Электронный вакуумный прибор свч-диапазона

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сова Советских Социалистических Республик/26 динением заявкиприсо ПК Н 0 Пр пори Опубли Комитет по делам обретений и открытийта опубликования описанг Авторыизобретени ортаф:ч. Л. Капица, С, И. фили Заявите блем АН СССР ститут физических и 1",. г УУЧНЬ ЕКТРОН НЫ й Заявлено 13.ХЬ.1967 ( Приборы магнетронного типа (магнетроны, амплитроны, платинотроны и др.) общеизвестны и широко применяются в различных областях электроники сверхвысоких частот, преимущественно для радиосвязи и радиолокации. Преимуществом приборов этого типа является их сравнительно высокий к.п.д. (50 - 70%) при высокой выходной мощности, отдав аем ой в,им пульсе.Цель изобретения - создание магнетронного прибора, способного непрерывно генерировать мощные СВЧ-колебания, что позволило бы использовать такой прибор для решения задач не только радиосвязи, но и энергетики.В качестве резонансной системы в предложенном приборе используется круглый волноводный резонатор с колебаниями Но 1 р . Такой волноводный резонатор с колебаниями Но 1 р при большом объеме имеет достаточно разреженный спектр, поскольку колебания Но 1 р выгодно отличаются от остальных колебаний тем, что имеют наивысшую добротность.Начальное формирование электронных язычков облегчается увеличением высокочастотного поля в прикатодной области, Чтобы добиться этого, предлагается катод выполнить в виде такой же периодической структуры, что и анод. При синфазных колебаниях обеих периодических структур в прикатодной области будут такие же поля, как и в прианодной. 5 10 15 20 25 30 РИБОР СВтЬ-ДИАПАЗО Совместные колебания в анодной и катодной системах можно получить, связывая эти системы с,общим высокодобротным резонатором, В этом случае колебания анодной и катодной систем как бы вынуждаются колебаниями резонатора. При этом катодная и анодная электродные системы могут быть взаимно расположейы либо как в нормальном магнетроне, либо как в инверсном. Анодные потери можно существенно снизить, если устранить орбитальное движение электронов.Для получения прямолинейной траектории электронов предполагается эмпттирующую часть катода выполнить в виде нитей или тросиков (термокатодов) из тугоплавкого металла (например, вольфрама), которые утоплены в продольных пазах катода на глубину, обеспечивающую устранение кругового орбитального движения.1-1 а фиг, 1 схематически показан предложенный прибор в поперечном сечении, у которого взаимное расположение анодной и катодной электродных систем соответствует нормальному. магнетрону; на фиг. 2 - аналогичный прибор инверсного типа (обратное расположение анодной и катодной электродных систем); на фиг. 3 - расположение термокатода на элементе катодной электродной системы,Злектроды прибора расположены внутри круглого волноводного резонатора 1. Соосно5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 с последним расположены две электродные системы - анодная и катодпая. Лнодная система состоит пз нескольких элементов 2, расположенных по окружности и вытянутых вдоль оси прибора.(На фиг, 1 и 2 показано 16 таких стержней, однако их количество может быть больше плп меньше этой величины). Какдый элемент представляет собой металлический стержень прямоугольного или иного сечения. Эти элементы (стержни) расположены по окружности таким образом, что каждые два соседних обращены один к другому своими узкими сторонами и разделены щелью 3,Катодная электродная система также состоит из нескольких элементов (стержней) 4, р асположенных по окружности, соосной с анодной электродной системой. Число элементов в катодной и анодной электродных системах одинаково. Каждый элемент анодной си стемы расположен против одного из элементов катодной системы так, что каждая щель 3 между элементами анодной системы расположена против щели б меяду элементами катодной системы.При этом катодная электродная система маркет быть расположена как внутри анодной системы, как в обычном приборе магнетронного типа (фиг. 1), и наоборот, как в приборе инвер сна-м агнетр онного типа (фиг. 2) .В стенках круглого волновода, а также в элементах электродных систем, могут быть предусмотрены каналы (на фиг. показаны) для жидкостного охлаждения, например дисгпллпрованной водой.Кольцевос пространство б между наружной электродной системой и внутренней стенкой круглого волноводного резонатора 1 соединяется пространством 7, образованным внутренней электродной системой, через щели 3 и 5. При этом пространства б и 7 образуют общую единую полость, в которой возбуядаются электромагнитные колебания. Кольцевое пространство 8 между обеими электрод ными системами является пространством взаимодецствия электромагнитного поля, возбуждаемого в резонаторной системе, с потоком электронов,Катод выполнен не в виде сплошного цилиндра, а в виде нескольких расположенных по окружности элементов (стержней или ламелей) 4, разделенных щелями б. Общий для всей катодной системы подогреватель всей поверхности катода (как в обычных магнетропах) при этом отсутствует.Электроны испускаются отдельными термокатодами (испускателями) 9, расположенными в продольных пазах 10 на поверхности элементов катодной электродной системы, обращенной к пространству взаимодействия. Испускателем может быть как прямоканальный, так и подогревный термокатод,На фиг. 3 схематически показан пример выполнения испускателя 9 в виде натянутого отрезка проволоки, один конец 11 кото. 4рого соединен с катодом, а другой конец 12 присоединен к токоподводу, через который на испускатель подается напряжение канала,Эмиссия электронов происходит неравномерно со всей поверхности катода, а лишь из отдельных испускателей, располокеннЫх в продольных пазах элементов катодной электродной системы.Каждый испускатель 9 расположен не заподлицо с краями паза 13 (в котором он расположен), а несколько глубже, т, е, в приборе (фиг. 1) расстояния от продольной оси симметрии прибора до обращенной к пространству взаимодействия поверхности каждого испускателя меньше, чем расстояния от той же оси до обращенной к пространству взаимодействия поверхности каждого из элементов катодной электродной системы; для прибора инверсного типа (фиг. 2) наоборот расстояния от оси прибора до испускателей больше, чем до поверхности катодных элементов.На одном элементе 4 катодной системы может располагаться не один паз 10 с испускателем 9, а несколько. Ряд элементов может не иметь пазов с испускателями, но при этом расположение испускателей должно иМеть определенную периодичность, т, е. они должны располагаться через один или два, или три и т. д. элемента, Если принять, что начальная скорость электрона равна нулю и на него действуют силы, определяемые напряженностями статических электрического и магнитного полей Е и Н, перпендикулярных одно другому, то глубина, на которую необходимо погрузить эмиттеры для устранения кругового движения, оказывается равной3= -Н 2 Н 2 Для увеличения общей мощности прибора можно использовать несколько анодно-катодных систем описанного типа, располагая их вдоль оси цилиндрического резонатора со сдвигом, кратным половине волноводной длины волны. При возбуждении колебания Нор цилиндрического резонатора в целом отдельные системы будут работать в унисон и их мощность будет складываться; установление совместных колебаний анодной и катодной систем происходит за счет связи этих систем с общим высокодобротным резонатором,Предмет изобретения1. Электронный вакуумный прибор СВЧ- диапазона со скрещенными магнитным и электрическим полями, работающий на принципе взаимодействия летящих электронов с электромагнитным полем и содержащий резона- торную систему, имеющую круговую периодическую симметрию и расположенную параллельно силовым линиям магнитного поля, а также две соосные с ней и присоединенные к источнику напряжения катодную и анодную электродные системы, меяду которыми расположено пространство взаимодействия электронов с полем, причем катодная электродная248850 2 система является источником электронов и имеет вид полого цилиндрического тела, а анодная электродная система выполнена в виде нескольких электрически связанных между собой элементов, при этом каждые два соседних элемента разделены щелью, которая расположена параллельно оси симметрии всей системы и соединяет полость резонатора с пространством взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью значительного повышения СВЧ-мощности, генерируемой прибором в непрерывном режиме, резонаторная система представляет собой отрезок волноводной линии круглого сечения, а катодная электродная система выполнена в виде полого цилиндра со сквозными щелями, которые разделяют его на несколько электрически между собой связанных элементов (ламелей), причем, по крайней мере, часть этих элементов имеет на своей обращенной к пространству взаимодействия стороне одно или несколько вытянутых в длину углублений, продольная ось которых параллельна щелям, а в каждом из углублений параллельно им на одинаковых расстояниях от оси круговой симметрии прибора расположены термокатоды (испускатели),2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что количество щелей в обеих электродных системах одинаково, причем ось каждой из.щелей одной электродной системы лежит на одной прямой с осью одной из щелей другой электродной системы.3. Прибор,по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что щели каждой из электродных систем расположены на одинаковых угловых расстояниях одна от другой,4. Прибор по пп, 1 - 3, отличающийся тем,что элементы катодной электродной системы,5 в которых имеются углубления с размещенными в них испускателями, находятся на одинаковом угловом расстоянии один от другого.5. Прибор по пп. 1 - 4, отличающийся тем,что каждый испускатель по всей своей дли 10 не находится ниже края углубления, в котор ом он р а с положен.б, Прибор по пп. 1 - 5, отличающийся тем,что, по крайней мере, часть каждого из элементов катодной электродной системы со сто 15 роны, обращенной к пространству взаимодействия, изготовлена из материала с низкимкоэффициентом вторичной эмиссии.7. Прибор по пп. 1 - б, отличающийся тем,что элементы обеих электродных систем имеют20 внутренние полости для жидкостного охлаждения,8. Прибор по пп. 1 - 7, отличающийся тем,что он содержит несколько аналогичных анодно-катодных систем, расположенных вдоль25 общей оси цилиндрического резонатора - отрезка волновода со сдвигом, кратным половине волноводной длины волны.9, Прибор по пп, 1 - 8, отличающийся тем,что катодная электродная система расположе 30 на внутри соосной с ней анодной электроднойсистем ой.10. Прибор по пп. 1 - 8, отличающийся тем,что катодная электродная система расположена снаружи соосной с ней анодной системой.248850 2 3г 2Составигель А. И. Фигнерилова Техред 3. Н, Тараненко Корректор А, С. Колабинктор Т Заказ 3419/5 Тираж 480 Подписпо ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5