коллектор свч-прибора о-типа
Классы МПК: | H01J23/027 коллекторные электроды |
Автор(ы): | Зыбин М.Н. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество "Плутон" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-02-05 публикация патента:
27.10.1995 |
Использование: в усилителях и генераторах СВЧ О-типа. Сущность изобретения: коллектор прибора содержит проводящую, непосредственно воспринимающую электронный поток поверхность из выдерживающего высокие импульсные нагрузки материала и имеющие такую форму и расположение, что образует с направлением движения электронного потока угол не более 30° во всей области непосредственного контакта с электронным потоком. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. КОЛЛЕКТОР СВЧ-ПРИБОРА О-ТИПА, содержащий проводящую поверхность из материала, выдерживающего высокие импульсные тепловые нагрузки, расположенную на пути движения электронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности и долговечности, уменьшения массы и габаритов и упрощения конструкции, проводящая поверхность имеет такие форму и расположение, что угол![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
K
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047002/183.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047002/183.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047021/8773.gif)
где Pуд.пот удельная мощность электронного потока, Вт/см2;
Pдоп предельно допустимая для данного материала коллектора и режима работы удельная тепловая нагрузка, Вт/см2;
K > 1 коэффициент запаса по тепловой нагрузке.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике СВЧ электронных приборов, а именно к устройству усилителей и генераторов СВЧ О-типа, и может быть использовано в радиолокации, связи и других областях техники для усиления и генерации сигналов СВЧ. Наиболее близким к изобретению является коллектор вакуумного электронного прибора, включающий проводящую токовоспринимающую поверхность из материала, выдерживающего высокие импульсные тепловые нагрузки, образованную тонкой конусной бериллиевой мембраной и расположенную на пути движения электронного потока. Снаружи бериллиевая мембрана в форме цилиндра, переходящего в конус, охлаждается жидкостью с большим атомным весом непосредственно или через массивный медный корпус. Применение такой конструкции в клистроне позволило рассеять импульсную мощность примерно 160 кВт/см2 при коэффициенте заполнения 0,001. Однако для создания современных мощных импульсных приборов миллиметрового диапазона длин волн необходима устойчивость к нагрузкам в 5-10 раз превышающим вышеприведенные. Конструктивным недостатком прибора с коллектором, имеющим конусную токовоспринимающую поверхность, является то, что конусная поверхность, снижающая рассеиваемую на единицу поверхности конуса мощность, не исключает более быстрого разрушения коллектора в вершине конуса, где токовоспринимающая поверхность остается перпендикулярной направлению движения электронного потока. Кроме того, использование в качестве теплоустойчивого материала бериллия менее эффективно, чем использование молибдена или вольфрама, которые позволяют рассеивать на единице поверхности примерно в 1,5-2 раза большую импульсную мощность. К недостаткам конструкции следует отнести сложность, значительные габариты и невысокую надежность крепления и охлаждения бериллиевой мембраны, тем более, что, в ряде случаев не требуется рассеивать высокую среднюю мощность, а на стойкости коллектора к импульсным нагрузкам жидкостное охлаждение коллектора практически не сказывается. Низкая устойчивость указанного прибора к импульсным тепловым нагрузкам приводит к снижению его долговечности и надежности. Таким образом, остается актуальной задача увеличения надежности и долговечности усилителей и генераторов СВЧ О-типа, уменьшения их габаритов и массы и обеспечения возможной простоты и надежности конструкции. Целью изобретения является создание коллектора для СВЧ прибора О-типа с увеличенной надежностью и долговечностью, уменьшение габаритов и массы и упрощение конструкции. Цель достигается тем, что в коллекторе СВЧ прибора О-типа, содержащем на пути движения электронов проводящую поверхность из материала, выдерживающего высокие импульсные тепловые нагрузки, проводящая поверхность имеет такую форму и расположение, что угол падения электронов на поверхность![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
K
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047003/729.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047021/8773.gif)
Рдоп предельно допустимая для данного материала и режима работы удельная тепловая нагрузка, Вт/см2;
k коэффициент запаса по тепловой нагрузке (K > 1). Предложенное изменение конструкции позволяет, благодаря увеличению площади, непосредственно воспринимающей электронный поток, существенно уменьшать импульсную тепловую нагрузку на единицу площади в любой точке токовоспринимающей поверхности. Это позволяет исключить разрушение коллектора и благодаря этому повысить надежность и долговечность прибора. Простота предложенной конструкции и ее малые габариты и масса позволяют создавать мощные импульсные приборы с уменьшенными габаритами и массой. Кроме того, важным достоинством предложенной конструкции является то, что отраженные от токовоспринимающей поверхности электроны продолжают удаляться от пространства взаимодействия электронного потока с СВЧ-полем благодаря малому углу между направлением движения электронного потока и токовоспринимающей поверхностью, что практически исключает возврат отраженных электронов в пространство взаимодействия. На чертеже изображен один из возможных вариантов коллектора СВЧ-прибора О типа с проложенным коллектором. Коллектор СВЧ-прибора О-типа содержит катод (не показан), фокусирующую электронный поток систему 1, в данном случае магнитную периодическую фокусирующую систему, и коллектор 2, содержащий проводящую, непосредственно воспринимающую электронный поток поверхность 3. В данном случае коллектор состоит из трубки 4, образующей канал, через который проходит электронный поток, и расположенного внутри этой трубки стержня 5. Стержень изготавливается из материала, выдерживающего высокие импульсные тепловые нагрузки, например вольфрама, молибдена, бериллия, меди и других. В данном случае стержень изготовлен из молибдена. Выбор материала определяется конструкцией и технологией изготовления коллектора и мощностью электронного потока. Обращенная к электронному потоку торцевая поверхность стержня может иметь любую форму и расположение, обеспечивающие угол не более 30о между направлением движения электронного потока и плоскостью 3, например, форму слабовогнутой, в соответствии с расфокусировкой электронного потока поверхности. В этом случае угол падения электронов на поверхность 3 остается постоянным во всем сечении электронного потока. Поверхность, как в данном случае, может иметь форму плоскости, расположенной под углом не более 30о к направлению движения электронного потока. В данном случае угол
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047021/8773.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047004/945.gif)
![коллектор свч-прибора о-типа, патент № 2047241](/images/patents/425/2047021/8773.gif)
создавать усилители и генераторы СВЧ О-типа с повышенными импульсными мощностями электронного потока, что особенно важно при создании коротковолновых, например, миллиметрового диапазона длин волн приборов;
существенно повысить надежность и долговечность усилителей и генераторов СВЧ О-типа с большими удельными импульсными тепловыми нагрузками;
уменьшить габариты и массу и упростить конструкцию мощных импульсных усилителей и генераторов СВЧ О-типа. Кроме того, предложенное техническое решение не исключает одновременного использования воздушного или жидкостного охлаждения или использования покрытий, например, графитом с целью улучшить охлаждение коллектора за счет теплового излучения. Эти дополнительные меры могут позволить в необходимых случаях увеличить не только импульсную, но и среднюю мощность электронного потока.
Класс H01J23/027 коллекторные электроды