СВЧ ПРИБОР О-ТИПА С БЕЗНАКАЛЬНЫМ КАТОДОМ

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к конструкции электровакуумных СВЧ приборов О-типа.
Известны разработки приборов О-типа с электронно-оптической системой (ЭОС), в которой рассмотрена возможность применения безнакального катода - автоэлектронного эмиттера (автокатода) [1-21 в виде пакета игл или лезвий из тугоплавких металлов, или модификаций углерода с целью получения мгновенной готовности прибора к работе. Однако, реализация таких конструкций практически затруднена из-за ряда недостатков: разрушения автокатодов под действием бомбардировки ионами остаточных газов и перегрева проходящим током, большого разброса электронов по углам наклона.
6
7
2
7
Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является проект мощного СВЧ прибора О-типа - ЛБВ с ЭОС, содержащей анод, управляющий электрод и автокатод [3]. Предложенная ЭОС позволяет уменьшить разброс электронов по углам наклона и устранить ионную бомбардировку автокатода. Однако, недостатками предложенной конструкции являются: применение многоячеистой структуры с автокатодом и управляющим электродом микронных размеров и напряженностью электрического поля порядка 10-10 В/см, что делает их неустойчивыми к пробоям и искрениям, особенно в условиях больших анодных напряжений до 20 кВ и выше для мощных СВЧ приборов; низкая эффективность автокатодов по средней плотности тока. Здесь следует отметить, что автоэмиссия резко зависит от работы выхода электронов, которая для предложенных материалов-тугоплавких металлов и модификаций углерода составляет 4,5-4,7 эВ и, чтобы получить необходимую плотность тока порядка 0,1 А/см, требуется напряженность поля не менее 10 В/см [4].
Технический эффект, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эффективности автокатодов, увеличении электропрочности и долговечности СВЧ приборов О-типа с безнакальным катодом.
Указанный технический эффект достигается благодаря тому, что в СВЧ приборе О-типа, например, ЛБВ, клистроне, с безнакальным катодом, содержащим электронно-оптическую систему с анодом, управляющим электродом и автокатодом в прямой видимости эмитирующей поверхности автокатода расположен источник-испаритель эмиссионно-активного вещества, например, бария. Возможно расположение источника-испарителя на аноде или управляющем электроде.
4
5
Напыление эмиссионно-активного вещества - бария на материалы автокатодов - тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал) или модификации углерода (α-углерод, нанотрубки, стеклоуглерод, термически расширенный графит) резко снижает их работу выхода до 2,0-2,2 эВ, что обеспечивает получение нужной плотности тока при напряженности поля порядка 10-10 В/см.
-5
-8
Расположение источника-испарителя в прямой видимости к эмитирующей поверхности автокатода гарантирует напыление на него бария при работе прибора в высоком вакууме 10-10 мм рт. ст.
Применение активированных барием автокатодов позволяет изготавливать их больших размеров, получать большие абсолютные токи, увеличить расстояние между автокатодом и управляющим электродом и таким образом повысить электропрочность, надежность и долговечность прибора.
Расположение источника-испарителя на электродах ЭОС целесообразно, т.к. не усложняет конструкции прибора.
СВЧ прибор О-типа с безнакальным катодом работает следующим образом: после включения напряжений на аноде и управляющем электроде, предварительно активированный во время технологического цикла, автокатод обеспечивает мгновенный запуск и получение выходных параметров прибора. Одновременно включается нагрев источника -испарителя эмиссионно-активного вещества - бария, напыление которого поддерживает высокую эмиссионную способность автокатода в течении всего времени работы прибора.
На рис. 1 (а, б, в) представлены варианты схем размещения источника - испарителя эмиссионно-активного вещества в ЭОС приборов О-типа с безнакальным катодом.
2
4
2
Нами проведены эксперименты в мощных генераторных лампах по замеру автоэлектронной эмиссии с сеток, запыленных эмиссионно активными веществами (BaO, Ва, MgO) с оксидного катода. Получены плотности тока в диапазоне 30-50 мА/см при напряженности поля 6,5·10 В/см, что подтверждает техническую полезность нашего предложения.
Список литературы
1. Nikolai Bushuev, Yuri Grigoriev, Anton Bourtsev, Pavel Schalaev, Evgeny Tarasov “Multibeam Electron Gun With Gated Carbon Nanotube Cathode” 2012 IEEE p. 559-560.
2. Abanshin N., Gorfinkel B. “Thin-film planar edge-emitter field emission fiat panel display” U.S. Pat. 6.590.320 (2000).
3. Дармаев A.H., Комаров Д.Α., Морев С.П., Шестеркин В.И., Шалаев П.Д. “Экспериментальные исследование и численное моделирование электронною потока, формируемого матричными углеродными автоэмиссионными ячейками Григорьева-Шестеркина” Радиотехника и электроника, 2014, том 59. №8. с. 774-781.
4. “Ненакаливаемые катоды” под ред. Елинсона М.И., М. «Сов. радио» 1974. с. 169.