МНОГОЛУЧЕВОЙ КАТОДНЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции многолучевых катодных узлов (КУ) для электровакуумных приборов.
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.
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.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эмиссионной однородности, расширении диапазона типоразмеров, снижении трудоемкости изготовления и увеличении долговечности многолучевых КУ электровакуумных приборов.
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.
На чертежах представлены схемы различных вариантов конструкции многолучевых КУ.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.