SU1079096A1 - Электронна пушка - Google Patents

Abstract

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, содержаща  осесимметрично расположенные автоэмиссионный катод и 1 выполненные с ОСасимметричными отверстийми управл ющий электрод и анод, отличающа с  тем что, с цепью увеличени  эффективности фокусировки пучка электронов, мелду управл ющим электродом и анодом введен соединенный с катодом фокусирующий электрод с осесимметричным отверстием, а электроды выполнены и размещены в соответствии со следующими соотношени ми размеров:

Description

Изобретение относитс  к электронной технике, а именно к устройствам с автоэмиссионными катодами, и может

.найти широкое применение, например, при создании электронных приборов СВЧ и устройств, имеющий : малоеврем  готовности и ненакаливаемый эффективный источник электронов.

Известна электронна  пушка, содер- жаща  автоэмиссионный катод, вьшол- ненный в виде остри , и анод, выполненный в виде, металлической пластины

с ocecи мeтpичным отверстием. При этом анод находитс  под высоким потенциалом относительно катода. Элект

;о о со о:

ронна  .эмисси  в таком устройстве локализована в узком телесном угле (не .более 0,22 ср), определ емом размера;мн п тна эмиссионной активной пленки ни поверхности монокристаллического остри  из тугоплавкого.металла. Бла .годар  этому уменьшаютс  поперечные составл ющие скорости электронов потока (углы наклона траекторий граничных электронов потока составл ют менее 15). Недостатком таких устройств  вл етс  нестабильность автоэмиссионного тока.. Известна также электронна  пушка, срдержап а  осесимметричн расположенные автоэмиссионный катод и выполненные с осесимметричными отверсти ми управл ющий электрод и анод. В этой пушке управл ющий электрод и анод образуют электростатическую линзу, причем электроды имеют возрастающий по отношению к эмиттеру потенциал . Недостатком этого устройства  вл етс  мала  эффективность фокусировки, св занна  с большими поперечными составл ющими скорости электронов. При телесном угле раствора электронного потока с поверхности автоэмиттера 1-2 ср углы наклона траекторий гранич ных электронов потока достигают 304 .5 , а соответствующа  величина поперечной составл ющей скорости V стано витс  соизмеримой с продольной скоростью V движени  электронов (Vp/Vj. - 0,5-1,0) . Указанна  величина отнощени  поперечной составл ющей скорости к продольной более чем на пор док вьпве по сравнению с потоками , формируемыми пушками с термоэлектронным катодом. Дл  эффективной фокусировки потока путем подавлени  поперечньк скоростей электронов требуетс  сильное магнитное попе, что св зано с увеличением ,массы и габаритов магнитной системы, а следовательно, массы и габаритов прибора в целом. Кроме того, большие поперечные скорости электронов эначительно ухудшают услови  согласовани  потока с мапдатным полем, в результате чего ухудшаетс  внутренн   структу ра потока: поток становитс  неламинар ным (с пересекающимис  траектори ми электронов), возрастают пульсации ег границы и, как следствие, ухудшаетс  токопрохождение. Неламинарность струк туры и пульсации границы потока ухуд шают также шумовые характеристики приборов. Целью изобретени   вл етс  увеличе1ше эффективности, фокусировки пучк электронов путем уменьшени  поперечных составл ющих-скоростей электронов . Цепь достигаетс  тем, что в элект ронной пушке, содержащей осесимметри но расположенные автоэмиссионный и выполненные с осесимметричными отверсти ми управл ющий электрод и анод,, между управл ющим электродом .и анодом введен соединенный с катодо фокусирующий электрод с осеснмметрич ным отверстием, а электроды вьпюлнены в соответствий со следующими соотнощени м размеров: t tg (0,15-0,45)D; (0,3 -0,5)D; 4 (0,15-0,25)D, Sl Se где , Ь толщины управл ющего и фокусирующего электрон дов и анода соответственно; . зазоры между управл кйдами фокусирующем электродами и между фокусирующим электродом и анодом; диаметр отверстий-в электродах. На фиг.1 показаны взаимное расположение электродов пушки, схема их подключени  к источнику и траектории двиг жени  электронов в потоке; на фиг.2 электронна  пущка с катодом в виде матрицы острий. Электронна  пушка содержит автоэмиссионный катод 1 в виде остри , управл ющий электрод 2, фокусирующий электрод 3 и анод 4. Управл ющий электрод 2, фокусирующий электрод 3 и анод 4 вьшолнены в виде провод щих пластин, расположены последовательно вдоль оси остри  катода 1 перпендикул рно ей и имеют отверсти  5, аксиальные острию. Катод 1, управл йщий электрод 2, фокусирующий электрод 3 и анод 4 между собой разделены диэлектрической прослойкой 6. Фокусирующий электрод 3 электрически соеди-, нен с катодом t. Управл ющий электрод, 2 и анод 4 электрически соединены и наход тс  под положительным потенмралом относительно катода 1. Катод 1 может быть выполнен в виде матрицы острий (см.фиг.2). В этом случае электроды выполн ютс  в виде металлических пленок, а зазоры - в виде диэлектрических пленок. Предложенна  электронна  пушка работает следующим образом. При подаче на управл |рщЕ1й электрод 2 напр жени , достаточного дл .того чтобы создаваемое у вершины остри  катода t электрическое поле вызвало автоэмнссиюу из отверсти  5 анода 4 вытекает электройный поток 7. Ка5 1 тод 1, фокусирующий электрод 3 с нулевым потенциалом относительно катода 1, управл ющий электрод 2 электрически соединенный с анодом А с положительным потенциалом V относительно катода 1, образуют электростатическую , линзу, обеспечивающую подавление поперечных составл ющих скоростей электронов. Данна  система электростатических линз формирует за анодом 4 электронной пушки поток 7с малыми поперечными скорост ми электро нов, исход щих из остри  эмиттера 1 в пределах сравнительно большого телесного угла (0,3-11,0 ср) . Така  конструкци  электронной пушки обеспечивает существенное умень шение (более чем на пор док) поперечньк скоростей частиц в выходной штоскости анода 4 и улучшает эффективност . фокусировки потока. При формировании электронного потока повышенной мощности в предложенной электронной пушке с катодом , i1 в виде матрицы острий фокусировка испускаемых остри ми микроструй 7 осуществл етс  электростатическими линэаьш, образованными обвдм управл ющим электродом 2, фокусирующим электродом 3 и анодом 4 (см. фиг.2), имеющими аксиальные остри м отверсти  Проведенный расчет на ЭВМ предложенной конструкции.электронной пушки показывает, что геометрические размеры пушки (фиг.1) должны удовлетвор ть следующими соотношени ми: t (0,15-0,45)0; ( 0,3-0,5)D; S (0,15-0,25)D, где t.tg S толщина управл ющего электрода, фокусирующего электрода-и анода соответственно; S. зазоры между управл ющим и фокусирующим электродами и фокусирующим электро

дом и анодом соответственно;

D - диаметр отверстий электродов . .

Эффективность фокуси ровки потока в магнитном попе можно оценить по относительной величине среднеквадратичной поперечной составл ющей скои уменьшени  продольных размеров области фокусирующего пол .

Рассмотренными вьгще факторами ограничены пределы изменени  геометричес55 ких размеров , ) и Sj/D в соотношении (1). За пределами нижних границ области изйв .нени  параметров фокусирующа  cibia 6 . . рости V , где V, - среднеквадратичное значение продольной скорости. В обычных пущках с термоэлектронным .катодом величина ,1, что соответствует относительно малым углам наклона траектории ; 5°, при которьк пучок удовлетворительно согласуетс  с магнитным полем, достигаетс  качественна  фокусировка и высокое 1pO%) токопрохождение. Величина V /V всегда положительна (V /V 0) и при идеальной фокусировке потока (параллельных траектори х в выходной плоскости анода) V,/V. 0. Любые отклонени  траекторий от параллельных в случа х недостаточной фокусировки исход щего из остри  потока (слаба  электрическа  линза, пололмте ьные углы наклона траекторий) или перефокусировка потока (сильна  электрическа  линза, отрицательные углы наклона траекторий) привод т к Vi увеличению Фокусирующа  сила линзы, образованной управл ющим электродом, фокусирукнарм электродом и анодом, возрастает при увеличении относительной толщины управл ющего электрода ( --) и анода (г), что приводит к расширению потока в области фокусирующего электрода. Фокусирующа  сила линзы возрастает также, при увеличеНИИ относительной толщины фокусирующего электрода () и ширины межэлектродных зазоров Sj /D , что приводит к увеличению продольных размеров области фокусирующего пол , при увеличении фокусирующей силы линзы за счет указанных факторов про исходит перефокусировка потока. Напротив , при уменьшении этйзс napiiaMeTров фокусирующа  сила линзы уменьщаетс . вследствие недостаточно глубокого проникновени  пучка в область сильного фокусирующего пол  вблизи поверхности фокусирующего электрода

линзы недостаточна дл  компенсации радиальной расходимости потока, а за пределами верхних гранид она слишком велика и приводит к недопустимой перефокусировке потока. Внутри указанных областей изменени  параметров обеспечиваютс  относительно малые (в пределах, допустимых дл  пушек с термоэлектронньши катодами) поперечные скорости электронов в выходной ..плоскости анода , и, следовательно , достигаетс  эффективна  фокусировка потока магнитным полем

Результаты расчета величины П1 изменении параметров t./D, ,

t,/D дл  средней точки допустимого диапазона изменени  параметра Sg/D Яриведены в табл.1. Эмисси  задана в пределах телесного угла 0,4 ср. В табл.1, вьщелена область параметров , внутри которой величина V.,1. Верхн   и нижн   стороны пр моугольника в табл.1 соответственно определ ют нижнюю и верхнюю границы области изменени  параметров t,/D tg/D, а лева  и права  стороны - нижнюю и верхнюю границы области изменени  параметра tg/D.

Т а б л и ц а- 1

Величина отношени  , зависит от безразмерных геометрических параметров пушки tj/О tj,/D и tj/D. Рабоча  область параметров заключена внутри вьщеленного пр моугольника, ;где /%.0,1.

Без применени  предложенного устройства электронный поток, образованньй совокупностью микроструй, испускаемых многострийным автокатодом в пределах телесного угла эмиссии с . каждого остри  0,4-1 ср, обладает большими поперечными составл ющими скорост ми электронов (,51 ,0) и  рко выраженной неламинарной структурой. Выполненные расчеты, результаты которых приведены в табл.2, показывают, что дл  магнитной фокусировки такого потока с заданными в пределах 10-50% пульсаци ми требуетс  увеличение индукции магнитного |П051Л в t,72-3,3 раза (коэффициент Kg rf массы магнитной системы (коэффициент 1) в 2,96-10,9 раза.

Таблица 2

Увеличение индукции пол-  Kg и массы магнита необходимо дл  обеспечени  фокусировки потока с пульсаци ми 0 10-50% без применени  предложенного устройства. Телесный угол автоэмиссии 0,4-1 ср.

Таким образом,уст1)ойство позвоп 0 ет осуществить эффективную фокусировку и существенно улучшить ламинар .HpcTt потока, испускаемого автокато;дом , без дополнительного увелич ени  магнитного пол , т.е. при помощи известньк магнитных систем, используе- . мых дл  фокусировки потоков в электронно-оптических системах с термоэлектронными катодаь . Это значитель

Claims (1)

1. альцой зависимостью тока от напряжения, возможность осуществления низковольтной модуляции тока (по управляющему электроду и аноду) и снижения массы радиоэлектронного комплекса (за счет снижения массы модулятора), безынерционный отклик тока на изменение напряжения, высокая плотность тока в пучке 10^-10^б А/см², возможность увеличения общего тока за счет¹ использования матричного автоэмиттера и высокой плотности упаковки острий в матрице.

   Фиг. 2