Электронная лампа свч

Электронная лампа свч

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА СВЧ для генерирования и усиления мощности, содержащаясистемукоаксиально расположенных цилиндрических электродов, состоящую из катода, по крайней мере одной сетки и анода, цилиндрическая поверхность которого, обращенная к катоду, разделена кольцевыми выступами на несколько камер, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, отношение высоты кольцевого'выступа к расстоянию между торцевой поверхностью выступа и поверхностью ближайшей к аноду составляет 0,5-2.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я}5 Н 01 J 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 1807167/25 (22) 10.07.72 (46) 30.10.91. Бюл, M. 40 (72) А.И.Бушеев, А,P.Òåððà и M.À.Øåíñåíвол (53) 621.385.6(088.8) (54)(57) ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА СВЧ для генерирования и усиления мощности, содержащая систему коаксиально расположенных цилиндрических электроИзобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к электронным . лампам СВЧ, предназначенным для использования в качестве усилителей и генераторов мощности СВЧ.

Одним из основных требований, предьявляемых к электродным лампам СВЧ, является обеспечение высокой энергетической эффективности, т.е. высокого значения

КПД, Одним из основных факторов, оказывающих существенное влияние на электронный КПД электронных ламп СВЧ является вторичная эмиссия с анода.

Известны электронные лампы СВЧ, содержащие коаксиально расположенные цилиндрические электроды, состоящие из катода, по крайней мере одной сетки и анода, имеющего на поверхности, обращенной к катоду, камеры.

До настоящего времени s электронных лампах СВЧ использовались мелкоструктурные камеры, глубины которых предпочтительно больше их ширины и значительно меньше междуэлектродного расстояния. Камеры в этом случае работают как механические улавливатели электронов вторичной

„„5Q „„469390 А1 дов, состоящую из катода, по крайней мере одной сетки и анода, цилиндрическая поверхность которого, обращенная к катоду, разделена кольцевыми выступами на несколько камер, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, отношение высоты кольцевого выступа к расстоянию между торцевой поверхностью выступа и поверхностью ближайшей к аноду составляет 0,5 — 2. эмиссии за счет ограничения пространства вылета вторичных электронов стенками камер, При работе электронного прибора в области СВЧ время пребывания. как первичных, так и вторичных электронов в выходном междуэлектродном промежутке сравнимо с периодом ВЧ колебаний. Поэтому скорость, с которой большинство вторичных электронов возвращается на анод, существенным образом отличается от скорости, с которой они вылетают с анода. Дополнительная энергия, приобретаемая вторичными электронами, заимствуется из энергии СВЧ электрического поля и выделяется в виде тепла на аноде. Это явление обуславливает значительное снижение электронного КПД ламп СВЧ, Так в диапазоне сравнительно небольших статических углов пролета ф = 0,2 — 0,7 теоретический электронный КПД СВЧ приборов в классе "В" (без учета влияния вторичной. электронной эмиссии) составляет

70-77%. В реальных условиях в электронных приборах всегда имеют место вторичйозмиссионные эффекты, которые обусловливают снижение электронного

469390 фиг,2 — выходной междуэлектродный промежуток; на фиг.3 — зависимость анодного 25

45

55

КПД до 35-40 в указанном диапазоне статических углов пролета. В области больших углов пролета электронный КПД низок вследствие пролетных явлений, поэтому эта область не представляет интереса с практической точки зрения.

Целью изобретения является повышение КПД электронных ламп СВЧ.

Эта цель достигается созданием электронной лампы СВЧ с системой коаксиально расположенных цилиндрических электродов. состоящей из катода, по крайней мере одной сетки и анода, цилиндрическая поверхность которого, обращенная к катоду, разделена кольцевыми выступами на несколько камер; отличительная особенность предлагаемой лампы в том, что отношение высоты кольцевого выступа к расстоянию между торцевой поверхностью выступа и поверхностью ближайшей к аноду сетки выбрано в пределах 0,5 — 2, На фиг.1 схематически показана предлагаемая лампа, продольный разрез; на напряжения от времени; на фиг.4 — 0poстранственно-временные диаграммы движения первичного и вторичного электронов в выходном междуэлектродном промежутке для анода с камерами, глубина котооых значительно меньше междуэлектродного расстояния выходного зазора; на фиг,5— пространственно-временные диаграммы, показывающие движение первичного и вторичного электронов для электронной лампы

СВЧ.

Электронная лампа СВЧ (фиг.1) включает катодный узел 1, управляющую сетку 2, экранную сетку 3 и анод 4. Электроды расположены коаксиально, Катодный узел 1 состоит из керна катода 5 и подогревателя 6, расположенного внутри катода 5. Управляющая сетка выполнена в виде стержневой се1ки типа беличьего колеса, образованного стержнями 7. Экранная сетка выполнена из стержней 8 также в виде сетки типа беличьего колеса. Стержни 8 экранной сетки 3 расположены в тени стержней

7 управляющей сетки 2. На поверхности анода 4, обращенной к катоду 5, расположены кольцевые камеры 9, образованные кольцевыми выступами 10, часть внутренней поверхности анода 4, расположенная между кольцевыми. выступами 20, образует дно 11 камеры 9. Поверхности выступов

10, обращенные в камеру 9, образуют боковые стенки 12 камер 9. Узкая поверхность кольцевого выступа 10, обращенная к катоду 5, образует торцовую поверхность 13 выступа 10.

На фиг.2 показан схематический вид выходного междуэлектродного промежутка, образованного поверхностью расположения торцовых поверхностей 13, выступов

10, камер 9, анода 4 и поверхностью экранной сетки 3, в котором осуществляется энергообмен между модулированным по плотности электронным потоком и высокочастотным полем выходной колебательной системы. Расстояние между этими поверхностями обозначено буквой d. Расстояние между торцевой поверхностью 13 выступов

10 и дном 11 камеры 9 является глубиной камеры 9 и обозначено буквой h. Расстояние между стенками 12 выступов 10 камеры 9 является шириной камеры 9 и обозначено b, Отношение глубины камеры и к расстоянию d между торцовой поверхностью выступов 10 анода 4 и поверхностью экранной сетки 3 лежит в пределах 05 — 2. — = 0,5 — 2.

Выбор такого соотношения обеспечивает повышение КПД.

При работе известной электронной лампы СВЧ, имеющей анод с мелкоструктурной нарезкой или мелкоструктурными камерами, первичные электроны наводят на выходном междуэлектродном промежутке переменное напряжение 14, зависимость которого от времени показана на фиг.3. На фиг.4 . показана и растра нствен но-временная диаграмма движения первичного электрона 15 и вторичного электрона 16, Из диаграммы видно, что первичные электроны входят в выходной междуэлектродный промежуток в момент времени то, а в мелкоструктурную камеру — в момент времени

t> соударяются с дном камеры в момент времени гз и выбивают вторичные электроны, которые частично улавливаются стенками камер, часть же вторичных электронов (траектория движения 16) выходят в выходной междуэлектродный промежуток, в котором локализовано СВЧ-электрическое поле в момент времени ть; так как камеры мелкоструктурные, то практически т, = ra, Как видно из фиг.3 и фиг.4, мгновенное напряжение на аноде с момента времени rb начинает возрастать и, следовательно, вторичные электроны попадают в ускоряющее электрическое поле и возвращаются на анод в момент времени t>, когда мгновенное напряжение на аноде близко к своему максимальному значению. Вследствие этого вторичные электроны приобретают в

СВЧ-электрическом поле дополнительную энергию, которая выделяется на аноде в виде тепла. Описанное явление обусловливает

469390 снижение электронного КПД электронных ламп СВЧ.

В предлагаемой лампе выбором отношения глубины камеры h к расстоянию d между торцевой поверхностью выступов 10 анода 4 и поверхностью экранной сетки 3 в пределах 0,5-2 обеспечивается определенная задержка между временем вылета первичных электронов в полость камер 9 и временем вылета вторичных электронов в выходной междуэлектродный промежуток.

Первичные электроны, траектории движения которых обозначены цифрой 15, наводят в выходном зазоре СВЧ электрическое поле, которое локализуется главным образом между экранной сеткой и плоскостью, в которой расположены торцевые поверхности 13 камер 9 анода. Первичные электроны влетают в выходной зазор в момент временй то и попадают в плоскость расположения торцовых поверхностей 13 анодных камер 9 в момент времени т, (фиг.5). Они продолжают двигаться в направлении дна

11 камер 9 анода 4 в пространстве, практически свободном от высокочастотного электрического поля в силу экранирующего влияния выступов 10 камер 9. Первичные электроны попадают на дно 11 в момент времени з (фиг.5) и выбивают вторичные электроны, часть которых улавливается стенками 12 камер 9 анода 4, а другая часть движется в направлении выхода из камер 9 и выходит в момент времени tb в выходной междуэлектродный промежуток активного взаимодействия между СВЧ-электрическим полем и электронным потоком, Таким образом, вторичные электроны попадают в выходной междуэлектронный промежуток в момент времени, отличный от момента попадания первичного потока в камеру 9 (

4 и поверхностью экранной сетки 3 в преде5 лах 0,5 — 2, обеспечивается практически полное исключение энергетических потерь, обусловленных вторичной эмиссией, Как показано на фиг.5, вторичные электроны (траектории движения 16) попадают в выходной

10 междуэлектродный промежуток в момент времени тЬ, при котором мгновенное значение напряжения на аноде близко к своей максимальной величине, и возвращаются на анод в момент времени тя, когда мгно15 венное значение напряжения на аноде близко к постоянному значению Еа.

В соответствии с физическими представлениями в описанном случае вторичные электроны будут приобретать минимальное

20 количество энергии от высокочастотного электрического поля s силу того обстдятел ьства, что во время их нахождения в СВЧэлектрическом поле мгновенное напряжение на аноде уменьшается, Описанная оптимизация камер анода обеспечивает не только практически полное устранение энергетических потерь, обусловленных вторичной эмиссией, но и существенное улучшение токораспределения па

30 экранной сетке вследствие значительного уменьшения количества вторичных электронов, попадающих на экранную сетку, что обеспечивает существенное повышение уровня локализации мощности в единице

35 объема эа счет более эффективного использования ламп по тоху.

Как показала экспериментальная проверка, описанное техническое решение при значениях статических углов пролета в диа40 пазоне ф = 0,2 — 0,7 позволило повысить электронный КПД до 65-75 / на частотах

200 — 1000 M Гц.

469390

Техред M.Mîðãåíòàë

Заказ 4631 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 °

Редактор T.Øàðãàíîâà

Корректор О.Кундрик