1 окружает проходящий по оси катод 2, на который подается высокое отрицательное напряжение, а также напряжение для нагрева катода, посредством проводников, заключенных в боковой цоколь 3, где располагаются подводящие разъемы (не показаны). Выход магнетрона излучается через антенну 4, например, по волноводу 5, и антенна проходит в область взаимодействия между катодом и анодом. РЧ выходное окно 6, в форме керамического купола, заключает в себе антенну в условиях вакуума.
Проблема, с которой сталкиваются магнетроны высокой мощности, например 100 кВт, работающие в режиме непрерывной волны (CW), состоит в растрескивании РЧ окна в ходе работы клапана, приводящем к потере вакуума и отказе устройства. Причины возникновения этой проблемы не вполне понятны, но одно из возможных объяснений заключается в тлеющем разряде, происходящем в газе, выделяемом керамическим куполом при его нагреве РЧ/микроволновым излучением, которое вызывает локальный нагрев купола. Альтернативно, нагрев может быть вызван мультипакторным разрядом на поверхности окна, который сам может приводить к выделению газа керамическим куполом.
Обычный способ решения этой проблемы предусматривает эксплуатацию магнетронов в течение длительного периода, например 24 часов, на низкой мощности, прежде чем начинать эксплуатировать их на пиковой мощности. Предполагается, что любые газы, абсорбированные в керамическом куполе, выделятся за этот период, но без образования газового разряда вследствие низкой выходной мощности. Затем можно выходить на полную мощность, не опасаясь возникновения газового разряда.
Хотя это значительно снижает процент таких катастрофических отказов при эксплуатации, операция старения на низкой мощности является занимающим много времени этапом при изготовлении магнетрона.
Изобретение обеспечивает электронную лампу, имеющую РЧ выходное окно из керамического материала, в которой окно имеет покрытие из стекла на внутренней поверхности.
Это уменьшает или устраняет необходимость в очень долгом предварительном периоде работы на низкой мощности.
РЧ окно может быть присоединено к корпусу электронной лампы в области металлизации, и внутренняя поверхность окна, преимущественно, не имеет глазировки в прилегающей области. Прилегающая область может быть скошена для освобождения от глазури.
РЧ окно может быть выполнено из оксида алюминия, и стекло, преимущественно, является термостойким стеклом, предпочтительно, приобретая подвижность при температуре свыше 1500°C. Стекло может представлять собой боросиликатное стекло. Толщина слоя стекла, предпочтительно, составляет от 0,05 мм до 3 мм.
Ниже приведено подробное описание одного варианта осуществления изобретения, в порядке примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид спереди, частично в разрезе, известного магнетрона;
Фиг.2 - вид в разрезе (не в масштабе) РЧ выходного окна магнетрона согласно изобретению;
Фиг.3 - увеличенный фрагментарный вид (не в масштабе) части окна, показанного на Фиг.2.
Магнетрон изобретения отличается от известных магнетронов наподобие описанных со ссылкой на Фиг.1 только конструкцией РЧ выходного окна.
Согласно Фиг.2, РЧ выходное окно, указанное в целом ссылочной позицией 6, изготовлено из купола 7 из керамического материала (как на Фиг.1), но имеющего внутренний слой стекла 8. Согласно Фиг.3, внутренний край купола скошен посредством операции шлифования в области 9. Кроме того, нижняя часть края также отшлифована, поскольку эта поверхность служит основой для металлизационной краски 10, которая присоединяется к поверхности при высоких температурах в процессе металлизации. Затем эта поверхность припаивается к металлическому корпусу магнетрона в ходе сборки. Лишенная стекла граница 9, создаваемая шлифованием, гарантирует, что слой стекла не будет препятствовать последующему процессу металлизации.
На практике, глазурь можно наносить таким образом, чтобы она не доходила до самого низа купола, поскольку необходимо, чтобы стекло отсутствовало у основания при высоких температурах операции металлизации. Тем не менее, этап шлифования рекомендуется, поскольку глазурь имеет тенденцию распространяться во время ее обжига, в связи с чем существует опасность того, что она распространится на основание купола.
Вследствие последующей операции металлизации, стеклянное покрытие является термостойким стеклом, то есть оно приобретает подвижность при температуре свыше 1500°C. Кроме того, стекло должно иметь низкие РЧ потери, хотя маловероятно, что в противном случае это составит проблему, поскольку покрытие является тонким. Стекло также должно иметь коэффициент расширения, совместимый с коэффициентом расширения материала купола.
Пригодным керамическим материалом является оксид алюминия (Al2O3), предпочтительно, чистотой более 90%, чтобы гарантировать низкие потери передаваемого РЧ излучения. Пригодным слоем стекла является боросиликатное стекло. Однако также можно использовать другие покрытия из термостойкого стекла, и также можно использовать другие керамические материалы с низкими РЧ потерями.
Было установлено, что внутренне глазурованные купола не подвержены катастрофическим отказам, иногда случающимся в магнетронах, отвечающих уровню техники, хотя они не подвергались операции старения на низкой мощности. Причина этому до конца не понятна, но она может состоять в том, что глазурь препятствует выделению газа из оксида алюминия. Однако стекло менее подвержено мультипакторному эффекту, и катастрофические отказы могут не происходить по этой причине, альтернативно или в том числе.
Толщина керамики обычно составляет приблизительно 6 мм и толщина глазурного покрытия составляет приблизительно 0,2 мм.
При желании, керамическое окно можно покрывать глазурью на ее внутренней и внешней поверхностях. Глазурь на внешней поверхности не принимает участия в предотвращении разряда, но это не будет недостатком. Конечно, РЧ окно не обязано быть выполнено в виде купола. Глазурование внутренней поверхности можно использовать при любой форме РЧ окна, включая плоскую форму.
Хотя изобретение описано в связи с магнетроном, глазурованное РЧ окно также можно применять к другим типам электронных ламп (электронно-лучевых трубок), например лампам с индуктивным выходом, клистронам, лампам бегущей волны или гироприборам на бегущих волнах. Этот подход можно использовать в любой ситуации, где существует окно, которое пропускает РЧ/микроволновую энергию из вакуумной среды в воздушную/газовую среду, и он особенно полезен при комбинировании частоты и мощности для создания того или иного вида разряда. Таким образом, изобретение полезно для ламп высокой мощности, где выходная мощность РЧ превышает 50 кВт, в особенности, где она превышает 75 кВт, в частности, работающих в режиме непрерывной волны. Это, в особенности, справедливо на высоких частотах свыше 1 ГГц, где площадь окна, скорее всего, будет меньше, например, на частотах в диапазоне от 1 ГГц до 20 ГГц, в частности от 1 ГГц до 3 ГГц.
1. Электронная лампа, имеющая РЧ выходное окно из керамического материала, в которой окно имеет покрытие из стекла на внутренней поверхности и в которой окно не имеет стеклянного покрытия по периметру и, по меньшей мере, часть периметра, не имеющего стеклянного покрытия, металлизирована.
2. Электронная лампа по п. 1, в которой окно отшлифовано по периметру, чтобы гарантировать отсутствие стеклянного покрытия по периметру.
3. Электронная лампа по п. 2, в которой окно скошено по периметру.
4. Электронная лампа по п. 1, в которой покрытие выполнено из термостойкого стекла.
5. Электронная лампа по п. 1, в которой стекло является боросиликатным стеклом.
6. Электронная лампа по п. 1, в которой толщина покрытия составляет от 0,05 мм до 3 мм.
7. Электронная лампа по п. 6, в которой толщина покрытия равна приблизительно 0,2 мм.
8. Электронная лампа по п. 1, в которой керамическим материалом является оксид алюминия.
9. Электронная лампа по п. 1, в которой электронная лампа является магнетроном.
10. Электронная лампа по п. 9, в которой РЧ окно имеет куполообразную форму.
