магнетрон

Формула изобретения

1. Магнетрон, содержащий цилиндрический анод и коаксиально расположенный в нем с зазором катодный узел, состоящий из вторично-электронного и обращенного в пространство взаимодействия автоэлектронного эмиттера и боковых фокусирующих фланцев, отличающийся тем, что магнетрон снабжен дополнительным электродом, на котором закреплен автоэлектронный эмиттер, проходящий через по крайней мере одно отверстие, выполненное по крайней мере в одном боковом фокусирующем фланце на расстоянии, обеспечивающем электрическое поле, достаточное для получения эмиссии с автоэлектронного эмиттера.

2. Магнетрон по п.1, отличающийся тем, что в каждом боковом фокусирующем фланце выполнено по крайней мере одно отверстие в виде канавки, а автоэлектронный эмиттер проходит через них над поверхностью вторично-электронного эмиттера.

3. Магнетрон по п.2, отличающийся тем, что вторично-электронный эмиттер выполнен в виде спирали.

4. Магнетрон по п.1, отличающийся тем, что автоэлектронный эмиттер выполнен пленочным и расположен в отверстиях, вытянутых вдоль окружности или по радиусу боковых фокусирующих фланцев.

5. Магнетрон по п.2, отличающийся тем, что автоэлектронный эмиттер имеет изгиб в сторону рабочей поверхности вторично-электронного эмиттера.

6. Магнетрон по п.1, отличающийся тем, что во вторично-электронном эмиттере выполнена прорезь, в которой размещен автоэлектронный эмиттер.

7. Магнетрон по п.6, отличающийся тем, что прорезь во вторично-электронном эмиттере выполнена спиральной.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в приборах СВЧ типа.

Известен магнетрон [1], содержащий анод, катод, у которого для концентрации электрического поля часть поверхности тела выполнена в виде дисков с заостренным краем с расположенным на нем множеством тонких проволочек.

Недостатком этого магнетрона является то, что в процессе работы не может быть обеспечена стабильная автоэлектронная эмиссия, т.к. изменяется форма острых кромок и ухудшается так называемый формфактор, что приводит к уменьшению напряженности электрического поля.

Наиболее близким решением к заявленному является магнетрон [2], содержащий цилиндрический анод и коаксиально расположенный в нем с зазором катодный узел, состоящий из автоэлектронного и вторично-электронного эмиттеров, причем вторично-электронный эмиттер выполнен в виде цилиндра и имеет с двух сторон фланцы, являющиеся фокусирующим экраном.

Основным недостатком такого магнетрона является то, что конструкция катодного узла не обеспечивает запуск прибора в рабочее состояние при низких рабочих напряжениях (U_раб. < 6 кв), что существенно сужает область его использования.

Расчеты электрического поля на катоде для магнетронов сантиметрового и дециметрового диапазона длин волн при анодном напряжении от сотен до нескольких киловольт (5 kV) показывают, что напряженность электрического поля не превышает 510⁶ В/см.

Величина напряженности электрического поля, необходимая для автоэлектронной эмиссии, должна составлять не мене 510⁷ В/см при работе выхода эмиттирующего элемента не более 4 эV. Напряженность поля порядка 10⁶ В/см недостаточна для появления эмиссии с автоэлектронного катода, выполненного из фольги толщиной от нескольких десятых до нескольких микрон.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемой конструкцией магнетрона, по сравнению с известным уровнем техники является обеспечение возможности создания напряженности поля на рабочей поверхности автоэлектронного эмиттера при очень малых рабочих напряжениях (от нескольких киловольт до сотен вольт), которая вызвала ток автоэлектронной эмиссии, достаточный для мгновенного запуска магнетрона в рабочее состояние без предварительного разогрева катода.

Технический результат достигается за счет того, что магнетрон снабжен дополнительным электродом, на котором закреплен эмиттер, проходящий через по крайней мере одно отверстие, выполненное по крайней мере в одном боковом фокусирующем фланце, на расстоянии, обеспечивающем напряженность электрического поля, достаточного для появления эмиссии с него.

Кроме того, в каждом боковом фокусирующем фланце выполнено по крайней мере одно отверстие в виде канавки, а автоэлектронный эмиттер проходит через них над поверхностью вторично-электронного эмиттера. В некоторых случаях вторично-электронный эмиттер может быть выполнен в виде спирали.

Автоэлектронный эмиттер выполнен пленочным и расположен в отверстиях, вытянутых вдоль окружности или по радиусу боковых фокусирующих фланцев.

Автоэлектронный эмиттер имеет изгиб в сторону рабочей поверхности вторично-электронного эмиттера.

Во вторично-электронном эмиттере выполнена прорезь, в которой размещен автоэлектронный эмиттер. Прорезь во вторично-электронном эмиттере выполнена спиральной.

Кроме того, для изменения напряженности поля автоэлектронный эмиттер выполнен с возможностью изменения зазора относительно вторично-электронного эмиттера.

Наличие других отличительных признаков, описанных в дополнительных пунктах формулы изобретения, усиливает вышеуказанный технический результат.

Выполнение дополнительного электрода и автоэлектронного эмиттера, закрепленного на дополнительном электроде на расстоянии (с зазором) от бокового фокусирующего фланца, дает возможность создать такой зазор, который позволяет обеспечить такую напряженность электрического поля на автоэлектронном эмиттере, которая будет достаточна для появления с него необходимой величины тока автоэлектронной эмиссии.

Выполнение на фланце (фланцах) сквозного посадочного ложа (прорези или отверстия) дает возможность изменения (уменьшения) расстояния между краями ложа во фланце и автоэлектронным эмиттером, а следовательно, подача небольшого напряжения на эмиттер создает необходимую напряженность электрического поля на рабочем торце автоэлектронного эмиттера, достаточную для появления необходимой величины первичного тока, который, бомбардируя вторично-электронный эмиттер, обеспечивает рабочий токе магнетрона.

В зависимости от величины запускающего тока автоэлектронные эмиттеры могут быть выполнены пленочными и расположенными в канавках боковых фокусирующих фланцев и проходить над поверхностью вторично-электронного эмиттера.

Чтобы исключить влияние напряжения автоэлектронного эмиттера на перераспределение потенциала в межэлектродном пространстве магнетрона, вторично-электронный эмиттер имеет форму цилиндра, в котором выполнена по крайней мере одна прорезь с открытой стороной, в которой находится тело автоэлектронного эмиттера.

Для увеличения эффективности использования автоэлектронных эмиттеров они могут располагаться в отверстиях, которые вытянуты вдоль окружности или радиуса бокового фокусирующего фланца.

Для снижения ионной бомбардировки рабочего торца тело автоэлектронного эмиттера имеет изгиб в сторону вторично-электронного эмиттера таким образом, чтобы рабочий торец автоэлектронного эмиттера находился над поверхностью цилиндра вторично-электронного эмиттера. В этому случае ионы, образованные в межэлектродном пространстве, не могут воздействовать на геометрию торца автоэлектронного эмиттера, а вылетевшие вторичные электроны образуют облако пространственного заряда, которое нейтрализует заряд потока ионов.

В некоторых случаях тело автоэлектронного эмиттера может быть выполнено в виде спирали, расположенной в соответствии с наклоном и шагом спирали вторично-электронного эмиттера, что обеспечивает более эффективное взаимодействие автоэлектронного и вторично-электронного эмиттеров.

Новизна предложенного технического решения состоит в том, что предложена новая конструкция магнетрона с новой совокупностью признаков, отличающихся от известных аналогов и прототипа.

Все признаки, характеризующие данный объект и внесенные в формулу изобретения, являются существенными, т.к. только благодаря их совокупности достигается тот результат, который ожидается от использования предложенного технического решения.

Кроме того, указанные отличительные признаки проявляют новые свойства. Устройство также имеет возможность практической осуществимости.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критериям изобретения: "новизна", "промышленная применимость" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен магнетрон с игольчатым автоэлектронным эмиттером, расположенным в отверстии фланца; на фиг. - 2 сечение магнетрона по А-А; на фиг. - 3 магнетрон с игольчатым эмиттером, расположенным на двух фланцах; на фиг. 4 - сечение по В-В; на фиг. 5 (а и б) - изображен магнетрон и сечение магнетрона по А-А с автоэлектронным эмиттером, расположенном в прорези бокового фокусирующего фланца с открытой стороной; на фиг. 6 (а и б) - выполнение вторично-электронного эмиттера в виде спирали с расположенным над ним автоэлектронным эмиттером; на фиг. 7 - выполнение автоэлектронного эмиттера в виде пленки, расположенной в боковом фокусирующем фланце в отверстиях, вытянутых по окружности; на фиг. 8 - расположение эмиттера в отверстиях, вытянутых вдоль радиуса фокусирующего фланца; на фиг. 9 - автоэлектронный эмиттер с изгибом в сторону вторично-электронного эмиттера; на фиг. 10 (а и б) - магнетрон и его сечение по А-А в теле вторично-электронного эмиттера выполнена канавка для автоэлектронного эмиттера; на фиг. 11 - выполнение автоэлектронного эмиттера в виде спирали, расположенной в соответствии с наклоном и шагом спирали вторично-электронного эмиттера.

Магнетрон содержит цилиндрический анод 1 и коаксиально расположенный в нем с зазором 2 катодный узел, состоящий раздельно из дополнительного электрода 3 с автоэлектронным эмиттером 4 и вторично-электронным эмиттером 5. При этом вторично-электронный эмиттер 5 выполнен в виде цилиндра и имеет с двух сторон фланцы 6, являющиеся фокусирующим экраном.

В одном (или в двух) фланце (фланцах) выполнено сквозное посадочное ложе 7 для размещения автоэлектронного эмиттера, связанного с дополнительным электродом 3 и изолированного от вторично-электронного эмиттера 5 и фланца (фланцев) 6.

Посадочное ложе 7 может быть выполнено в виде по меньшей мер одной прорези 8 с открытой стороной 9, либо в виде по меньшей мере одного отверстия 10. Конструкция боковых фокусирующих фланцев имеет прорезь 8 с открытой стороной 9. Отверстие 10 может быть вытянуто вдоль радиуса фланца 6 или вдоль его окружности.

Конструкция автоэлектронного эмиттера 4 может быть выполнена в виде замкнутого контура со сложным профилем, а также по форме спирали или игольчатой формы с закреплением на дополнительном несущем электроде 3. Автоэлектронный эмиттер 4 может быть выполнен пленочным и расположенным в отверстиях 10, вытянутых вдоль окружности фланца.

В зависимости от решаемой задачи, автоэлектронный эмиттер 4 может иметь изгиб в сторону поверхности вторично-электронного эмиттера 5.

Для обеспечения работоспособности магнетрона при малых рабочих напряжениях в теле вторично-электронного эмиттера 5 выполнено по крайней мере одно отверстие (на фиг. не показано), напротив которого (которых) расположен автоэлектронный эмиттер 4. В теле вторично-электронного эмиттера 5 может быть выполнена прорезь или канавка 11 для размещения в ней автоэлектронного эмиттера 4.

В качестве материала автоэлектронного эмиттера может быть использована пленка или фольга, а также нить вольфрама, тантала, или ниобия, а вторично-электронный эмиттер выполнен из материала типа оксидов либо материалов платиновой группы, легированных барием, сплавов на основе палладия, бария, а также смесей на основе окислов магния, бериллия и других металлов и диэлектриков.

Фланцы 6 могут быть изготовлены из молибдена либо другого тугоплавкого материала.

Магнетрон используется следующим образом. Анод 1 прибора заземляется, а на вторично-электронный эмиттер 5 и фланцы 6 подается отрицательное рабочее напряжение, первичный ток возбуждения магнетрона обеспечивается автоэлектронной эмиссией с эмиттера 4, на который через дополнительный электрод 3 подано еще более низкое по отношению к вторично-электронному эмиттеру 5 или фланцу 6 напряжение, которое обеспечивает необходимую напряженность поля и возникновение автоэлектронного тока. Первичные электроны, эмиттируемые с автоэлектронного эмиттера 4, ускоряясь и меняя направление под действием сверхвысокочастотного электромагнитного поля, частично подают на вторично-электронный эмиттер 5, выбирают вторичные электроны, которые, в свою очередь, лавинно размножаясь, обеспечивают основной рабочий ток магнетрона. В некоторых случаях вторично-электронный катод представляет собой спираль 5, для активировки которой пропускается ток прямого накала.

Для снижения автоэлектронного тока и соответственно нагрузки на одиночный эмиттер в отверстия 10, во фланце 6 может быть установлено n-ное количество автоэлектронных катодов игольчатой формы.

В качестве автоэлектронных эмиттеров 4 могут служить пленки, расположенные по окружности в соответствии с расположением отверстий 10.

В такой конструкции ток автоэлектронных эмиттеров значительно выше, чем у игольчатых катодов.

Рабочий торец автоэлектронного эмиттера, обращенный ко вторично-электронному эмиттеру, не подвергается ионной бомбардировке, поскольку электронное облако вторичных электронов нейтрализует заряд потока ионов, летящих с анода 1. Таким образом, обеспечивается высокая долговечность автоэлектронного эмиттера. В случае исключения влияния потенциала катода на потенциал межэлектронного пространства вторично-электронном эмиттере делается прорезь 11.

С целью уменьшения нагрузок на автоэлектронный эмиттер он изготавливается в виде спирали, обладающей максимальной площадь эмиттирующей поверхности, с шагом и углом наклона спирали вторично-электронного эмиттера.

Предлагаемая конструкция магнетрона обеспечивает мгновенный запуск в режим при холодном катоде и поддержание высокого уровня вакуума в приборе, что гарантирует высокую долговечность работоспособности прибора.

Данное техническое решение позволяет получить напряженность поля на автоэлектронном эмиттере, достаточную для возбуждения магнетрона с одного импульса, при анодном напряжении (от сотен вольт до единиц киловольт и выше) и без предварительного разогрева катода. Это позволяет увеличить срок службы магнетрона, повысить его надежность и надежность устройства, в котором он используется.