Свч-прибор м-типа

Свч-прибор м-типа

Реферат

 

Использование: в СВЧ приборах М-типа с автоэлектронным запуском. Сущность изобретения: с целью создания конструкции СВЧ-прибора, работающего при малых рабочих напряжениях (от киловольт до сотен вольт и ниже), в приборе, содержащем анод 1 и коаксиально расположенный с зазором 2 катод, состоящий из автоэлектронного и вторично-эмиссионного эмиттеров, в теле 3 последнего выполнено, по меньшей мере, одно отверстие 4, против которого размещено тело автоэлектронного эмиттера, повторяющее форму отверстия, закрепленное на несущем электроде и изолированное от тела вторично-эмиссионного эмиттера. При этом отверстие может располагаться в произвольном направлении по отношению к оси прибора, а радиус тела автоэлектронного эмиттера больше радиуса вторично-эмиссионного эмиттера на величину, составляющую не более 10% межэлектродного зазора прибора. На внутренней поверхности тела вторично-эмиссионного эмиттера может располагаться пленка материала с малой работой выхода, а под ней на несущем электроде - дополнительные эмиттеры меньшего радиуса, чем радиус тела основного автоэлектронного эмиттера. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к СВЧ приборам М-типа с автоэлектронным запуском - магнетронам.

Известен СВЧ-прибор М-типа (пат. Франция 1.306999, Н 01 J 1/30 1962 г.), содержащий анод и катод, выполненный в виде попеременно чередующихся автоэлектронных и вторично-эмиссионных эмиттеров, закрепленных на несущем стержне.

Недостатком такого СВЧ-прибора является то, что его катод не обеспечивает заданной эмиссии при больших рабочих напряжениях, составляющих несколько киловольт.

Известен СВЧ-прибор М-типа, содержащий анод и катод, выполненный из автоэлектронных эмиттеров в виде дисков, чередующихся с вторично-эмиссионными эмиттерами в виде полых тел, над поверхностью которых выступают упомянутые диски эмиттеров (ав.св. N 98715, Н 01 J 1/30 1975 г.). Основным недостатком такого прибора является то что он работает при очень высоком рабочем напряжении (более 5 киловольт). Изменение величины напряжения в сторону уменьшения вызывает срыв автоэлектронного тока за счет снижения напряженности поля у эмиттирующей поверхности автоэлектронного тела. Это вызвано тем, что расстояние между анодом и катодом порядка 0,6 0,8 мм. При таком расстоянии напряженность поля составляет 10⁵ В/см, что недостаточно для появления тока автоэлектронной эмиссии. Для магнетронов дециметрового диапазона, у которых расстояние между анодом и катодом составляет 2 мм, при рабочих напряжениях 4,2 кВ, напряженность поля составляет еще меньшую величину ( 4 10⁴ В/см).

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности СВЧ-прибора при малых рабочих напряжениях (от киловольт до сотен вольт и ниже).

Это достигается тем, что в СВЧ-приборе, содержащем анод и коаксиально расположенный с зазором катод, состоящий из автоэлектронного и вторично-эмиссионного эмиттера полого типа, в последнем выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, против которого размещено тело автоэлектронного эмиттера, повторяющее форму отверстия, закрепленное на несущем электроде и изолированное от тела вторично-эмиссионного эмиттера.

В такой конструкции катода, тело автоэлектронного эмиттера, которое закреплено на несущем электроде, можно приблизить к телу вторично-эмиссионного эмиттера на любое малое расстояние и даже вывести за внешнюю поверхность вторично-эмиссионного тела. Поэтому, даже при очень низких рабочих напряжениях на аноде и на вторично-эмиссионном эмиттере (в сотни вольт) при малых расстояниях можно создать необходимую напряженность поля на вершине автоэлектронного эмиттера, которая обеспечит автоэлектронную эмиссию, достаточную для запуска магнетрона.

В предлагаемой конструкции прибора отверстия в теле вторично-эмиссионного эмиттера могут иметь произвольную форму в зависимости от конструктивных особенностей прибора выходить под любым углом к его оси, например, щели - продольные или поперечные относительно оси катода. В первом случае напряженность поля по всей длине тела автоэлектронного эмиттера одинакова, во втором случае напряженность поля на автоэлектронном эмиттере не одинакова по периметру. Это связано, например, с конструкцией анодного узла, который представляет собой набор пустотелых резонаторов открытого типа, у которых отдельные части находятся на различном расстоянии от поверхности катодного узла.

В предлагаемой конструкции прибора тело автоэлектронного эмиттера может находиться в любом положении по отношению к телу вторично-эмиссионного эмиттера и даже выступать над поверхностью вторично-эмиссионного эмиттера на величину не более 10% межэлектродного зазора прибора. Расчеты показывают, что это предельно допустимое удаление вершины тела автоэлектронного эмиттера, при котором еще влияет потенциал вторично-эмиссионного эмиттера и все вылетевшие электроны с автоэлектронного эмиттера попадают на поверхность вторично-эмиссионного тела. Поверхность тела автоэлектронного эмиттера, может находиться на уровне внутренней поверхности тела вторично-эмиссионного эмиттера, в этом случае почти все автоэлектроны попадают на внутреннюю поверхность вторично-эмиссионного эмиттера, что не всегда экономично с точки зрения эффективности работы катодного узла, поскольку вторично-эмиссионный ток не участвует в работе прибора.

Наиболее эффективной работа автоэлектронного эмиттера будет, если уровень его поверхности находится на уровне внешней поверхности тела вторично-эмиссионного эмиттера. В этом случае вылетевшие автоэлектроны попадают на поверхность тела вторично-эмиссионного эмиттера и вызывают максимальную вторично-электронную эмиссию.

В случае, если радиус тела автоэлектронного эмиттера больше, чем радиус тела вторично-эмиссионного эмиттера, тело вторично-эмиссионного эмиттера имеет сочленения, обеспечивающие заданный размер отверстий и жесткость конструкции катодного узла. Сочленения могут иметь различную конструкцию, однако непременным условием является их жесткость и прочность.

В предлагаемой конструкции прибора для уменьшения работы выхода поверхности тела автоэлектронного эмиттера, а следовательно, и уменьшения рабочих напряжений внутренняя поверхность тела вторично-эмиссионного эмиттера может быть покрыта пленкой материала с малой работой выхода. В момент активировки вторично-эмиссионного эмиттера за счет бомбардировки его автоэлектронами происходит его нагрев с одновременным распылением пленки материала с малой работой выхода и адсорбции этого материала на поверхность тела автоэлектронного эмиттера, что вызывает снижение рабочего напряжения за счет уменьшения работы выхода автоэлектронного эмиттера.

В предлагаемой конструкции прибора кроме основного тела автоэлектронного эмиттера могут быть дополнительные автоэлектронные эмиттеры, которые расположены на несущем электроде под указанной пленкой между основными телами автоэлектронных эмиттеров и имеют меньший радиус, чем основные. Дополнительные эмиттеры необходимы для обезгаживания и активировки тела вторично-эмиссионного эмиттера. Кроме того, в соответствии с изобретением, все основные и дополнительные тела автоэлектронных эмиттеров, могут быть выполнены из материала несущего электрода и составлять с ним единое целое. Подобная конструкция устойчива к механическим вибрациям, технологична, поддается автоматизированной сборке.

С целью дополнительного снижения рабочих напряжений и стабилизации тока автоэлектронной эмиссии в последнем варианте конструкции на тела автоэлектронных эмиттеров наносится пленка тугоплавкого материала.

При очень низких рабочих напряжениях, когда зазоры между телом вторично-электронного и тела автоэлектронного эмиттера очень малы, тело вторично-электронного эмиттера может быть изолировано от тела автоэлектронного эмиттера тугоплавким диэлектриком. В подобной конструкции исключена закоротка тел вторично-эмиссионного и автоэлектронного эмиттеров.

На фиг. 1 8 показаны различные варианты конструкции прибора в соответствии пунктам формулы изобретения. Предлагаемый СВЧ-прибор М-типа - магнетрон представляет собой трехэлектродную систему, в которой имеется анод 1, отделенный от катодного узла зазором 2. В качестве сетки служит тело 3 вторично-эмиссионного эмиттера с отверстиями 4 в виде поперечной щели и тело 5 автоэлектронного эмиттера в качестве катода, находящегося на несущем электроде 6. Тела вторично- и автоэлектронного эмиттеров изолированы друг от друга вакуумным зазором. Рабочая поверхность автоэлектронного эмиттера выставлена против отверстия 4 во вторично-электронном эмиттере.

Материалом тела вторично-эмиссионного эмиттера может служить один из широко применяемых вторично-эмиссионных материалов, например, импрегнированные материалы, сплавы на основе платины и бария, а также окислы магния, бериллия и других материалов и диэлектрики. Автоэлектронные эмиттеры могут быть выполнены в виде пленок или фольги из тугоплавких материалов, например W, Ta, Nb, W-Si, Re-V.

Работа прибора состоит в следующем. При подаче на анод 1 рабочего напряжения (например, 1- 2 кВ), вторично-эмиссионный эмиттер 3 при этом находится под потенциалом земли, а на тело 5 автоэлектронного эмиттера подается отрицательный потенциал 400 1 кВ, достаточный для появления первичного тока автоэлектронной эмиссии, который бомбардируя поверхность вторично-эмиссионного эмиттера, вызывает запуск магнетрона в рабочий режим. В случае, если анод находится под потенциалом земли, то тогда на сетку 3 подается отрицательный потенциал 1 2 кВ, а на тело автоэлектронного эмиттера подается также отрицательный потенциал 1400 3 кВ. В этом варианте магнетрон работает как и в первом случае.

Конструкция катодного узла прибора может быть различной, в частности с продольным автоэлектронным эмиттером в соответствии с продольным расположением отверстия 4 во вторично-эмиссионном теле 3 (фиг.2).

Возможен вариант выполнения катодного узла, когда тело автоэлектронного эмиттера 5 выступает над поверхностью тела 3 вторично-эмиссионного эмиттера (фиг. 3). При этом тело вторично-эмиссионного эмиттера имеет сочленения 7, а тело автоэлектронного эмиттера имеет выемки 12, форма которых соответствует сочленениям вторично-эмиссионного тела. На внутренней поверхности автоэлектронного эмиттера может быть нанесена пленка 8 из материала с малой работой выхода, например, из бария (фиг.4), который понижает работу выхода поверхности автоэлектронного эмиттера с 4 эВ до 2,6 эВ, а следовательно, и рабочее напряжение более, чем на порядок. Под пленкой 8 на несущем электроде 6 расположены дополнительные тела автоэлектронных эмиттеров 9 (фиг.5). Во время активировки вторично-эмиссионного тела 3 на него подается нулевой потенциал, а на дополнительные автоэлектронные эмиттеры 9 подается отрицательное напряжение от 600 до 1000 В в течение времени активировки. Тела 5 и 9 автоэлектронных эмиттеров могут быть выполнены из материала несущего электрода, например, из молибдена (фиг.6). На фиг.7 представлено тело автоэлектронного эмиттера с нанесенной пленкой тугоплавкого материала 10, например, карбида вольфрама, либо силицида вольфрама.

При зазоре менее 1 мм между телом вторично-эмиссионного и автоэлектронного эмиттеров их тела разделены пленкой 11 тугоплавкого диэлектрика, например, нитрида бора, окиси алюминия, нитрида титана и других, выдерживающих температуру обезгаживания и активации вторично-эмиссионного тела (фиг.8).

Таким образом, минимальное рабочее напряжение, которое может быть обеспечено предлагаемой конструкцией прибора, составляет сотни вольт, что на порядок ниже, чем в известных конструкциях магнетронов.

Формула изобретения

1. СВЧ-прибор М-типа, содержащий анод и коаксиально расположенный с зазором катод, состоящий из автоэлектронного и вторично-эмиссионного эмиттеров в виде полых тел, отличающийся тем, что в теле вторично-эмиссионного эмиттера выполнено по меньшей мере одно отверстие, против которого размещено тело автоэлектронного эмиттера, повторяющее форму отверстия, закрепленное на несущем электроде и изолированное от тела вторично-эмиссионного эмиттера.

2. СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что отверстие в теле вторично-эмиссионного эмиттера расположено в произвольном направлении по отношению к оси прибора.

3. СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что радиус тела автоэлектронного эмиттера больше радиуса вторично-эмиссионного эмиттера на величину, составляющую не более 10% межэлектронного зазора прибора.

4. СВЧ-прибор по п.3, отличающийся тем, что при радиусе тела автоэлектронного эмиттера более радиуса тела вторично-эмиссионного эмиттера тело вторично-эмиссионного эмиттера имеет сочленения.

5. СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность тела вторично-эмиссионного эмиттера нанесена пленка материала с малой работой выхода.

6. СВЧ-прибор по п. 5, отличающийся тем, что под упомянутой пленкой расположены на несущем электроде дополнительные эмиттеры меньшего радиуса, чем тело основного автоэлектронного эмиттера.

7. СВЧ-прибор по п.6, отличающийся тем, что тела автоэлектронных эмиттеров выполнены из материала несущего электрода.

8. СВЧ-прибор по п. 7, отличающийся тем, что на теле автоэлектронных эмиттеров нанесена пленка из тугоплавкого материла.

9. СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что тело автоэлектронного эмиттера изолировано от тела вторично-эмиссионного эмиттера тугоплавким диэлектриком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8