Свч прибор "о" типа
Сущность изобретения: в СВЧ-приборе "О" 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 зазором, величина которого равна l3/L = (0,3oC0,7), а диаметр отверстия экрана подчинен соотношению d1D d2, 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. 2 ил.
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=(0,3oC0,7); 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=(0,3oC0,7) 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)B0СВЧ 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 Bкr2к=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 ln 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.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2