Магнетрон с трансляционной линзовой оптикой

 

Использование: изобретение относится к электронике СВЧ и может найти применение в электронной промышленности. Сущность изобретения: магнетрон с трансляционной линзовой оптикой содержит анод, катод, выходное устройство и линзу, образованную двумя цилиндрическими электродами, установленными коаксиально катоду, причем линза выполнена в виде двух спиралей с одинаковым шагом, смещенных относительно друг друга на размер половины шага спирали, одна из которых в виде спиральной эмиттирующей поверхности расположена на катоде, а другая в промежутке между катодом и анодом. 1 ил.

Изобретение относится к электронике СВЧ и может найти применение в электронной промышленности.

Известно, что магнетроны допускают амплитудную модуляцию СВЧ-колебаний за счет изменения питающего напряжения или путем изменения управляющего напряжения на дополнительных электродах.

При этом модуляция основана на том, что амплитуда генерируемых колебаний в общем случае зависит от прикладываемой мощности, которая пропорциональна произведению анодного тока на напряжение. Поэтому в первом случае управление амплитудой достигается за счет изменения анодного напряжения U_a и, как следствие этого, анодного тока, в другом только за счет изменения анодного тока электрическим полем линзы при U_a const.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является магнетронный триод с линзовой оптикой, содержащий анод с резонаторной системой, катод, вывод энергии и линзу, образованную двумя цилиндрическими электродами, установленными в торцах промежутка анод-катод коаксиально катоду.

Недостатком известного решения является сравнительно высокое управляющее напряжение U_y, которое по амплитуде составляет ≈0,5 U_a, что в ряде случаев затрудняет применение магнетрона с линзой. Особенно это становится существенным при модуляции напряжением высокой частоты F. Уменьшение отверстия линзы приводит к снижению уровня выходной мощности из-за уменьшения пространства взаимодействия и уменьшения прикладываемой мощности.

Целью изобретения является снижение величины управляющего напряжения и повышение верхнего предела частоты управляемого напряжения F.

Цель достигается тем, что в магнетроне, содержащем анод, катод и выходное устройство, эмиттирующая поверхность катода и линза выполнены в виде спиралей так, что эмиссия со спиральной части эмиттера катода возможна только в промежутках между витками спирали линзы. Таким образом, вдоль длины катода над каждым эмиттирующим участком, ограниченным витками спирали, образуется пространственно-трансляционная линза.

Изменением величины и полярности напряжения на такой линзе управляется величина тока, эмиттируемая катодом, а значит, и уровень генерируемой мощности.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый магнетрон отличается конструктивно линза выполнена в виде смещенных на половину шага S/2 эмиттирующей и управляющей спиралей так, что эмиссия с катода возможны только в промежутках между витками спирали.

Таким образом заявленный магнетрон соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже представлено осевое сечение магнетрона (катод не разрезан).

Магнетрон содержит анод 1 с резонаторной системой, катод 2, вывод 3 энергии, спиральную линзу 4, полюсные наконечники 5, втулку 6 и гнездо 7 крепления спиральной линзы 4. Анод выполнен как единое целое с корпусом, в котором сделаны боковое отверстие под вывод 3 энергии и расточки под полюсные наконечники 5 и крышки 8, 9, на которых собраны с помощью керамики с одной стороны катодный узел 10 с катодом 2, выводом подогревателя 11 и втулка 6, а с другой гнездо 7. Крышки 8, 9 аргонодуговой сваркой приварены к корпусу анода 1.

Катод 2 выполнен в виде эмиттирующей цилиндрической спирали, которая ограничена спиральной канавкой 12, проточенной в теле катода 2, либо неэмиттирующим покрытием на поверхности катода. Спиральная линза 4 выполнена в виде цилиндрической спирали из тугоплавкой проволоки с шагом S, равным шагу спиральной канавки 12, и размещена коаксиально катоду так, что эмиттирующая поверхность катода 2 находится между витками спирали линзы 4. Одним своим концом линза 4 жестко закреплена на втулке 6, а другим входит в гнездо 7. Для повышения устойчивости линзы 4 наружный размер спирали сошлифован на величину диаметра проволоки спирали.

Магнетрон работает следующим образом.

При включенном магнитном поле (на чертеже магниты не показаны), накале катода 2 и напряжении между анодом 1 и катодом 2 магнетрон генерирует электромагнитные колебания с уровнем мощности Р. На спиральную линзу 4 с помощью втулки 6 или гнезда 7 подается управляющее напряжение U_y положительной или отрицательной полярности относительно катода 2. Таким образом на электрическое поле между анодом и катодом накладывается электрическое поле промежутка линза-катод, которое в случае отрицательной полярности на линзе при его увеличении уменьшает величину анодного тока, вплоть до полного прекращения токопрохождения, либо увеличивает его при положительной полярности.

При этом в пространстве взаимодействия изменяется количество электронов, взаимодействующих с полем замедленной волны, что приводит к изменению выходной мощности.

Выбором шага спирали линзы 4 и зазора между линзой 4 и эмиттирующей поверхностью катода 2 достигается заданная крутизна управления мощностью генерируемых колебаний. Так как под витками спирали линзы 4 отсутствует эмиттирующая поверхность или она достаточно удалена от металла линзы, то ток на спираль линзы 4 отсутствует не только при отрицательном потенциале, но и при небольшом положительном потенциале на линзе.

Таким образом, в предлагаемом магнетроне с трансляционной линзовой оптикой значительно снижается величина управляющего напряжения и за счет применения широкополосного почти бездисперсного устройства линзы достигается широкополосность модуляции на высоких частотах. При этом мощность генерируемых колебаний может быть значительно выше, чем у магнетрона с линзовой оптикой. В результате применения предлагаемого изобретения улучшаются эксплуатационные характеристики, а именно существенно уменьшаются масса, габариты и стоимость аппаратуры и упрощаются устройства модуляции, в которых применяется магнетрон.

Формула изобретения

МАГНЕТРОН С ТРАНСЛЯЦИОННОЙ ЛИНЗОВОЙ ОПТИКОЙ, содержащий анод, катод, выходное устройство и линзу, образованную двумя цилиндрическими электродами, установленными коаксиально катоду, отличающийся тем, что линза выполнена в виде двух спиралей с одинаковым шагом, смещенных одна относительно другой на половину шага спирали, одна из которых в виде спиральной эмиттирующей поверхности расположена на катоде, а вторая в промежутке между катодом и анодом, причем концы ее жестко закреплены на торцах анода и один из них подключен к источнику управляющего напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1