RU97563U1

RU97563U1 - MULTI-BEAM CATHODE UNIT

Info

Publication number: RU97563U1
Application number: RU2010111241/22U
Authority: RU
Inventors: Павел Иванович Акимов; Татьяна Сергеевна Бойкова; Александр Петрович Никитин; Вячеслав Александрович Смирнов; Юрий Александрович Потапов; Алексей Валерьевич Крылов; Людмила Алексеевна Соловьева; Наталия Сергеевна Тыклина
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий"
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2010-09-10

Abstract

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции многолучевых катодных узлов для электровакуумных приборов.The invention relates to electronic equipment, in particular, to the design of multipath cathode assemblies for electrovacuum devices.

Предложен многолучевой катодный узел в виде фокусирующего электрода, эмитирующих элементов и блока подогревателя, отличающийся тем, что рабочая поверхность эмитирующих элементов расположена на едином основании, выполненном из эмиссионного материала и размещенном между фокусирующим электродом и блоком подогревателя. Эмитирующие элементы могут быть выполнены в виде выступов с высотой, не превышающей высоты отверстий в фокусирующем электроде, а между фокусирующим электродом и основанием из эмиссионного материала может быть установлен гарантированный зазор. При этом высота выступа эмитирующего элемента может быть увеличена на размер гарантированного зазора A multipath cathode assembly in the form of a focusing electrode, emitting elements and a heater block is proposed, characterized in that the working surface of the emitting elements is located on a single base made of emission material and placed between the focusing electrode and the heater block. The emitting elements can be made in the form of protrusions with a height not exceeding the height of the holes in the focusing electrode, and a guaranteed gap can be established between the focusing electrode and the base of the emission material. Moreover, the height of the protrusion of the emitting element can be increased by the size of the guaranteed clearance

Description

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции многолучевых катодных узлов (КУ) для электровакуумных приборов.The utility model relates to electronic equipment, in particular, to the design of multipath cathode assemblies (KU) for electrovacuum devices.

Известны многолучевые КУ с управляющим электродом, у которых эмиссионная поверхность выполнена в виде чередующихся эмитирующих и не эмитирующих участков, покрытых антиэмитером, а управляющий электрод изолирован от катода (Патент Великобритании 1490463 HID, H01j 1/20 от 02.11.77 г.). Недостатком этой конструкции является трудность сохранения четкости разделения эмитирующих и не эмитирующих участков, что приводит к перехвату электронов на управляющий электрод, находящийся под положительным потенциалом относительно катода. По этой причине в настоящее время такие КУ в долговечных электровакуумных приборах не применяются.Multi-beam CMs with a control electrode are known, in which the emission surface is made in the form of alternating emitting and non-emitting sections coated with an anti-emitter, and the control electrode is isolated from the cathode (UK Patent 1,490,463 HID, H01j 1/20 of 02/11/77). The disadvantage of this design is the difficulty in maintaining the clarity of separation of emitting and non-emitting sections, which leads to the interception of electrons to the control electrode, which is at a positive potential relative to the cathode. For this reason, at present such KUs are not used in durable electric vacuum devices.

Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является многолучевой катодный узел, включающий фокусирующий электрод, эмитирующие элементы и блок подогревателя (С.Абанович, С.Гродзненский, О.Масленников, А.Ушаков. Новые результаты испытаний на долговечность многолучевых клистронов с многоэмиттерными катодными узлами, Десятая юбилейная научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника», материалы конференции, Т.2 стр.442, сентябрь 2003 г.). В этой конструкции отдельные металлопористые эмиттеры закреплены на фланце, в который вставлен подогреватель. Управляющий электрод изолирован от эмиттеров и закреплен на керамическом изоляторе. Такие КУ успешно применяются в мощных СВЧ приборах с целью снижения уровня анодного напряжения, повышения КПД и увеличения плотности тока с эмиттера. Однако указанная конструкция имеет и существенные недостатки: это высокая трудоемкость изготовления отдельных эмиттеров в количестве до нескольких десятков и более для одного КУ, необходимость закрепления эмиттеров с высокой точностью на фланце методом сварки или пайки. Кроме того, возникают проблемы по уменьшению испарения эмиссионного вещества и паразитной эмиссии с боковой поверхности эмиттеров, особенно при малых размерах, что ограничивает возможный диапазон типоразмеров таких КУ. Из-за разной степени теплового контакта эмиттеров с фланцем и многооперационного изготовления эмиттеров возможна также неоднородность эмиссии отдельных эмиттеров, снижающая долговечность катодного узла и срок службы прибора в целом и отрицательно влияющая на его выходные параметры.The closest prototype of the proposed utility model is a multi-beam cathode assembly including a focusing electrode, emitting elements and a heater block (S. Abanovich, S. Grodzensky, O. Maslennikov, A. Ushakov. New test results on the durability of multi-beam klystrons with multi-emitter cathode assemblies, Tenth anniversary scientific and technical conference "Vacuum Science and Technology", conference proceedings, vol. 2 p. 424, September 2003). In this design, individual metal-porous emitters are mounted on a flange into which the heater is inserted. The control electrode is isolated from the emitters and mounted on a ceramic insulator. Such KUs are successfully used in powerful microwave devices to reduce the level of the anode voltage, increase the efficiency and increase the current density from the emitter. However, this design has significant drawbacks: it is the high complexity of manufacturing individual emitters in the amount of several tens or more for one KU, the need to fix emitters with high accuracy on the flange by welding or soldering. In addition, problems arise in reducing the evaporation of the emitting substance and spurious emission from the side surface of the emitters, especially at small sizes, which limits the possible range of sizes of such CSs. Due to the varying degrees of thermal contact of the emitters with the flange and the multi-operational manufacturing of emitters, the heterogeneity of the emission of individual emitters is also possible, which reduces the durability of the cathode assembly and the life of the device as a whole and negatively affects its output parameters.

Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эмиссионной однородности, расширении диапазона типоразмеров, снижении трудоемкости изготовления и увеличении долговечности многолучевых КУ электровакуумных приборов.The technical result provided by the utility model is to increase the emission uniformity, expand the range of sizes, reduce the complexity of manufacturing and increase the durability of multi-beam KU electrovacuum devices.

Указанный технический эффект достигается благодаря тому, что в многолучевом КУ, выполненном в виде фокусирующего электрода, эмитирующих элементов и блока подогревателя, рабочая поверхность эмитирующих элементов расположена на едином основании, выполненном из эмиссионного материала и размещенном между фокусирующим электродом и блоком подогревателя. Возможно выполнение эмитирующих элементов в виде выступов, не превышающих высоту отверстий в фокусирующем электроде. Возможно также выполнение КУ, когда между фокусирующим электродом и основанием из эмиссионного материала установлен гарантированный зазор, а высота выступа не превышает суммы высоты фокусирующего электрода и размера гарантированного зазора.The indicated technical effect is achieved due to the fact that in a multipath KU made in the form of a focusing electrode, emitting elements and a heater block, the working surface of the emitting elements is located on a single base made of emission material and placed between the focusing electrode and the heater block. It is possible to perform emitting elements in the form of protrusions not exceeding the height of the holes in the focusing electrode. It is also possible to perform KU when a guaranteed gap is established between the focusing electrode and the base of emission material, and the height of the protrusion does not exceed the sum of the height of the focusing electrode and the size of the guaranteed gap.

На чертежах представлены схемы различных вариантов конструкции многолучевых КУ.The drawings show diagrams of various design options for multipath KU.

На фиг.1 представлен вариант конструкции многолучевого катодного узла, включающего фокусирующий электрод, общее основание эмиттера и блок подогревателя. Рабочая поверхность эмитирующих элементов расположена на общем основании, выполненном из эмиссионного материала и размещенном между фокусирующим электродом и блоком подогревателя.Figure 1 shows a design variant of a multipath cathode assembly including a focusing electrode, a common emitter base and a heater block. The working surface of the emitting elements is located on a common base made of emission material and placed between the focusing electrode and the heater block.

На фиг.2 представлен вариант конструкции многолучевого катодного узла, включающего фокусирующий электрод, общее основание эмиттера и блок подогревателя, в которой эмитирующие элементы выполнены в виде выступов, не превышающих высоту отверстий в фокусирующем электроде.Figure 2 shows a design variant of a multipath cathode assembly including a focusing electrode, a common emitter base and a heater block, in which the emitting elements are made in the form of protrusions not exceeding the height of the holes in the focusing electrode.

На фиг.3 представлен вариант конструкции многолучевого катодного узла, включающего фокусирующий электрод, общее основание эмиттера и блок подогревателя, в которой между фокусирующим электродом и основанием из эмиссионного материала имеется гарантированный зазор.Figure 3 presents a design variant of a multipath cathode assembly including a focusing electrode, a common emitter base and a heater block, in which there is a guaranteed gap between the focusing electrode and the base of emission material.

На фиг.4 представлен вариант конструкции многолучевого катодного узла, включающего фокусирующий электрод, общее основание эмиттера и блок подогревателя, в которой при наличии гарантированного зазора между фокусирующим электродом и основанием из эмиссионного материала эмитирующие элементы выполнены в виде выступов, высота которых не превышает суммы высоты фокусирующего электрода и размера гарантированного зазора.Figure 4 shows a design variant of a multipath cathode assembly including a focusing electrode, a common emitter base and a heater block, in which, with a guaranteed gap between the focusing electrode and the base of emission material, the emitting elements are made in the form of protrusions whose height does not exceed the sum of the focusing height electrode and the size of the guaranteed gap.

Расположение рабочей поверхности эмитирующих элементов 1 в отверстиях 2 фокусирующего электрода 3, находящегося под потенциалом катода, позволяет сфокусировать электронный поток без перехвата электронов на фокусирующий электрод. Кроме того, расположение рабочей поверхности эмитирующих элементов на едином основании из эмиссионного материала 4 приводит к повышению их однородности по эмиссии, исключает необходимость проведения трудоемких операций по изготовлению и закреплению отдельных эмиттеров КУ, особенно при малых размерах, что должно существенно расширить возможный диапазон типоразмеров таких КУ. Это также должно привести к снижению трудоемкости изготовления КУ не менее, чем в два раза.The location of the working surface of the emitting elements 1 in the holes 2 of the focusing electrode 3, located under the potential of the cathode, allows the electron beam to be focused without interception of electrons on the focusing electrode. In addition, the location of the working surface of the emitting elements on a single base of emission material 4 leads to an increase in their uniformity in emission, eliminates the need for labor-intensive manufacturing and fixing of individual emitters KU, especially for small sizes, which should significantly expand the possible range of sizes of such KU . This should also lead to a decrease in the complexity of manufacturing KU not less than two times.

Размещение основания из эмиссионного материала между фокусирующим электродом и блоком подогревателя 5 обеспечивает равномерный нагрев рабочей поверхности эмитирующих элементов и устраняет побочное испарение эмиссионного вещества, вследствие чего долговечность КУ повысится не менее, чем в полтора раза.Placing the base of the emission material between the focusing electrode and the heater block 5 ensures uniform heating of the working surface of the emitting elements and eliminates the side evaporation of the emission material, as a result of which the KU durability will increase by at least 1.5 times.

Выполнение эмитирующих элементов в виде выступов 6 с высотой, не превышающей размер высоты отверстий в фокусирующем электроде, позволяет улучшить фокусировку электронного потока (фиг.2). Наличие гарантированного зазора 7 между фокусирующим электродом и основанием из эмиссионного материала (фиг.3) позволяет уменьшить температуру фокусирующего электрода и, как следствие, снизить паразитную эмиссию с этого электрода и повысить тепловой КПД КУ. В этом случае высота выступа может быть увеличена на размер гарантированного зазора (фиг.4).The implementation of the emitting elements in the form of protrusions 6 with a height not exceeding the size of the height of the holes in the focusing electrode, can improve the focusing of the electron beam (figure 2). The presence of a guaranteed gap 7 between the focusing electrode and the base of emission material (figure 3) allows to reduce the temperature of the focusing electrode and, as a result, to reduce spurious emission from this electrode and increase the thermal efficiency of the KU. In this case, the height of the protrusion can be increased by the size of the guaranteed clearance (figure 4).

Нами изготовлен торцевой многолучевой КУ диаметром 8 мм с 19-тью эмитирующими элементами диаметром по 1,0 мм каждый. Толщина фокусирующего электрода, или размер углублений в нем составляет 0,2 мм. Гарантированный зазор между фокусирующим электродом и основанием из эмиссионного материала равен 0,4-0,5 мм. В качестве эмиссионного материала использован металлопористый эмиттер на основе пористой вольфрамовой матрицы, пропитанной алюминатом бария-кальция. КУ проходит испытание в электровакуумном приборе.We have made an end multi-beam KU with a diameter of 8 mm with 19 emitting elements with a diameter of 1.0 mm each. The thickness of the focusing electrode, or the size of the recesses in it is 0.2 mm The guaranteed gap between the focusing electrode and the base of the emission material is 0.4-0.5 mm. A metal-porous emitter based on a porous tungsten matrix impregnated with barium-calcium aluminate was used as an emission material. KU is being tested in an electrovacuum device.

Claims

1. A multipath cathode assembly comprising a focusing electrode, emitting elements and a heater block, characterized in that the working surface of the emitting elements is located on a single base made of emission material and placed between the focusing electrode and the heater block.

2. The cathode assembly according to claim 1, characterized in that the emitting elements are made in the form of protrusions not exceeding the height of the holes in the focusing electrode.

3. The cathode assembly according to claim 1 or 2, characterized in that there is a guaranteed gap between the focusing electrode and the base of emission material, and the protrusion height does not exceed the sum of the height of the focusing electrode and the size of the guaranteed gap.