Свч-прибор о-типа
Использование: в мощных электровакуумных приборах "0" типа с магнитной фокусирующей системой на постоянных магнитах. Сущность изобретения: СВЧ прибор "0" типа содержит электронную пушку 1, электродинамическую систему 2, магниты 3 с пушечным 4 и коллекторным 5 наконечниками, коллекторную систему с коллектором 6, устройство преобразования магнитного поля 7, расположенное соосно электронному пучку на участке между коллектором 6 и коллекторным наконечником 5. Устройство преобразования выполнено преобразующим исходно колокообразное магнитное поле рассеяния 8 в значительно изрезанное распределение поля 9 с тремя зонами повышенного уровня поля, разделенные друг от друга двумя зонами малого уровня поля. Чтобы получить распределение магнитного поля, устройство преобразования может быть выполнено с помощью введения в участок между коллектором 6 и ближайшим к нему полюсным наконечником 5 двух или более магнитных элементов 7, расположенных соосно прибору последовательно друг за другом с немагнитными интервалами между ними. За счет повышения степени фокусировки электронных пучков в коллекторной области обеспечивается улучшение эксплуатационных параметров прибора с высоким электронным КПД. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к СВЧ электронике, а более конкретно к мощным электровакуумным приборам "0" типа с магнитной форсирующей системой /МФС/ на постоянных магнитах. Наличие магнитных полей рассеяния в коллекторной области таких приборов приводит к возникновению значительных пульсаций электронных пучков на выходе из пространства взаимодействия в предколлекторной части и в коллекторе.
Известены СВЧ приборы "0" типа с МФС /Патент США N 3153743, кл. 315-5.33, опубл. 1964; патент США N 3368102, кл. 315-3, опубл. 1968/, в которых для предотвращения значительных пульсаций в электронных пусках и обеспечения равномерного токооседания на поверхности коллектора применяются дополнительные магниты и магнитные экраны, охватывающие коллектор прибора. Недостатком таких конструкций являются их большие размеры и вес, а значит и вес всего прибора. Известен прибор "0" типа /Патент США N 3450930, кл. 315-3,5, опубл. 1969/, в котором с помощью дополнительного магнита весом равным 25% веса основного магнита удается осуществить реверс поля рассеивания величиной до 0,05 Тл. Однако в ряде мощных приборов "0" типа с рабочими полями в пространстве взаимодействия величиной 0,6-0,7 Тл и полями рассеяния в коллекторной области 0,25-0,35 Тл и более осуществить хороший реверс поля не удается. В частности, это обусловлено эффектами насыщения в полюсных наконечниках, которые не дают возможности обеспечить резкий переход от поля в рабочей области одной полярности к полю рассеяния той же величины, но противоположной полярности в области коллектора. Более того, если бы даже реверос в принципе был бы осуществим, то практически для этой цели пришлось бы использовать большие дополнительные магниты /ввиду больших уровней и протяженности магнитных полей рассеяния/. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является СВЧ прибор "0" типа /А.С. СССР N 972971, МКИ H 01 J 25/00/, содержащий магнитную фокусирующую систему с полюсными наконечниками, коллекторную систему, устройство преобразования магнитного поля рассеяния, расположенное соосно пучку на участке между коллекторной системой и ближайшим к ней полюсным наконечником. В приведенной конструкции устройство преобразования поля выполнено формирующим магнитное поле рассеяния по следующему закону: B= /0,15oC0,3/Bo на краях участка преобразования и протяженностью 10-30% указанного участка; B=/0,05-0,15/Bo в остальной части участка преобразования где Bo величина магнитного поля в рабочем зазоре прибора; b величина магнитного поля рассеяния. В СВЧ приборе с таким устройством преобразования магнитного поля электронный пучок по выходе из области взаимодействия с СВЧ полем проходит переходной участок /на котором происходит быстрое спадание магнитного фокусирующего поля от B=Bo до нуля и затем медленное нарастание уровня поля рассеяния обратной полярности/. Возникновение резких пульсаций пучка на этом переходном участке /предколлекторная области/ и в коллекторе в данной конструкции предотвращается тем, что на начальном участке устройства преобразования поля создается узкая зона с уровнем поля большим, чем в остальной части указанного участка /"всплеск" поля/. Величина "всплеска" поля /протяженность и уровень поля/ подбирается такой, чтобы расширяющийся электронный пучок в этой зоне фокусировался и обеспечивался бы его параллельный ввод /или слегка сходящийся/ в остальную часть участка преобразования поля рассеяния и, тем самым, предотвращалось бы возникновение резких пульсаций /жгутирование/ пучка. В конце устройства преобразования поля рассеяния имеется примерно такой же по величине "всплеск" поля, который обеспечивает фокусировку и ввод пучка в коллектор прибора. Для каждого электронного пучка с заданными характеристиками /величина тока, диаметр пучка и скорость электронов/ оптимальная фокусировка достигается при определенных параметрах узкой зоны с большим значением магнитного поля /"всплеска" поля/ на начальном участке устройства, а именно при определенной осевой протяженности и величины поля, а также осевого расстояния этой зоны от места переполюсовки поля /точка перехода величины поля через нулевое значение/. При отклонении параметров пучка от заданных изменяется степень фокусировки пучка в указанной зоне. Пучок либо меньше фокусируется и на выходе из зоны будет несколько расходящимся, либо больше фокусируется и на выходе будет несколько более сходящимся. При относительно небольших изменениях параметров пучка, например, скорости электронов, это не сказывается существенно на транспортировке пучка в зоне с малыми полями, фокусировку во втором "всплеске" поля на выходном участке устройства и ввод пучка в коллектор. Однако в ряде мощных СВЧ приборов "0" типа в различных режимах работы параметры пучка могут отличаться значительно. Например, в двух режимных ЛБВ в режиме "большой" мощности ток пучка /а значит и пространственный заряд в нем/ может значительно /в несколько раз/ превосходить величину тока прибора работающего в режиме малой мощности /усиленный режим/. В малых клистронах и "прозрачных ЛБВ, работающих при высоких значениях электронного КПД /20% и более/ скорости электронов в пучке в "статистическом" и динамическом режимах также отличаются существенно. В таких приборах трудно осуществить достаточно хорошую фокусировку пучка с помощью указанного устройства. Особенно значительные трудности возникают в приборах с большими величинами электронного КПД. В этих приборах на выходе из пространства взаимодействия в электронных пучках одновременно присутствуют большие группы электронов значительно отличающиеся по величине скорости друг относительно друга и от скорости в статистическом режиме работы прибора. Если в устройстве распределение магнитного фокусирующего поля подобрано оптимальным для фокусировки электронов "статического" пучка, то в динамическом режиме электроны имеющие скорости большие, чем в статическом режиме после прохождений 1-го всплеска поля почти не фокусируются и будут продолжать удаляться от оси. Такие электроны попадают во вторую рефокусирующую линзу, находясь на значительном расстоянии от оси и, следовательно, сильно фокусируются. В пучке возникают резкие пульсации. Еще большие возмущения в "динамических" электронных пучках связаны с наличием в них больших групп электронов со скоростями значительно меньшими, чем в статическом режиме, т. к. такие электроны сильно фокусируются уже на начальном участке устройства преобразования поля при прохождении 1-го "всплеска" поля. Сильные пульсации /жгутирование/ таких пучков происходит даже до попадания во вторую зону повышенного уровня поля /второй "всплеск" поля/. Указанные возмущения в электронных пучках могут приводить к преждевременному токооседанию в предколлекторной части коллекторной системы, на входной части коллектора, а также к неравномерному токооседанию на внутренней поверхности коллектора. Это существенно снижает возможности повышения технического КПД прибора за счет рекуперации, а также приводит к неравномерному тепловыделению на коллекторе. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных параметров прибора с высоким электронным КПД, путем повышения степени фокусировки электронных пучков в коллекторной области. Указанная цель достигается тем, что в СВЧ приборе "0" типа, содержащим электронную пушку, электродинамическую систему, магниты с полюсными наконечниками, коллекторную систему, устройство преобразования магнитного поля рассеяния, расположенное соосно пучку на участке между коллектором и ближайшим к нему полюсным наконечником и формирующее магнитное поле, изменяющееся по величине вдоль оси прибора с зонами повышенного уровня поля, устройство преобразования выполнено формирующим магнитное поле рассеяния с тремя зонами повышенного уровня поля разделенными друг от друга зонами пониженного уровня поля по следующему закону: B=/0,15-0,25/Bo в двух зонах повышенного уровня магнитного поля, одна из которых расположена на краю участка преобразования со стороны коллекторного полюсного наконечника, вторая в средней части участка, с протяженностью каждой зоны, составляющей 10-15% всего участка преобразования; B= /0,25-0,5/Bo в третьей зоне повышенного уровня поля магнитного поля, расположенный на краю участка преобразования со стороны коллектора, с протяженностью зоны составляющей 20-30% протяженности всего участка, где Bo величина магнитного поля в рабочем зазоре прибора;B величина магнитного поля рассеяния. Устройство преобразования формирующее магнитное поле с тремя зонами повышенного уровня поля по приведенному закону может быть выполнено в виде магнитных элементов, например, профилированных экранов, установленных с интервалами последовательно друг за другом на участке между коллектором и коллекторным полюсным наконечником. Признаки, сходные с заявленными в известной авторами патентной и научно-технической литературе не встречаются. Выполнение устройства преобразования магнитного поля рассеивания формирующим магнитное поле с тремя зонами повышенного уровня поля разделенными друг от друга зонами пониженного уровня поля по указанному выше закону:
B= /0,15-0,25/Bo в первых зонах повышенного уровня поля протяженностью 10-15% протяженностью участка преобразования;
B= /0,25-0,15/Bo в третьей зоне повышенного уровня поля, протяженностью 20-30% протяженности всего участка
где
Bo величина поля в рабочей области прибора; B наличие поля в области преобразования поля рассеивания. Позволяет осуществлять фокусировку электронных пучков в предколлекторной части коллекторной системы СВЧ прибора "0" типа, ввод электронов в коллектор с последующим плавным расширением пучка и равномерным токооседанием на внутренней поверхности коллектора в широком интервале изменений параметров пучка, /тока пучка, скорости электронов и т.д./, а также пучков с большим "динамическим" разбросом электронов по скоростям /для приборов с большим значением электронного КПД/. В связи с изложенным можно считать заявленную совокупность признаков обладающей существенными отличиями. На фиг. 1 представлено схематическое изображение СВЧ прибора "0" типа, где 1 электронная пушка, 2 электродинамическая система, 3 магниты, 4, 5 пушечный и коллекторный полюсные наконечники, 6 коллектор, 7 устройство преобразования магнитного поля рассеяния. На фиг. 2 представлено распределение магнитного поля вдоль оси прибора от пушки до коллектора, где кривая 8 поле создаваемое магнитами с полюсными наконечниками без устройства преобразования, кривая 9 поле, сформированное заявленным устройством преобразования, кривая 10 поле, сформированное в устройстве прототипе. На фиг. 3 представлено несколько вариантов магнитных элементов устройства преобразования. На фиг. 4 изображено распределение магнитного поля в коллекторной части прибора соответствующее кривой 9, на фиг. 2 заявленного устройства, а также траектории электронов пучка в предколлектортной части и в коллекторе прибора для случая Uп=Uо /где Uп потенциал пучка в коллекторной системе и Uо потенциал пучка в пролетном канале электродинамической системы прибора/. На фиг. 5 изображено распределение магнитного поля, соответствующее кривой 9 заявленного устройства на фиг. 2, а также траектории электронов пучка в предколлекторной части прибора и коллекторе для случая Uп=0.5Uо. На фиг. 6 изображено распределение магнитного поля, соответствующее кривой 10 на фиг. 2 устройства прототипа, а также траектории электронов пучка в предколлекторной части прибора и коллекторе для случая Uп=Uо. На фиг. 7 изображено распределение магнитного поля, соответствующее кривой 10 на фиг. 2 устройства прототипа, а также траектории электронов пучка в предколлекторе и коллекторе прибора для случая Uп=0,5.Uо. СВЧ прибор "0" типа содержит /фиг. 1/ электронную пушку 1, электродинамическую систему 2, магниты 3 с пушечным и коллекторным полюсными наконечниками 4, 5, коллекторную систему с коллектором 6, устройство преобразования магнитного поля 7, расположенное соосно пучку на участке между коллектором 6 и коллекторным наконечником 5. Как видно из фиг. 2 предложенное устройство выполнено преобразующим исходное колоколообразное магнитное поле рассеяния 8 в значительно изрезанное распределение поля 9 с тремя зонами повышенного уровня поля /"всплесками" поля/, разделенными друг от друга двумя зонами малого уровня поля. Чтобы получить распределение магнитного поля /кривая 9 фиг. 2/ предложенное устройство преобразования может быть выполнено с помощью введения в участок между коллектором 6 и ближайшим к нему полюсным наконечником 5 двух или более магнитных элементов 7, расположенных соосно прибору последовательно друг за другом с немагнитными интервалами между ними. Ряд возможных вариантов конфигураций магнитных элементов 7 в виде профилированных экранов, а также в виде профилированных экранов в комбинации с кольцевым аксиально намагниченным магнитом и экранирующим диском представлена на /фиг. 3/. Первый "всплеск" поля /фиг. 2 кривая 9/ сного наконечника 5 /ближе к месту перехода рабочего поля в поле рассеяния обратной полярности/. Второй "всплеск" поля расположен в средней части участка преобразования. Третья зона повышенного уровня поля расположена на краю участка преобразования со стороны коллектора 6. Для сравнения на фиг. 2 изображено распределение поля 10 создаваемое устройством прототипа. Как видно из кривой 10 в этом случае имеется лишь две зоны повышенного уровня поля на краях участка преобразования. Как видно из фиг. 2 при использовании предложенного устройства магнитное поле в области коллекторного полюсного наконечника прибора резко уменьшается от значений Bо-0,6-0,7 тл в рабочей области прибора до нуля и затем увеличивается в обратной полярности, достигая в 1-м и 2-м "всплесках" поля величины 0,1-0,15 тл, а в 2-ей зоне повышенного уровня поля максимальная величина поля достигает значений Bо=0,15-0,3 тл. В первых двух узких зонах повышенного уровня поля протяженность каждой зоны /по уровню

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7