RU2046439C1

RU2046439C1 - Microelectronic s h f triode

Info

Publication number: RU2046439C1
Application number: RU93013099A
Authority: RU
Inventors: В.П. Сазонов
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: microelectronic SHF triode presents axially symmetric structure with cylindrical cathode and anode placed on one axis. Matrix autoemission cathode is placed on butt of cathode cylinder. For minimization of triode cathode and anode oscillatory systems are manufactured in the form of sections of wire spiral axial slow-wave system applied on dielectric coats encircling cylindrical anode and cathode. One of leads of each spiral is coupled to proper electrode, the other one - to external circuit. EFFECT: facilitated manufacture. 2 dwg

Description

Изобретение относится к микроэлектронным вакуумным приборам СВЧ-диапазона. The invention relates to microelectronic vacuum devices in the microwave range.

Известны микроминиатюрные и микроэлектронные СВЧ-приборы, например триоды, в которых колебательные системы представляют собой различные комбинации коаксиальных отрезков. Недостаток указанных конструкций заключается в том, что колебательная система не вполне сопрягается с размерами микроэлектронных приборов, либо сопрягается с ними, но ценой некоторого ухудшения параметров, например волнового сопротивления. Известны другие виды колебательных систем в СВЧ-электровакуумных приборах, например в клистронах, в виде отрезка спиральной линии. Преимущество спирального резонатора заключается в уменьшении габаритов резонатора и улучшении его параметров, в частности увеличения волнового сопротивления. Недостаток указанного решения в том, что он не сопрягается с конструкцией микроэлектронного прибора, так как спираль контура расположена не вдоль оси прибора, а поперек его оси, что не позволяет сделать его миниатюрным и сопрячь с конструкцией триода. Microminiature and microelectronic microwave devices are known, for example, triodes in which oscillatory systems are various combinations of coaxial segments. The disadvantage of these designs is that the oscillatory system does not fully mate with the dimensions of microelectronic devices, or mates with them, but at the cost of some degradation of parameters, for example wave impedance. Other types of oscillatory systems are known in microwave electrovacuum devices, for example, in klystrons, in the form of a segment of a spiral line. The advantage of a spiral resonator is to reduce the dimensions of the resonator and improve its parameters, in particular, increase the wave impedance. The disadvantage of this solution is that it does not mate with the design of the microelectronic device, since the loop spiral is not located along the axis of the device, but across its axis, which does not allow it to be miniature and mate with the design of the triode.

Эффект миниатюризации с одновременным улучшением параметров достигается тем, что спиральный резонатор располагается не перпендикулярно к оси потока электронов, как в известной конструкции, а параллельно потоку, что позволяет создать миниатюрную эффективную конструкцию триода. The miniaturization effect with simultaneous improvement of the parameters is achieved by the fact that the spiral resonator is located not perpendicular to the axis of the electron flow, as in the known design, but parallel to the flow, which allows you to create a miniature effective design of the triode.

Цель изобретения миниатюризация. The purpose of the invention is miniaturization.

Цель достигается тем, что колебательные системы триода в анодной, катодной или сеточной цепях выполнены из отрезков спиральных, аксиальных замедляющих систем, намотанных на диэлектрические покрытия, окружающие цилиндрический анод и цилиндрический катод, расположенные на одной оси, вдоль которой движутся электроны, причем один конец указанных спиралей подсоединен к аноду (катоду или сетке), а второй заканчивается электродом, расположенным на анодном или катодном диэлектрическом покрытии, для подсоединения к внешней цепи. The goal is achieved in that the vibrational systems of the triode in the anode, cathode or grid circuits are made of pieces of spiral, axial retardation systems wound on dielectric coatings surrounding a cylindrical anode and a cylindrical cathode located on the same axis along which electrons move, one end of which spirals connected to the anode (cathode or grid), and the second ends with an electrode located on the anode or cathode dielectric coating, for connection to an external circuit.

Автору не известны технические решения, в которых бы аксиальные спиральные замедляющие системы использовались в миниатюрных триодах. The author is not aware of technical solutions in which axial spiral deceleration systems are used in miniature triodes.

На фиг.1, 2 изображен миниатюрный триод СВЧ-диапазона. In figure 1, 2 shows a miniature triode microwave range.

Микроэлектронный СВЧ-триод содержит встроенные элементы колебательной системы: металлический цилиндрический анод 1, покрытый диэлектрической структурой 2, плоский торец анода представляет собой диск 3, на который оседают отработанные электроны. Параллельно торцу анода 3 расположена сетка 4, которая представляет собой вытягивающий электрод матричного автоэмиссионного катода Спиндта 5, которая с помощью диэлектрических шайб 6 разъединена с анодом и катодом. Катод Спиндта размещен на катоде 7, представляющем собой металлический цилиндр, соосный анодному цилиндру 1, который окружен снаружи диэлектрическим цилиндром 8. Поверх анодного и катодного диэлектрика намотаны металлические аксиальные спирали 9 и 10. Один конец спирали, например анодной 10, присоединен к анодному диску, а другой к электроду 11 для передачи СВЧ-сигнала. Катодная спираль 9 одним концом подсоединена к сетке 4, а другим к электроду 12, через который осуществляется связь с внешней СВЧ-цепью. Если спираль включена в цепь катода, то ее один конец подсоединяется не к катодному диску 5, а к сеточному 4, который в этом случае выступает за край диэлектрика, а не утоплен (фиг.2). К катоду подсоединен электрод 13 для подключения к катодному источнику по постоянному току. К аноду подсоединен электрод 14 для подключения к анодному источнику по постоянному току. У сетки 4 предусмотрен выступ 15 для подключения к сеточному источнику по постоянному току. 16 электронный пучок от катода к аноду. The microelectronic microwave triode contains built-in elements of the oscillatory system: a metal cylindrical anode 1 coated with a dielectric structure 2, the flat end face of the anode is a disk 3, on which the spent electrons settle. In parallel to the end face of the anode 3, there is a grid 4, which is a spindt 5 matrix field emission cathode extraction electrode, which is disconnected with the anode and cathode using dielectric washers 6. The Spindt cathode is placed on the cathode 7, which is a metal cylinder, coaxial to the anode cylinder 1, which is surrounded externally by a dielectric cylinder 8. Metal axial spirals 9 and 10 are wound over the anode and cathode dielectric. One end of the spiral, for example, anode 10, is connected to the anode disk, and the other to the electrode 11 for transmitting a microwave signal. The cathode coil 9 is connected at one end to the grid 4, and at the other to the electrode 12, through which communication with the external microwave circuit is carried out. If the spiral is included in the cathode circuit, then its one end is connected not to the cathode disk 5, but to the grid 4, which in this case protrudes beyond the edge of the dielectric and is not recessed (Fig. 2). An electrode 13 is connected to the cathode for connection to the cathode source by direct current. An electrode 14 is connected to the anode for connection to the anode source by direct current. The grid 4 has a protrusion 15 for connecting to a grid source by direct current. 16 electron beam from the cathode to the anode.

Предлагаемый триод работает либо в режиме общей сетки (фиг.1), либо в режиме общего катода (фиг.2). Работа триода в режиме общей сетки (фиг.1) в качестве усилителя происходит следующим образом. The proposed triode operates either in the common grid mode (Fig. 1) or in the common cathode mode (Fig. 2). The operation of the triode in the common grid mode (Fig. 1) as an amplifier occurs as follows.

На анод 14 подается постоянное положительное напряжение, на катод 13 отрицательное напряжение, меньшее по абсолютной величине, чем на сетку 15 нулевое напряжение. Переменный сигнал, который предназначен для усиления, подается на катодный спиральный контур 9 через электрод 12. Промодулированный переменным напряжением действующий между сеткой 15 и катодом 5 электронный ток, ускоряясь в пространстве сетка 15 анод 3, усиливается и его переменная составляющая выделяется на анодном контуре 10. Затем через электрод 11 поступает во внешнюю схему. Спирали в анодной или катодной цепи (фиг. 1) служат резонансными контурами. A constant positive voltage is applied to the anode 14, a negative voltage is lower to the cathode 13, which is smaller in absolute value than zero voltage to the grid 15. An alternating signal, which is intended to be amplified, is supplied to the cathode spiral circuit 9 through the electrode 12. The electron current modulated by the alternating voltage acting between the grid 15 and the cathode 5, accelerating in space the grid 15 anode 3, is amplified and its variable component is allocated on the anode circuit 10. Then, through the electrode 11 enters the external circuit. Spirals in the anode or cathode circuit (Fig. 1) serve as resonant circuits.

Пусть диаметры анодного и катодного изоляторов равным 2 мм, а шаг намотки спирали 0,4 мм, тогда замедление спирали приблизительно равно 15. Тогда при рабочей длине волны λ 30 мм длине полуволнового спирального резонатора будет равна приблизительно 1 мм, т.е. габариты триода на рабочую длину волны λ 30 мм составят приблизительно 2 мм в диаметре и 2 мм длины, т.е. весьма миниатюрны и могут быть еще меньше. Let the diameters of the anode and cathode insulators be 2 mm, and the pitch of the coil winding 0.4 mm, then the deceleration of the coil is approximately 15. Then, with a working wavelength of λ 30 mm, the length of the half-wave spiral resonator will be approximately 1 mm, i.e. the dimensions of the triode for a working wavelength of λ 30 mm will be approximately 2 mm in diameter and 2 mm in length, i.e. very tiny and can be even smaller.

Claims

MICROELECTRONIC MICROELECTRIC TRIODE of the range, containing built-in elements of the oscillatory system and representing an axially symmetric structure, including a cylindrical anode coated with a dielectric sequentially on the same axis, a flat cylindrical grid parallel to the anode end and representing the upper electrode of the Spindt matrix field emission cathode, which by means of dielectric washers, it is disconnected from the anode and cathode made in the form of a cylinder, part of which is coated with a dielectric, characterized the fact that the oscillating system is made in the form of segments of wire spirals wound on dielectric coatings of a cylindrical anode and a cylindrical cathode, with one end of the spiral on the anode cylinder connected to the anode and the other to the electrode located on the anode dielectric coating for connection to an external circuit, and one end of the helix placed on the cathode cylinder is connected to the cathode, and the other to the electrode located on the cathode dielectric coating for connection to an external circuit.