коллектор свч-прибора о-типа (варианты)

Формула изобретения

1. Коллектор СВЧ-прибора О-типа, содержащий не менее двух закрепленных в корпусе с помощью керамических изоляторов электродов, последовательно расположенных на пути электронного пучка и имеющих полости с отверстиями для пролета электронов, причем плоскость по крайней мере одного выходного отверстия наклонена к оси пучка, отличающийся тем, что хотя бы один изолятор, крепящий электрод с выходным наклонным отверстием, выполнен в виде втулки, имеющей обращенный к указанному отверстию и совпадающий с ним по ориентации наклонный торец.

2. Коллектор СВЧ-прибора О-типа, содержащий не менее двух закрепленных в корпусе с помощью изолирующих стержней электродов, последовательно расположенных на пути электронов, выполненных в виде цилиндров, имеющих полости для пролета электронов с отверстиями в торцах цилиндров, причем выходной торец по крайней мере одного цилиндра наклонен к оси пучка, отличающийся тем, что изолирующие стержни, крепящие электрод с выходным наклонным торцом, имеют длину в соответствии с длиной цилиндрической поверхности электрода, прилегающей к стержню.

3. Коллектор по п.2, отличающийся тем, что изолирующие стержни выполнены в виде единого тела.

4. Коллектор по п.2, отличающийся тем, что по крайней мере часть изолирующих стержней выполнены составными в продольном направлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к коллекторам в лампах бегущей волны О-типа или клистронах, в которых применяется рекуперация кинетической энергии отработавших электронов.

В большинстве применяемых сегодня конструкций коллекторов электроды имеют форму тела вращения и закрепляются в корпусе с помощью керамических изоляторов в виде осесимметричных втулок или набора стержней одинаковой длины, т.е. также имеющих в совокупности форму тела вращения, аналогичную втулке. Изоляторы используются для передачи тепла от электродов к корпусу коллектора и далее к системе охлаждения (см. Роговин В.И., Семенов С.О. Коллекторы с рекуперацией для ЛБВО и клистронов: Обзоры по электронной технике. Сер.1, Электроника СВЧ. - М.: ЦНИИ “Электроника”, 1986. - вып.4 (1167). – 70 с.).

Тепловая нагрузка в осесимметричных конструкциях коллекторов равномерно распределяется в азимутальном направлении и при осесимметричной системе охлаждения температура электродов в азимутальном направлении постоянна.

Коллекторы с неосесимметричными электродами позволяют достигнуть более высоких значений КПД приборов, но при этом за счет действия поперечных электрических и магнитных полей оседание электронов на электроды коллектора становится неравномерным в азимутальном направлении (см. Журавлева В.Д., Роговин В.И., Семенов С.О. Исследование неосесимметричных двухступенчатых коллекторов. Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ, 1985, вып.10, с.19-22). Это приводит к повышению максимальной температуры электродов коллектора и, как следствие, снижает надежность прибора и ограничивает его предельную мощность.

Пример коллектора неосесимметричной конструкции, в котором неосесимметричными элементами являются наклоненные выходное отверстие первой и входное отверстие второй ступеней, а изоляторами являются керамические стержни одинаковой длины, образующие в совокупности тело, аналогичное осесимметричной керамической втулке, см. в Henry D., Pelletier A., Strauss R. A triple-power-mode 11 GHz TWT, Proc. European Microwave Conf., Venejia, 1977, p.231-236.

Наиболее близким к заявляемому решению является конструкция многоступенчатого коллектора, описанная в пат.2219518, Франция, МКИ H 01 J 25/36, H 01 J 23/24. Collecteur pour tubes a ondes progressives et tube comportant un tel collecteur. D. Henry; Thomson-CSF. - №7396563; Заявлено 23.02.73; Опубл. 20.09.74. Эта конструкция выбрана в качестве прототипа.

В этой конструкции электроды коллектора содержат неосесимметричные элементы в виде наклоненных к оси входных и выходных отверстий ступеней. Наличие неосесимметричных элементов приводит к неравномерному в азимутальном направлении оседанию электронов на электроды коллектора и, соответственно, неравномерному распределению в том же направлении тепловой нагрузки. Изоляторы электродов выполнены в виде набора керамических стержней одинаковой длины, представляющих в совокупности аналог керамической втулки с торцами, перпендикулярными оси коллектора, т.е. тело вращения.

Недостатком такой конструкции является сочетание несимметричных электродов и осесимметричных изоляторов. В малогабаритных коллекторах из-за малых поперечных и продольных размеров элементов конструкции для обеспечения требуемых пробойных зазоров между элементами коллектора с различными потенциалами изоляторы ступеней не могут выступать в продольном направлении за пределы электродов. Осесимметричные изоляторы из-за указанных ограничений имеют малые продольные размеры, что приводит к значительному повышению температуры электродов в местах повышенного токооседания и, как следствие, ограничению предельной мощности прибора, снижению его надежности и долговечности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение предельной мощности прибора, повышение его надежности и долговечности за счет улучшения теплорассеивающей способности коллектора и уменьшения его температуры.

Поставленная задача решается следующим образом: в коллекторе, содержащем не менее двух закрепленных в корпусе с помощью керамических изоляторов электродов, последовательно расположенных на пути электронного пучка и имеющих полости с отверстиями для пролета электронов, причем плоскость по крайней мере одного выходного отверстия наклонена к оси пучка, хотя бы один изолятор, крепящий электрод с выходным наклоненным отверстием, выполнен в виде втулки, имеющей обращенный к указанному отверстию и совпадающий с ним по ориентации наклонный торец.

Другим вариантом решения поставленной задачи является использование коллектора, содержащего не менее двух закрепленных в корпусе с помощью изолирующих стержней электродов, последовательно расположенных на пути электронов, выполненных в виде цилиндров, имеющих полости для пролета электронов с отверстиями в торцах цилиндров, причем выходной торец по крайней мере одного цилиндра наклонен к оси пучка, а изолирующие стержни, крепящие электрод с выходным наклонным торцом, имеют длину в соответствии с длиной цилиндрической поверхности электрода, прилегающей к стержню. Стержни могут быть выполнены в виде единого тела или составными в продольном направлении.

Отличительными признаками предлагаемого коллектора являются: в первом варианте - выполнение хотя бы одного изолятора, крепящего электрод с выходным наклоненным отверстием в виде втулки, имеющей обращенный к указанному отверстию и совпадающий с ним по ориентации наклонный торец, во втором - изолирующие стержни, крепящие электрод с выходным наклонным торцом имеют длину в соответствии с длиной цилиндрической поверхности электрода, прилегающей к стержню. Благодаря наличию этих признаков улучшается теплорассеивающая способность коллектора, уменьшается его температура, что, в конечном итоге, приводит к увеличению предельной мощности прибора, повышению его надежности и долговечности.

Изготовление коллекторов предложенной конструкции может быть осуществлено известными методами на стандартном оборудовании.

На фиг.1-3 изображены варианты конструкций коллектора, реализующие предлагаемое техническое решение.

Коллектор содержит корпус 1, электроды 2, 3 с несимметричными элементами 4 и изоляторы, которые представляют из себя керамическую втулку с наклонным торцом 5 (фиг.1), стержни в виде единого тела 6 (фиг.2) или составные стержни 7 (фиг.3).

Вторая ступень двухступенчатого коллектора, как правило, имеет большие размеры, менее теплонагружена и в меньшей степени, по сравнению с первой ступенью, ограничивает предельную мощность прибора. Поэтому в коллекторах на фиг.1-3 вторая ступень может иметь осесимметричное или наклоненное к оси входное отверстие и осесимметричный или неосесимметричный изолятор в виде керамической втулки или набора стержней.

На фиг.4 показана конфигурация двухступенчатого неосесимметричного коллектора и рассчитанные по компьютерной программе (Журавлева В.Д., Роговин В.И., Семенов С.О. Программа анализа коллекторных систем с нарушениями осевой симметрии. Электронная техника, Сер.1, Электроника СВЧ, 1983, Вып.12, с.59) траектории электронов. В первой ступени коллектора основное оседание и соответственно тепловая нагрузка сосредоточены в ее нижней части. Распределение тепловой нагрузки по поверхности первой ступени в азимутальном направлении показано на фиг.5. Нулевое значение угла соответствует положительному направлению оси Х (фиг.6). На фиг.7 приведены рассчитанные по программе (см. Универсальная программа решения двумерной стационарной задачи теплопроводности для узлов электронных приборов./ И.М.Блейвас, А.И.Жбанов, В.С.Кошелев, В.Н.Шевцов // Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ. - 1980 - Вып.12. - С.61.) распределения температуры по внутренней поверхности первой ступени в зависимости от угла при одной и той же системе охлаждения в случае применения осесимметричного (I), как в прототипе, и неосесимметричного (II), как в предлагаемом изобретении, изоляторов, которые показывают, что применение неосесимметричных изоляторов в сочетании с неосесимметричными электродами коллектора позволяет существенно уменьшить температуру электродов за счет улучшения теплорассеивающей способности коллектора и, следовательно, повысить предельную мощность прибора, его надежность и долговечность.

При использовании изоляторов в виде наборов стержней положительный эффект от применения стержней различной длины в соответствии с длиной внешней цилиндрической поверхности электродов также сохранится, хотя его количественная величина изменится из-за отличий в теплопроводности набора стержней от теплопроводности керамической втулки.

В рассмотренных примерах конструкции двухступенчатого коллектора показана возможность улучшения теплорассеивающей способности наиболее теплонагруженной - первой - ступени. Аналогичные рассуждения и примеры расчетов могут быть проведены и показан положительный эффект от предлагаемого технического решения в случае применения несимметричной второй, третьей и т.д. ступеней многоступенчатого коллектора.