свч прибор "о" типа

Формула изобретения

СВЧ-прибор О-типа, содержащий электронную пушку, магнитный экран пушки с центральным отверстием в его торцевой стенке, магнитную периодическую фокусирующую систему из ряда следующих друг за другом с противоположной полярностью кольцевых магнитов с кольцевыми полюсными наконечниками, отличающийся тем, что ближайший к пушке полюсный наконечник магнитной периодической фокусирующей системы установлен от торцевой стенки магнитного экрана с обеспечением немагнитного зазора, величина которого и диаметр отверстия экрана выбраны из выражений l_з/L 0,3 0,7 и d₁Dd₂, где l_з величина немагнитного зазора вдоль оси прибора; L период магнитной периодической фокусирующей системы; D диаметр центрального отверстия в торцевой стенке магнитного экрана пушки; d₁ и d₂ соответственно внутренний и внешний диаметры кольцевого полюсного наконечника магнитной системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронике СВЧ, а именно к мощным электровакуумным приборам "0" типа, в которых фокусировка электронных пучков обеспечена магнитными периодическими фокусирующими системами МПФС.

Известны приборы (Мельников Ю.А. Постоянные магниты электровакуумных СВЧ приборов. М. Советское радио, 1967, с. 107, 130), в которых согласование магнитных полей в области электронной пушки с магнитными фокусирующими полями МПФС осуществляется с помощью одного или нескольких вспомогательных магнитов, расположенных на оболочке пушки и охватывающих ее.

Однако такие конструкции имеют большой вес и габариты дорогостоящих вспомогательных магнитов, следовательно, всего прибора в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является электровакуумный прибор (ЛБВ) (патент США N 4057749, НКИ: 315-35, МКИ: H01J25/34), состоящий из электронной пушки, в которой создается сходящийся электронный пучок, магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС), обеспечивающей транспортировку электронного потока через пролетный канал электродинамической структуры к коллектору прибора, и устройства согласования магнитных полей в пушке с полями в регулярной части МПФС. Основными элементами устройства согласования служат магнитный экран пушки и ближний к нему кольцевой магнит. В этой конструкции путем выбора размеров кольцевого магнита и диаметра центрального отверстия в торцевой стенке экрана обеспечивают нарастающее вдоль оси прибора от катода к аноду пушки магнитное фокусирующее поле. В указанной конструкции величина второго максимума магнитного периодического поля Вг и всех остальных максимумов магнитного периодического поля регулярной области МПФС равна 0,075 Тл, а величина первого максимума В₁=0,053 Тл. Такие относительно небольшие уровни полей МПФС могут быть обеспечены магнитными кольцами с кольцевыми полюсными наконечниками с достаточно большими диаметрами отверстий в них. При этом ближайший к пушке кольцевой магнит имеет такие же размеры, как магниты в регулярной части МПФС. В этом случае для создания требуемого распределения осевого магнитного поля в пушке достаточно увеличить диаметр центрального отверстия в торцевой стенке магнитного экрана пушки.

Однако в целом ряде современных приборов с целью существенного уменьшения их габаритов и веса используют МПФС так называемого "шашлычного" типа, в которых полюсные наконечники служат частью оболочки лампы и, следовательно, имеют очень малый диаметр внутренних отверстий. При этом внешний и внутренний диаметры магнитных колец тоже существенно уменьшаются. В то же время габаритные размеры и вес ближнего к пушке магнитного кольца не могут быть уменьшены в такой же мере. Это связано с необходимостью создания магнитного поля на протяженном участке от катода до анода электронной пушки.

Кроме того, недостатком этой конструкции является то, что распределение магнитного поля в области пушки получается как результат суперпозиций магнитных полей, создаваемых ближним к экрану пушки магнитным кольцом, так и магнитами регулярной части МПФС. При различных габаритах и размерах ближнего к пушке магнитного кольца и магнитных колец регулярной части МПФС, а также ввиду того, что создаваемые ими поля в прикатодной части пушки имеют противоположную полярность, задача одновременного обеспечения на всем участке от катода до анода требуемой величины поля на катоде и требуемой величины поля первого максимума магнитного периодического поля представляет на практике значительные трудности.

Техническим результатом изобретения является уменьшение веса и габаритов ближнего к пушке магнитного кольца МПФС, а также упрощение конструкции прибора на участке между экраном пушки и начальным участком МПФС.

Технический результат достигается тем, что в СВЧ приборе "0" типа, содержащем электронную пушку, магнитный экран пушки с центральным отверстием в его торцевой стенке, магнитную периодическую фокусирующую систему (МПФС) из ряда следующих друг за другом с противоположной полярностью кольцевых магнитов с кольцевыми полюсными наконечниками, ближайший к пушке полюсной наконечник МПФС установлен от торцевой стенки магнитного экрана с обеспечением немагнитного зазора, величина которого и диаметр отверстия экрана подчинены соотношениям

l₃/L=(0,3^oC0,7); d₁Dd₂

где l₃ величина немагнитного зазора вдоль оси прибора,

L период МПФС,

D диаметр центрального отверстия в торцевой стенке магнитного экрана пушки,

d₁, d₂ соответственно внутренний и внешний диаметры кольцевого полюсного наконечника МПФС.

При таком конструктивном выполнении прибора осевое распределение магнитного поля от катода пушки до начального участка МПФС отлично от известных, в том числе от прототипа, а именно ближайший к пушке максимум магнитного периодического поля находится вне МПФС, на участке между ближайшим к пушке полюсным наконечником и торцевой стенкой магнитного экрана пушки, а первое нулевое значение поля совпадает с осевым положением ближайшего к пушке кольцевого полюсного наконечника. Величина ближнего к пушке максимума магнитного периодического поля связана с величиной амплитуды поля в регулярной области МПФС соотношением

B₁=/0,07-0,1/B₀

где B₁ величина ближайшего к пушке максимума магнитного периодического поля,

B₀ величина амплитуды магнитного периодического поля в регулярной части МПФС.

Известных авторам в науке и технике решений с данной совокупностью признаков не обнаружено. Результат, полученный у данного технического решения и обусловленный совокупностью этих признаков, не достигается в известных решениях.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено продольное сечение СВЧ прибора "0" типа, выполненного в соответствии с предполагаемым изобретением; на фиг. 2 распределение магнитного фокусирующего поля в пушке и МПФС, а также контур электронного пучка в приборе (коллекторная часть прибора выполнена в обычном виде и поэтому чертежами не представлена. Где: 1 - кольцевые магнитные МПФС, 2 полюсные наконечники, 3 немагнитные втулки, 4 электронная пушка, 5 торцевая стенка магнитного экрана электронной пушки, 6 магнитное поле прибора, 7 электронный пучок, 8 катод электронной пушки, 9 анод электронной пушки.

СВЧ прибор "0" типа включает: магнитную периодическую систему (МПФС) с периодом L, состоящую из кольцевых магнитов 1, последовательно установленных с обратной полярностью друг за другом и разделенных друг от друга посредством кольцевых полюсных наконечников 2 из магнитного мягкого материала (армко). Для увеличения амплитуды магнитного поля МПФС полюсные наконечники 2 могут иметь ступицы в области центральных отверстий. Указанные полюсные наконечники скреплены между собой немагнитными втулками 3, образуя оболочку прибора. Это позволяет значительно уменьшить диаметр центральных отверстий в полюсных наконечниках и, следовательно, использовать малогабаритные кольцевые магниты, обеспечивающие большие уровни (до 0,35-0,4 Тл) максимумов осевого магнитного поля в регулярной части МПФС. В приборе между ближайшим к пушке полюсным наконечником МПФС и торцевой стенкой 5 магнитного экрана электронной пушки 4 выполнен немагнитный зазор l₃. В торцевой стенке 5 выполнено центральное отверстие с диаметром D. В данном приборе магнитное поле 6 создано только за счет преобразования собственного магнитного поля рассеяния МПФС. Первый максимум B₁ магнитного поля 6 в приборе расположен вдоль оси прибора вне МПФС, в средней части немагнитного зазора между ближайшим к пушке полюсным наконечником 2 и торцевой стенкой 5 магнитного экрана пушки 4, а первое нулевое значение поля совпадает с ближайшим к пушке полюсным наконечником МПФС. В предлагаемом приборе преобразование собственного магнитного поля рассеяния МПФС достигается выбором величины немагнитного зазора в пределах l₃/L=(0,3^oC0,7) между ближайшим к пушке кольцевым полюсным наконечником МПФС 2 и торцевой стенкой 5 магнитного экрана в торцевой стенке в пределах d₁Dd₂, где d₁ и d₂ внутренний и внешний диаметры кольцевого полюсного наконечника 2. При таком конструктивном выполнении в предлагаемом приборе величина первого максимума B₁ магнитного поля 8 связана с максимумом B₀ поля в регулярной области соотношением:

B₁=(0,07-0,1)B₀

СВЧ прибор "0" типа работает следующим образом. Электронный пучок 7, сформированный электронной пушкой со сферическим катодом 8 и магнитным полем, силовые линии которого совпадают с траекториями электронного пучка 7, проходит область анода 9 и участок первого максимума B₁ магнитного поля 6, область нулевого значения поля. Затем пучок попадает в поле второго максимума B₂ поля, расположенного в средней части ближайшего к пушке магнитного кольца 1 МПФС. Диаметр пучка 7 в области первого максимума B₁ не достигает своего минимального значения. Пучок продолжает сходиться и приобретает минимальное значение в области второго максимума B₂ магнитного периодического поля. Дальнейшая фокусировка и транспортировка электронного пучка через пролетный канал с МПФС к коллектору прибора осуществляется обычным путем.

В предлагаемом приборе условие постоянства магнитного потока сохраняется не только на участке катод-анод, но и далее до первого максимума периодического магнитного поля, т.е. сохраняется условие B_кr²_к=B₁r²₁. В предлагаемом приборе электронный пучок 7 принимает первое минимальное значение 2r=2r мин. в области второго максимума B₂ магнитного периодического поля, непосредственно следующего за первым максимум B₁. Для обеспечения этого условия в предлагаемом приборе пушка сдвинута в сторону МПФС и катод 8 расположен относительно внешней стороны торцевой стенки 5 магнитного экрана на расстоянии l_n в пределах , где l₀ расстояние от катода до внешней стороны торцевой стенки 5 магнитного экрана пушки 4.

При этом расстояние l₁ от катода до первого максимума B₁ магнитного периодического поля выполняют в пределах



В предлагаемом приборе в дополнение к выбору его геометрии с соблюдением приведенных условий для достижения оптимальных условий фокусировки электронного пучка в пролетном канале прибора, при которых имеют место минимальные пульсации границы пучка, величину второго максимума B₂ магнитного поля 6 выбирают в соответствии с равенством

B₂=(0,5-0,7) B₀

за счет использования частично намагниченного первого кольцевого магнита. В наиболее распространенных приборах "0" типа с сеточным низковольтным управлением электронным пучком предложенное устройство формирования магнитного поля имеет еще одно преимущество перед известными. В электронных пучках такого типа формируются неламинарные электронные пучки. Отдельные слои таких пучков имеют различную сходимость и достигают минимального отклонения от оси на различных расстояниях от катода. Ввиду этого в приборах "0" типа, выполненных по прототипу, в котором положение первого максимума B₁ магнитного поля жестко связано с осевым положением, где диаметр достигает минимального значения, трудно практически осуществить согласованный встрел пучка в поле МПФС. В предлагаемом приборе первый максимум B₁ магнитного поля уменьшает разницу в сходимости слоев пучка и тем самым облегчает согласованный встрел пучка ко второй максимум поля и МПФС в целом. Таким образом, в предложенной конструкции прибора, пакетированного с фокусирующей системой типа МПФС, устройство формирования магнитного поля в области пушки и переходной области пушка-МПФС выполнено без использования дополнительного кольцевого магнита, который в приборе-прототипе имеет большие габариты и вес, чем кольцевые магниты регулярной области МПФС. Устройство позволяет более просто осуществить требуемое распределение осевого магнитного фокусирующего поля на участке от катода пушки до входной части МПФС прибора.