коаксиальный магнетрон

Формула изобретения

КОАКСИАЛЬНЫЙ МАГНЕТРОН, включающий анод с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий замедляющую систему и основание, при этом внешняя цилиндрическая поверхность и основание анода являются стенками цилиндрического резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности путем увеличения теплоотвода от анода и повышения жесткости его конструкции, внешняя цилиндрическая поверхность анода сопряжена с торцевой поверхностью основания посредством вогнутой поверхности с радиусом сопряжения, удовлетворяющим соотношению

0,3l R l,

где R - радиус сопряжения, м;

l - расстояние от основания до замедляющей системы, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике электронных приборов сверхвысоких частот (СВЧ), а более конкретно к устройству магнетронных генераторов и усилителей, и может быть использовано в радиолокации, связи и в других областях техники для генерации и усиления сигналов СВЧ.

Известен коаксиальный магнетрон с улучшенным рассеиванием тепла от анодно-резонаторной системы, принятый за прототип и одновременно базовый объект. В этом магнетроне, включающем анод с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий замедляющую систему и основание, при этом внешняя цилиндрическая поверхность и основание анода являются стенками цилиндрического резонатора, между полюсными наконечниками и торцовыми частями анодных ламелей, а также между внутренней цилиндрической поверхностью стенки анода размещены кольца из бериллиевой керамики, обладающей высокой теплопроводностью. Керамика металлизируется и спаивается с ламелями анода, стенкой анода и через медные кольца с полюсными наконечниками. Свободный конец цилиндрической стенки анода через гибкую диафрагму припаян к торцовой стене коаксиального резонатора.

Однако улучшение теплоотвода от анода с помощью керамических колец приводит к деформации анода (особенно в коротковолновых магнетронах с малой толщиной ламелей и цилиндрической стенки анода), так как керамика имеет термический коэффициент расширения в несколько раз меньший, чем медь, из которой изготавливается анод. Поэтому этот способ улучшения теплоотвода от анода не нашел широкого применения.

Увеличение теплоотвода от анода путем пайки свободного конца цилиндрической его стенки через гибкую диафрагму к торцовой стенке коаксиального резонатора более перспективно. Но диафрагма должна быть достаточно тонкой, чтобы анод не деформировался при его разогреве и термическим расширением во время работы. При этом дополнительный теплоотвод через тонкую, гибкую диафрагму довольно ограничен. Кроме того, пайка диафрагмы к аноду и торцовой стенке коаксиального резонатора затрудняет оптимальное размещение керамических поглотителей конкурирующих видов колебаний и создает значительные технологические трудности при изготовлении (особенно коротковолновых) коаксиальных магнетронов.

Таким образом, из-за деформации анода, ограничения возможности использования из- -за сложности реализации предложенных в прототипе способов увеличения теплоотвода и ограниченности дополнительного теплоотвода через гибкую диафрагму остается актуальной задача увеличения теплоотвода и повышения жесткости конструкции анода и на этой основе повышения надежности и долговечности мощных коаксиальных магнетронов.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности мощных коаксиальных магнетронов путем улучшения теплоотвода от анода и повышения жесткости его конструкции.

Цель достигается тем, что в коаксиальном магнетроне, включающем анод с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий замедляющую систему и основание, при этом внешняя цилиндрическая поверхность и основание анода являются стенками цилиндрического резонатора, внешняя цилиндрическая поверхность анода сопряжена с торцовой поверхностью основания посредством вогнутой поверхности с радиусом сопряжения R, удовлетворяющим соотношению 0,3 l R l, где l расстояние от основания до замедляющей системы.

Предложенное изменение конструкции анода приводит к увеличению сечения тонкой цилиндрической стенки анода у ее основания и, следовательно, повышает жесткость конструкции анода и улучшает теплоотвод от ламелей анода к его массивному основанию и затем к корпусу магнетрона. В то же время толщина цилиндрической стенки анода в центральной ее части, где через нее осуществляется связь коаксиального резонатора с анодной замедляющей системой, остается неизменной.

На чертеже изображена конструкция анода и коаксиального резонатора предложенного магнетрона.

Магнетрон включает анод 1, содержащий замедляющую систему 2 и массивное основание 3, служащее для отвода тепла от анода и являющееся одновременно торцовой стенкой коаксиального резонатора 4. Внешняя цилиндрическая поверхность 5 анода 1 сопряжена с торцовой поверхностью 6 основания 3 посредством вогнутой поверхности с радиусом вогнутости R, удовлетворяющим соотношению 0,3lR l, где l расстояние от основания до замедляющей системы. Основание анода имеет хороший тепловой контакт с корпусом 7 магнетрона.

На чертеже видно, что сечение тонкой цилиндрической стенки анода у ее основания в предложенной конструкции значительно увеличивается, что приводит к увеличению теплоотвода от замедляющей системы анода и повышению жесткости его конструкции. При этом изменение конструкции анода и, следовательно, коаксиального резонатора не приводит к изменению параметров рабочего вида колебаний коаксиального резонатора, так как в углах этого резонатора электромагнитная энергия рабочего вида колебаний практически отсутствует. В то же время конкуренция вида Н₁₂₁ коаксиального резонатора несколько уменьшается благодаря увеличению его отстройки по частоте от рабочего вида колебаний.

Возможна замена (аппроксимация) вогнутой сопрягающей поверхности, например, одной или несколькими конусными поверхностями. При этом можно получить положительный эффект по отношению к известным ранее конструкциям, но такая замена ведет к усложнению изготовления и контроля размеров анода и при равном увеличении теплоотвода приводит к большему искажению электромагнитного поля рабочего вида колебаний по сравнению с предложенной конструкцией.

Использование предложенного технического решения позволяет снизить температуру анода и, следовательно, уменьшить газовыделение и эрозию ламелей, повысить надежность и увеличить долговечность мощных, подверженных сильным тепловым нагрузкам коаксиальных магнетронов и на этой основе продвинуться в решении такой важной задачи, как создание более мощных и коротковолновых коаксиальных магнетронов.

Повышение жесткости конструкции анода в предложенном решении позволит повысить технологичность изготовления мелкоструктурных анодов коротковолновых коаксиальных магнетронов и на этой основе повысить надежность и снизить себестоимость таких магнетронов.

Использование предложенного решения не исключает других методов увеличения теплоотвода от анода, например использования пайки свободного конца тонкой цилиндрической стенки анода к торцовой стенке коаксиального резонатора через гибкую мембрану.

Важным преимуществом предложенного технического решения является то, что трудоемкость и технологичность изготовления магнетрона существенно улучшаются по сравнению с прототипом.