Магнитная фокусирующая система для свч-прибора

 

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) электронике. Магнитная фокусирующая сиаема для СВЧ-прибора 0-типа содержит пушечный полюоадй наконечник (ППН) 3, внутри которого расположен профилированный керамический изолятор 4, на котором закреплены фокусирующий электрод 5 и катодно-подогревательный узел 6. магнитный элемент (МЭ) 7 из магнитомягкого материала , в центральном отверстии которого установлен анод 8 из немагнитного материала Внутренняя поверхноаь цилиндрической боковой стенки ППН 3 и цилиндрическая боковая стенка МЗ 7 выполнены профилированными идентичной формы и имеют соотношения d s d s d 0. 0.9 0.1 l/I 0.9 I l d Md - диаz г 1 3113. метры центрального отверстия в торцовой стенке ППН 3 и МЭ 7 соответавенно: d и D - диаметры внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки МЭ 7 и ППН 3, примыкающей к его торцовой стенке, соответственно: D - диаметр внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки ППН 3, расположенной у конца, прот,ивололожного то щовой стенке; I - длина цилиндрической бокойой стенки Г1ПН 3; I - длина части цилиндрической боковой стенки ППН 3, примыкающей к его торцевой стенке с диаметром D : I - общая длина МЭ 7. Магнитная фокусирующая система имеет улучшенные массогабаритные характеристики . 5 на

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЛАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;:...

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4112304/21 (22) 04.09.86 (46) 15.11.93 Бюл. Na 41-42 (72) Тореев АИ. Явчуновский ВЯ:. Шемчик С.В..

Бондаренко С.М„. Бобров Б.Б.. Фалькенгоф АЕ (54) МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУВЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СВЧ-ПРИБОРА (57) Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) электронике. Магнитная фокусирующая система для СВЧ-прибора 0-типа содержит пушечный полюсный наконечник (ППН) 3, внутри которого расположен профипированный керамический изолятор 4, на котором закреплены фокусиру1ощий электрод 5 и катодно-подогревательный узел 6, магнитный элемент (МЭ) 7 из магнитомягкого материала, в центральном отверстии которого установлен анод 8 из немагнитного материала Внутренняя поверхность цилиндрической боковой стенки ППН 3 и цилиндрическая боковая стенка МЭ 7 (191 Я <и) 1426331 А1 (51) 5 Н01 323 087 выполнены профилированными идентичной формы и имеют следующие соотношения d d s d э г

0.1<0 /Р с0.9 0.1d /1 <0.9 I

ППН 3 и МЭ 7 соответственно: 4 и Р— диаметры

z внутренней поверхности части ооковои цилиндрической стенки МЭ 7 и ППН 3, примыкающей к его торцовой стенке, соответственно; Р— диаметр

1» внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки ППН 3, расположенной у конца, противоположного торцовой стенке; 1 — длина цилиндрической боковой стенки ППН 3; l — длина части цилиндрической. боковой стенки ППН 3, примыкающей к его торцевой стенке с диаметром Р;

1 ! — общая длина МЭ 7. Магнитная фокусирующая э система имеет улучшенные массогабаритные характеристики. 5 иа

1426331

Изобретение относится к электронике

СВЧ, а более конкретно к мощным электровакуумным приборам 0-типа, Целью изобретения является улучшение массогабаритных характеристик, В приборах 0-типа с компрессионными электронjjût4è пушками с магнитным сопровождением электронных пучков, как известно, необходимо, с одной стороны, обеспечить возможно большее по величине магнитное поле в рабочем зазоре прибора, а с другой стороны, в области пушки магнитное поле должно монотонно и по заданному, закону нарастать от катода к аноду. С помощью полюсных наконечников с непрофилированной боковой стенкой удовлетворить одновременно этим требованиям, как показали экспериментальные измерения, не удается.

На фиг.1 изображено продольное сечение СВЧ-прибора 0-; на фиг.2 — система магнитных экранов предлагаемой системы, а также создаваемое ею распределение магнитного поля; на фиг,3-5 — кривые распределения магнитного поля.

Система включает в себя оболочку 1, вакуумно-плотно и соосно соединенную с коллекторным 2 и пушечным 3 полюсными

l1акОнеч ника ли.

Внутри пушечного полюсного наконечника 3 расположен профилированный керамический изолятор 4, на котором закреплены фокусирующий электрод 5 и катодно-подогревательный узел 6 электронiioA пушки, а также магнитный элемент 7 из магнитомягкого материала, в центральном отверстии которого установлен анод 8 пушки, изготовленный из немагнитного материала. Коллекторный полюсный наконечник 2 посредством керамической втулки вакуумно-плотно соединены с коллектором 9.

Электронная пушка обеспечивает формирование аксиально-симметричного электронного пучка 10, проходящего через пролетный канал электродинамической системы 11, с вывода ли энергии, расположенной в оболочке 1, соосной электронной пушке и коллектору.

На фиг.2 схематично изображены пушечный полюсный наконечник 3, магнитный элемент 7, электронная пушка с катодом 12, фокусирующим электродом 5, анодом 8, а также создаваемое предлагаемой системой магнитных экранов монотонное распределение продольного магнитного поля в области пушки (кривая

13), На фиг.3 представлены результаты измерений распределения магнитных полей дпя случаев: полюсный наконечник без магнитного элемента(кривая 14), полюсный наконечник и непрофилированный магнитный элемент (кривая 15), полюсный наконечник и профилированный магнитный элемент той же длины, что и в предыдущем случае — 18 мм (кривая 16).

На фиг.5 приведены результаты измерения распределения магнитного поля для непрофилированного и профилированного

"0 полюсного наконечников, имеющих один и тот же внешний диаметр и общую длину, в которых отсутствовал магнитный элемент.

Измерение магнитных полей, проведенное для различных соотношений диаметров центральных отверстий в торцовых стенках полюсного наконечника d1 и магнитного элемента бз, а также различных диаметров б2 внутренней поверхности магнитного эле мента показало, что эти величины связаны

20 между собой соотношением б1 С З б2, При уменьшении диаметра отверстия в торцовой стенке магнитного элемента до значений бз < d> вместе с требуемой коррек

25 тировкой распределения магнитного псля в прикатодной области пушки возникает нежелательное значительное изменение распределения магнитного поля и в прианодной области пушки, которое при

30 дальнейшем уменьшении диаметра бз приводит даже к нарушению монотонного характера распределения магнитного осевого полл в пушке, Величину диаметра бз больше б брать нецелесообразно, так как при бз = dz изменение диаметра бз не приводит к заметному изменению распределения поля, так как оно в этом случае определяется только диаметром внутренней поверхности боковой стен40 ки магнитного элемента.

На фиг.4 представлены результаты измерений магнитных полей для следующих значений диаметра центрального отверстия в торцовой стенке магнитного элемента бз; бз = 12 мм — кривая 17, бз = 11 мм — кривая

18, бз = 9 мм — кривая 19, бз = 6 мм — кривая

20; бз=3 мм — кривая 21. Измерения проводились для диаметра в торцовой стенке полюсного наконечника d1, равного 6 мм и для значения диаметра внутренней поверхности магнитного элемента d2, равного 13 мм;

Изменение значений бз (12 и 11 мм) около значения б не приводит к заметному изменению распределения магнитного поля. Выбор значения бз, равного d1 (кривая

20), приводит к значительному снижению значений магнитного поля в прианодной области, а при выборе бз меньше d1(кривая 21) 1426331 происходит нарушение монотонного характера нарастания магнитного поля.

Зазор между боковыми и торцовыми стенками полюсного наконечника и магнитного элемента одинаковый по всей поверхности и выбирается из условий пробойного напряжения между первым анодом (совмещенным с магнитным элементом) и вторым анодом электронной пушки (совмещенным с полюсным наконечником), имеющим потенциал, равный потенциалу электродинамической системы.

Для непрофилированного полюсного наконечника с диаметром внутренней поверхности 01 = 34 мм и относительно большим диаметром центрального отверстия

d> = 25 мм в торцовой стенке толщиной

Н1 = 4 мм полюсного наконечникам уровень магнитного поля (кривая 22 на фиг,5) в рабочем зазоре прибора (т.е, между пушечным и коллекторным полюсными наконечниками) в ближней к пушечному полюсному наконечнику зоне значительно меньше требуемого (расчетного) значения (кривая 13 на фиг.2 и 5). В области же пушки уровень магнитного поля (кривая 22) намного превышает требуемую величину (кривая 13).

При уменьшении диаметра центрального отверстия dt до 4 мм уровень поля в рабочем зазоре становится близким к требуемому. Однако распределение поля в пушке становится немонотонным с резким провалом в области торцовой стенки полюсного: наконечника (кривая 23 на фиг.5). При увеличении толщины боковой стенки Н полюсного наконечника за счет уменьшения его внутреннего диаметра до 25 — 30 мм и увеличении диаметра центрального отверстия в торцовой стенке полюсного наконечника до dI = 7 мм удается снизить уровень магнитного поля в пушке и устранить провал в распределении поля (кривая 24 на фиг.5) в прианодной области, Однако неудается обеспечить одновременное совпадение распределения магнитного.паля в прикатодной, прианодной и средней частях пушки, Введение же профилирования внутренней поверхности боковой стенки пушечного полюсного наконечника при тех же его размерах (D = 37 мм, I = 40 мм, Н1 = 4 мм и

d> = 7 мм) позволяет достигать требуемого характера и уровня магнитного поля как в рабочей области прибора, так и во всех участках в пушечной области прибора (кривая

25 на фиг.5).

Если уменьшить диаметр центрального отверстия d> до 4 мм, то уровень поля (кривая 26 на фиг.5) в пушечной области снизится, но монотонный характер поля не нарушится (кэк это име",î место в непрофи5

55 лированном полюсном наконечнике — кривая 23).

Вид одноступенчатого профиля внутренней поверхности боковой стенки полюсного наконечника определяется: отноше-нием диаметра Dz части внутренней поверхности полюсного наконечника, расположенной ближе к его торцовой стенке, к диаметру 01, части этой же поверхности, расположенной дальше от его торцовой стенки; отношением осевой длины!р части поверхности полюсного наконечника диаметру Dg к общей длине I> боковой стенки полюсного наконечника, Если Iz/И 0,9, то распределение магнитного поля внутри полюсного наконечника практически такое же, как в полюсном наконечнике с внутренней поверхностью без ступени, имеющей диаметр О = Dz, При

1р/!1 < 0,1 получается распределение такое же, как при 0 = D>. Если отношение диаметров 02/01 0,9, то при любом отношении

Iz/I> влияние ступени так же мало сказывается на распределении поля и оно близко к распределению в "гладких" полюсных наконечниках с О = 03 02.

При 02/01 = 0,1 характер распределения осевого магнитного поля на участке Iz, где расположена рабочая часть пушки (промежуток катод- первый анод, второй анод), определяется только величиной диаметра

Ог.

Кроме того, при 02/01 0,1 практически становится невозможным внутри полюсного наконечника с малым диаметром

Dz разместить катод, фиксирующий электрод, первый анод и магнитный элемент с одновременным обеспечением вакуумных пробойных промежутков между ними, При сужении указанного интервала 0,1-0,9, например, до 0,3-0,7 введение профилирования приводит к более заметному влиянию степени профилирования на распределение магнитного поля.

Предложенная конструкция системы магнитных экранов позволяет существенно уменьшить толщину торцовой и боковой стенок магнитного элемента, а также его

ocesye длину.

Экспериментальные измерения, проведенные для прибора с рабочим магнитным полем 0,7 тл, показали, что требуемое распределение осевого магнитного поля в пушке обеспечивается в известной системе при толщине торцовой стенки магнитного элемента h> = 3 — 3,5 мм, толщине боковой стенки магнитного элемента Ь = 4-4,5 мм длине магнитного экрана от точки закрепления на керамическом изоляторе до нэруж1426331

20

30,35 ной части его торцовой стенки I> "22-23 мм.

В то же время в предлагаемой системе эти величины соответственно равны п1-0,7-1,0 мм, hz -0,7-1,0 мм,11-18 мм.

Таким образом, массогабаритные данные магнитного элемента в предлагаемой системе лучше и, следовательно, s ней снижаются механические нагрузки на место крепления магнитного элемента с керамическим изолятором, а также на весь изолятор, который в KoMABKTHblx пакетированных

Формула изобретения

МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУ1ОЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СВЧ-ПРИБОРА о-типа, содер, жащая пушечный полюсный наконечник и расположенный коаксиально внутри него магнитный элемент, имеющие цилиндрические боковые стенки и торцовые стенки с центральными отверстиями, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, внутренняя поверхность цилиндрической боковой стенки пушечного полюсного наконечника и цилиндрическая боковая стенка магнитного элемента выполнены профилированными идентичцрй формы, при этом выполнены следующие соотношения:

d> «dasdz;

0,1 < Dz/D> < 0,9

0,1 < Iz/I> < 0,9;

Ia< И, где d1- диаметр центрального отверстия в торцовой стенке пушечного полюсного на.конечника, мм;

dz - диаметр внутренней поверхности мощных высоковольтных приборах обычно глубоко профилирован и очень чувствителен к механическим воздействиям. Последнее имеет особенно большое значение в прибо5 рах, работающих в условиях ударных и вибрационных воздействий, (56) Патент США М 3832596. кл. 315-3.5, опублик. 1974. I0 Авторское свидетельство СССР

М 1134038, кл, Н 01 J 25(ОО, 1985. части боковой цилиндрической стенки магнитного элемента, примыкающей к его торцовой стенке, мм;

Оз - диаметр центрального отверстия в торцовой стенке магнитного элемента, мм;

D> - диаметр внутренней поверхности части боковой цилиндрической стенки полюсного наконечника, расположенной у конца, противоположного торцовой стенки, мм;

Dz - диаметр внутренней поверхности части цилиндрической боковой стенки полюсного наконечника, примыкающей к его торцовой стенке, мм;

I> -äëèHý цилиндрической боковой стенки пушечного полюсного наконечника, мм;

lz - длина части цилиндрической боковой стенки пушечного полюсного наконечника, примыкающей к его торцовой стенке с диаметром Dz, мм; ! з - общая длина магнитного элемента, мм, 1426331

2 Ф8 В.ЯИ Я 5 l8Ю 2.юр

4М2 .

Юд

1426331 коа Ю. . 2ии:

7йЮ

Редактор

Корректор M,Øàðîøè

Заказ 3244

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. уп.га арина, 101., 8

2080

2 Ф" б 8 Ю 7Е 9

Фиаб

Составитель

Техред M.Mîðlåíòýë

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5