RU2285310C2 - High-power helical traveling-wave tube - Google Patents
High-power helical traveling-wave tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285310C2 RU2285310C2 RU2004135001/09A RU2004135001A RU2285310C2 RU 2285310 C2 RU2285310 C2 RU 2285310C2 RU 2004135001/09 A RU2004135001/09 A RU 2004135001/09A RU 2004135001 A RU2004135001 A RU 2004135001A RU 2285310 C2 RU2285310 C2 RU 2285310C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral
- traveling
- wave
- powerful
- lamp according
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкции и технологии СВЧ-приборов, а именно к мощным спиральным лампам бегущей волны (ЛБВ) и к миниатюрным низковольтным ЛБВ с высокой удельной тепловой нагрузкой на спираль, использующим магнитную периодическую фокусировку.The invention relates to the design and technology of microwave devices, namely to powerful traveling-wave spiral tubes (TWTs) and to miniature low-voltage TWTs with a high specific heat load on the coil using magnetic periodic focusing.
Потребности создания новой перспективной радиоаппаратуры в сантиметровом диапазоне длин волн диктуют необходимость разработки с одной стороны надежных и компактных спиральных ЛБВ для мощных (более 1 кВт) выходных каскадов наземных передатчиков и, с другой стороны, миниатюрных низковольтных ЛБВ повышенной мощности (сотни Вт) для бортовой аппаратуры. Ключевой проблемой разработки обоих классов ЛБВ является недостаточный теплоотвод от спирали ЛБВ. Температура спирали мощных ЛБВ допускается до 300°С при выполнении ее из меди и порядка 500°С в случае молибдена. Обычно спираль в мощных ЛБВ выполняется из молибдена. Особенно перспективными конструкциями для этих классов ЛБВ являются такие, в которых вакуумная оболочка в области замедляющей системы совмещена с магнитопроводом магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС). Идеальный тепловой контакт обеспечивался бы при пайке всех теплоотводящих элементов между собой металлическими припоями. Но, с увеличением рабочих частот до 3-сантиметрового диапазона и выше, когда диаметр спирали и шаг ее навивки составляют уже доли миллиметра, такой способ закрепления спирали становится проблематичным, т.к. требуется надежная электрическая изоляция между соседними витками спирали. Применение пайки для соединения диэлектрических опор спирали с корпусом затрудняется из-за большой протяженности шва, требующей идеального согласования разнородных деталей спая по коэффициенту термического линейного расширения.The requirements for creating new promising radio equipment in the centimeter wavelength range dictate the need to develop reliable and compact spiral TWTs for high-power (more than 1 kW) output stages of ground transmitters and, on the other hand, miniature low-voltage TWTs with increased power (hundreds of W) for on-board equipment . A key problem in the development of both classes of TWT is the insufficient heat removal from the TWT spiral. The temperature of the spiral of powerful TWT is allowed up to 300 ° C when it is made of copper and about 500 ° C in the case of molybdenum. Typically, a spiral in powerful TWT is made of molybdenum. Particularly promising designs for these classes of TWTs are those in which the vacuum shell in the region of the retarding system is combined with the magnetic core of the magnetic periodic focusing system (MPFS). An ideal thermal contact would be ensured by soldering all the heat-removing elements between themselves with metal solders. But, with an increase in operating frequencies to a 3-cm range and above, when the diameter of the spiral and the pitch of its winding are already fractions of a millimeter, this method of fixing the spiral becomes problematic, because reliable electrical isolation between adjacent turns of the spiral is required. The use of soldering to connect the dielectric supports of the spiral with the casing is difficult due to the large length of the seam, which requires perfect matching of dissimilar parts of the junction according to the coefficient of thermal linear expansion.
Известны конструкции спиральных ЛБВ, в которых для улучшения теплоотвода от спирали (уменьшения теплового сопротивления между спиралью и охлаждаемой поверхностью корпуса ЛБВ) плотный механический контакт между спиралью и диэлектрическими опорами, закрепляющими ее в корпусе, а также между опорами и самим корпусом обеспечивается прецизионной механической обработкой и различными технологическими приемами, наиболее распространенным из которых является "термообжатие" системы спираль-опоры-корпус [1, 2]. Причем в качестве корпуса (вакуумной оболочки) используется обычно тонкая металлическая трубка, на которую в дальнейшем крепятся полюсные наконечники магнитопровода МПФС.There are known designs of spiral TWTs in which, to improve heat dissipation from the spiral (to reduce the thermal resistance between the spiral and the cooled surface of the TWT case), tight mechanical contact between the spiral and the dielectric supports fixing it in the case, as well as between the supports and the case itself, is provided by precision machining and various technological methods, the most common of which is the "thermal compression" of the spiral-support-housing system [1, 2]. Moreover, a thin metal tube is usually used as a housing (vacuum shell), onto which the pole tips of the MPFS magnetic circuit are subsequently attached.
Недостатками данных конструкций являются следующие: значительное тепловое сопротивление в областях механического контакта соединяемых деталей, нестабильность этого сопротивления (тенденция к увеличению) в процессе работы при многократных нагревах и охлаждениях, а также наличие дополнительного теплового сопротивления в местах контакта трубки и дисковых полюсных наконечников МПФС, от которых тепло отводится за счет обдува их воздухом или с помощью жидкостного охлаждения.The disadvantages of these designs are the following: significant thermal resistance in the areas of mechanical contact of the parts to be joined, instability of this resistance (tendency to increase) during operation during repeated heating and cooling, as well as the presence of additional thermal resistance at the contact points of the tube and disk pole tips of MPFS, from which heat is removed by blowing them with air or using liquid cooling.
Прототипом данного технического решения является широкополосная спиральная ЛБВ [3] со спиралью, окруженной теплоотводящими керамическими опорами из окиси бериллия (ВеО), содержащая металлический корпус, являющийся частью вакуумной оболочки и совмещенный с магнитопроводом магнитной периодической фокусирующей системы, в котором полюсные наконечники выполнены в виде дисков из магнитомягкого материала и разделены металлическими втулками из немагнитного материала. В этой конструкции опоры спирали контактируют непосредственно с внутренней поверхностью наконечников магнитопровода и разделяющих их втулок из немагнитного материала (сплав монель), соединенных вакуумно-плотными швами и образующих вакуумную оболочку ЛБВ в районе замедляющей системы. Несомненными достоинствами такой конструкции является отсутствие внутренней трубки, применяемой обычно для обжима системы спираль - опоры. Это позволяет устранить дополнительное тепловое сопротивление между трубкой и магнитопроводом, увеличить величину магнитного поля на оси прибора и соосность этого магнитного поля с осью прибора.The prototype of this technical solution is a broadband spiral TWT [3] with a spiral surrounded by heat-removing ceramic supports made of beryllium oxide (BeO), containing a metal body that is part of a vacuum shell and combined with the magnetic core of a magnetic periodic focusing system in which the pole pieces are made in the form of disks soft magnetic material and separated by metal bushings of non-magnetic material. In this design, the spiral supports contact directly with the inner surface of the tips of the magnetic circuit and the bushings separating them of non-magnetic material (monel alloy), connected by vacuum-tight seams and forming a vacuum sheath of the TWT in the region of the retardation system. The undoubted advantages of this design is the lack of an inner tube, usually used for crimping the spiral-support system. This allows you to eliminate additional thermal resistance between the tube and the magnetic circuit, increase the magnitude of the magnetic field on the axis of the device and the alignment of this magnetic field with the axis of the device.
Недостатком такого технического решения является наличие чисто механических контактов между соприкасающимися поверхностями деталей (спираль - опоры и опоры - корпус), отводящих тепло от спирали. Такие плотные механические контакты имеют значительное тепловое сопротивление и, к тому же, стабильность и надежность этого сопротивления падает с течением времени, после многократных циклов нагрева и охлаждения в процессе работы.The disadvantage of this technical solution is the presence of purely mechanical contacts between the contacting surfaces of the parts (spiral - supports and supports - body) that remove heat from the spiral. Such tight mechanical contacts have significant thermal resistance and, moreover, the stability and reliability of this resistance decreases over time, after repeated heating and cooling cycles during operation.
Целью предлагаемого технического решения является повышение выходной мощности спиральных ЛБВ за счет использования паяных соединений для улучшения теплоотвода от спирали к корпусу ЛБВ без снижения надежности и механической прочности соединения.The aim of the proposed technical solution is to increase the output power of spiral TWT through the use of soldered joints to improve heat dissipation from the spiral to the TWT case without compromising the reliability and mechanical strength of the connection.
Цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции:The goal is achieved by the fact that in the proposed design:
Втулки, разделяющие полюсные наконечники МПФС, выполнены из вакуумной керамики с коэффициентом термического линейного расширения, меньшим коэффициента термического линейного расширения материала полюсных наконечников и коэффициента термического линейного расширения материала опор, опоры соединены со спиралью слоем диэлектрического припоя с температурой плавления выше 1000-1050°С, а с корпусом - слоем металлического припоя с температурой плавления от 780°С до 900-1000°С, причем толщина втулки lв выбрана из отношения:The bushings separating the pole pieces of MPFS are made of vacuum ceramics with a coefficient of thermal linear expansion less than the coefficient of thermal linear expansion of the material of the pole pieces and the coefficient of thermal linear expansion of the material of the supports, the supports are connected to the spiral by a layer of dielectric solder with a melting point above 1000-1050 ° C, and with the case - a layer of metal solder with a melting point from 780 ° C to 900-1000 ° C, and the thickness of the sleeve l in selected from the ratio:
lв=l(αn-αo)/(αn-αв)=(0,56÷0,76)l,l in = l (α n -α o ) / (α n -α in ) = (0.56 ÷ 0.76) l,
где l - суммарная толщина полюсного наконечника и втулки вдоль оси корпуса [м],where l is the total thickness of the pole piece and the sleeve along the axis of the housing [m],
αn - коэффициент термического линейного расширения материала полюсных наконечников [К-1],α n - coefficient of thermal linear expansion of the material of the pole pieces [K -1 ],
αo - коэффициент термического линейного расширения материала опор [К-1],α o - coefficient of thermal linear expansion of the material of the supports [K -1 ],
αв - коэффициент термического линейного расширения материала втулок [К-1].α in - coefficient of thermal linear expansion of the material of the bushings [K -1 ].
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрического припоя использован алюмосиликатный материал.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that aluminosilicate material is used as a dielectric solder.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрического припоя использован стеклоцемент марки СК-27.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that SK-27 glass cement is used as a dielectric solder.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве металлического припоя использован медно-серебряный сплав марки ПСр70М.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that a PSr70M copper-silver alloy is used as a metal solder.
Мощная спиральная, лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве металлического припоя использован медно-золотой сплав марки ПЗл80М.A powerful spiral lamp of a traveling wave, characterized in that a PZl80M copper-gold alloy is used as a metal solder.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве металлического припоя использован золото-серебряный сплав марки ПЗл90Ср.A powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that a PZl90Sr gold-silver alloy is used as a metal solder.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве металлического припоя использован медно-германиевый сплав марки ПМ88Г.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that PM88G copper-germanium alloy is used as a metal solder.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что металлический припой нанесен гальваническим способом на внутреннюю поверхность корпуса.Powerful spiral lamp of a traveling wave, characterized in that the metal solder is applied galvanically to the inner surface of the body.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что металлический припой нанесен на каждую опору гальваническим способом в виде продольной полосы на внешние стороны опор.Powerful spiral lamp of a traveling wave, characterized in that the metal solder is applied to each support in a galvanic manner in the form of a longitudinal strip on the outer sides of the supports.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что между металлическим припоем и втулкой размещен слой дополнительной металлизации с хорошей адгезией к материалу втулки.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that a layer of additional metallization is placed between the metal solder and the sleeve with good adhesion to the material of the sleeve.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что между металлическим припоем и опорой размещен дополнительный слой металлизации с хорошей адгезией к материалу опоры.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that an additional metallization layer is placed between the metal solder and the support with good adhesion to the support material.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве материала для металлизации втулок использована молибденовая или молибдено-марганцевая металлизационная паста марок П-1 или ПМ-1.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that molybdenum or molybdenum-manganese metallization paste of grades P-1 or PM-1 is used as the material for metallizing the bushings.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в качестве материала для металлизации опор использована молибденовая или молибдено-марганцевая металлизационная паста марок ПСТ-1 или ПСТМ-1.A powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that molybdenum or molybdenum-manganese metallization paste PST-1 or PSTM-1 is used as the material for metallizing the supports.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что между металлизационным слоем и металлическим припоем размещен буферный слой покрытия из никеля.A powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that a buffer layer of a nickel coating is placed between the metallization layer and the metal solder.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что в корпусе выполнены каналы охлаждения, параллельные его оси.A powerful spiral lamp of a traveling wave, characterized in that cooling channels parallel to its axis are made in the housing.
Мощная спиральная лампа бегущей волны, отличающаяся тем, что втулки выполнены из пакета двусторонне металлизированных слоев керамики по технологии многослойных керамических плат.Powerful spiral traveling-wave lamp, characterized in that the bushings are made of a package of double-sided metallized ceramic layers using multilayer ceramic circuit board technology.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом за счет применения паяных швов между спиралью и опорами и между опорами и корпусом значительно увеличивается теплоотвод от спирали, так как уменьшается тепловое сопротивление контактов между разнородными материалами спирали, опор и корпуса и, тем самым, обеспечивается возможность работы такой спирали при больших уровнях выходной мощности ЛБВ. Но в применяемых на практике конструкциях ЛБВ [3] такие металлические спаи не могут быть реализованы из-за больших механических напряжений, возникающих в спаях разнородных материалов. Особенно это касается протяженных швов спаев опор с корпусом. Кроме того, металлические припои для пайки спирали к опорам должны наноситься локально, чтобы не закоротить электрически витки спирали. Это чрезвычайно усложняет технологию сборки и пайки и провоцирует электрические пробои между витками спирали при больших мощностях. Применение в предлагаемой конструкции ступенчатой пайки спирали диэлектрическим высокотемпературным припоем к опорам и, затем, этого узла в корпус более низкотемпературным металлическим припоем при обязательном использовании втулок из вакуумной керамики, разделяющих диски магнитопровода МПФС, и образующих вместе с ними паяную вакуумно-плотную оболочку прибора, решает эту проблему. Для обеспечения первого этапа ступенчатой пайки, т.е. для пайки узлов спираль - опоры и корпуса, образуемого из полюсных наконечников магнитной системы и разделяющих их втулок из немагнитного материала (керамики) выбраны, соответственно, в качестве диэлектрического припоя стеклоцемент с температурой плавления выше 1050°С и чистая медь с температурой пайки 1083°С. Пайка узла спираль - опоры в корпус - вторая ступень процесса, осуществляемая с помощью металлического припоя с температурой плавления в интервале от 780°С до 1000°С. За счет более низкого, чем у материала опор (керамика из окиси бериллия), и магнитомягкого материала полюсных наконечников (чистое железо и его сплавы), коэффициента термического линейного расширения втулок в предлагаемой конструкции возможно создание надежного паяного шва, в котором локальные напряжения не достигают разрушающих значений. При соответствующем выборе толщины втулки и толщины полюсного наконечника в спае втулка - полюсный наконечник возможно равенство с высокой точностью абсолютных значений удлинений корпуса и опор на длине полупериода МПФС (втулка - полюсный наконечник), т.е. механические напряжения в спае не накапливаются в замедляющих системах с протяженными швами. При использовании в качестве материала полюсных наконечников существующих в настоящее время магнитомягких сплавов железа и чистого железа с коэффициентами термического линейного расширения от 110×10-7 (сплав КФ-48) до 145×10-7 отношение толщины втулки к суммарной толщине втулки и наконечника находится в пределах от 0,56 до 0,76. Эти пределы близки к оптимальным для существующих в настоящее время материалов, пригодных для использования в качестве элементов комбинированной вакуумной оболочки мощных ЛБВ с магнитной периодической фокусировкой. В спае молибденовой спирали с опорами ввиду близости коэффициента термического линейного расширения молибдена и многих диэлектрических материалов, используемых для изготовления опор, а также ввиду малой протяженности спаев, разрушающих напряжений не возникает. Даже в спаях таких материалов, как вакуумная керамика и железо или магнитомягкие его сплавы, опасных напряжений не возникает при реальных поперечных размерах корпусов ЛБВ сантиметрового диапазона. Этому способствует также форма спая - керамика с двух сторон охвачена полюсными наконечниками с большим коэффициентом термического линейного расширения.The essence of the invention lies in the fact that in the proposed design compared to the prototype due to the use of soldered seams between the spiral and the supports and between the supports and the housing, the heat sink from the spiral is significantly increased, since the thermal resistance of the contacts between the heterogeneous materials of the spiral, supports and the housing decreases Thus, it is possible to operate such a spiral at high levels of TWT output power. But in the TWT constructions used in practice [3], such metal junctions cannot be realized due to high mechanical stresses arising in the joints of dissimilar materials. This is especially true for the extended joints of the joints of the supports with the body. In addition, metal solders for brazing the helix to the supports should be applied locally so as not to electrically short-circuit the coils of the helix. This extremely complicates the assembly and soldering technology and provokes electrical breakdowns between the turns of the spiral at high powers. The use in the proposed design of step-wise spiral brazing with dielectric high-temperature solder to the supports and, then, this assembly into the case with a lower-temperature metal solder with the mandatory use of vacuum ceramic bushings separating the MPFS magnetic circuit disks and forming a soldered vacuum-tight shell of the device with them, solves this problem. To ensure the first stage of step soldering, i.e. For brazing the spiral assemblies - supports and bodies formed from the pole pieces of the magnetic system and bushings separating them from non-magnetic material (ceramics), glass cement with a melting point above 1050 ° C and pure copper with a soldering temperature of 1083 ° C were selected, respectively, as dielectric solder . The soldering of the spiral node - supports in the housing is the second stage of the process, carried out using metal solder with a melting temperature in the range from 780 ° C to 1000 ° C. Due to the lower supports (ceramics made of beryllium oxide) and the soft magnetic material of the pole pieces (pure iron and its alloys), the coefficient of thermal linear expansion of the bushings in the proposed design, it is possible to create a reliable solder joint in which local stresses do not reach destructive values. With the appropriate choice of the thickness of the sleeve and the thickness of the pole piece in the joint sleeve – pole tip, the absolute values of the absolute values of the elongations of the body and supports along the MPPS half-life (sleeve – pole tip) can be equal with high accuracy, i.e. mechanical stresses in the joint do not accumulate in retarding systems with extended seams. When using the material of the pole lugs of the currently existing soft magnetic alloys of iron and pure iron with coefficients of linear thermal expansion from 110 × 10 -7 (KF-48 alloy) to 145 × 10 -7, the ratio of the thickness of the sleeve to the total thickness of the sleeve and tip is ranging from 0.56 to 0.76. These limits are close to optimal for existing materials suitable for use as elements of a combined vacuum shell of powerful TWTs with magnetic periodic focusing. Due to the proximity of the coefficient of thermal linear expansion of molybdenum and many dielectric materials used for the manufacture of supports, as well as to the small extent of junctions, destructive stresses do not occur in junctions of molybdenum spirals with supports. Even in junctions of materials such as vacuum ceramics and iron or its soft magnetic alloys, dangerous stresses do not arise with real transverse dimensions of the TWT cases of the centimeter range. The junction shape also contributes to this - ceramics on both sides are covered by pole pieces with a large coefficient of thermal linear expansion.
Изобретение поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:
фиг.1 изображен поперечный разрез мощной спиральной ЛБВ, проходящий через одну из втулок;figure 1 shows a cross section of a powerful spiral TWT, passing through one of the bushings;
фиг.2 изображен увеличенный фрагмент С поперечного разреза мощной спиральной ЛБВ (фиг.1);figure 2 shows an enlarged fragment C of a cross section of a powerful spiral TWT (figure 1);
фиг.3 изображен продольный разрез мощной спиральной ЛБВ по линии Б-Б фиг.1;figure 3 shows a longitudinal section of a powerful spiral TWT along the line BB of figure 1;
фиг.4 изображен продольный разрез по линии Б-Б фиг.1 варианта исполнения мощной спиральной ЛБВ.figure 4 shows a longitudinal section along the line BB of figure 1 of an embodiment of a powerful spiral TWT.
Предложенная мощная спиральная лампа бегущей волны включает в себя корпус, составленный из полюсных наконечников 1 МПФС в виде дисков и разделяющих их втулок 2 из немагнитного материала. В пространстве между полюсными наконечниками 1 установлены кольцевые магниты 3. Внутри корпуса, вдоль его оси размещена замедляющая система, включающая спираль 4 и диэлектрические опоры 5. Опоры 5 соединены со спиралью 4 паяным швом с применением диэлектрического припоя 6, а с корпусом - паяным швом за счет слоя металлического припоя 7, нанесенного гальванически на внутреннюю поверхность полюсных наконечников 1, а также на металлизированную 8 высокотемпературным вжиганием металлизационной пасты и покрытую никелем 9 поверхность втулок 2. Наружный экран в данной конструкции замедляющей системы образован внутренними поверхностями полюсных наконечников 1 и металлизированных (слои 7, 8, 9) втулок 2. Наружная грань прямоугольных в поперечном сечении (для увеличения площади контакта) опор 5 также металлизирована (слой 10) и покрыта никелем 11. В толще металлокерамического корпуса для увеличения теплоотвода могут быть выполнены каналы охлаждения 12. С той же целью втулки могут быть выполнены из многослойной металлизированной по слоям 13 керамики по технологии многослойных плат, что еще более увеличивает теплоотвод от спирали к наружной поверхности корпуса, или к каналам охлаждения 12. Размеры конструктивных элементов ЛБВ, а именно толщина втулок lв и суммарная толщина втулок и полюсных наконечников l, изображены на фиг.3.The proposed powerful spiral lamp of a traveling wave includes a housing made up of
Пример практической реализации предлагаемого изобретения представляет собой конструкцию мощной спиральной ЛБВ, в которой спираль выполнена из молибдена, опоры - керамические, из окиси бериллия марки ОБ-1, полюсные наконечники - из чистого железа (сталь марки 10864), а втулки - из алюмооксидной керамики марки 22ХС. В паяных швах использованы: чистая медь марки MB (1083°С) в спаях полюсных наконечников и втулок, стеклоцемент марки СК-27 (1200°С) в качестве диэлектрического припоя в спае спирали и опор и гальванический медно-серебряный припой марки ПСр70М (780-800°С) в спае опор с корпусом. Такой выбор припоев обеспечивает ступенчатую пайку корпуса и существенно упрощает технологию его изготовления. В качестве металлических припоев для второй ступени пайки могут быть использованы и другие из существующих в настоящее время гальванических припоев с температурой плавления из интервала от 780°С до 1000°С, например припои марок ПЗл80М, ПЗл90Ср, ПМ88Г. Для высокотемпературной металлизации керамических опор и втулок использована молибдено-марганцевая паста марок ПСТМ-1 и ПМ-1 соответственно, а сверху металлизационный слой гальванически покрывается буферным слоем никеля. Слой припоя ПСр70М высаживается на внутреннюю поверхность корпуса гальванически. Слой гальванического припоя должен быть достаточной толщины, чтобы при окончательной механической обработке внутренней поверхности корпуса обеспечить минимальный гарантированный зазор между ней и наружными металлизированными гранями опор паяного узла спираль - опоры. При пайке же опор со спиралью слой диэлектрического припоя из стеклоцемента должен быть минимальным, чтобы он при пайке смочил лишь наружную часть спирали, не затекая на ее внутреннюю сторону, обращенную к электронному потоку в работающей ЛБВ. Кроме того, технология пайки спирали с опорами должна обеспечивать давление между витками спирали и опорами так, чтобы витки спирали, продавив размягченный стеклоцемент, вошли в плотный механический контакт с керамикой. В таком узле тепловое сопротивление между спиралью и опорами будет ниже, чем при известных способах механического или термического "обжатия" узла. При работе ЛБВ, когда спираль нагревается до значительных температур (~500°С) и даже при остывании после пайки (1200°С) в узле спираль - опоры не возникает опасных напряжений в спае, т.к. КТЛР молибдена, стеклоцемента СК-27 и керамики из окиси бериллия близки (50×10-7, 60×10-7 и 87×10-7 соответственно), а протяженность спаев мала - равна ширине опор. В месте контакта опор с металлокерамическим корпусом спаиваются металлическим припоем разнородные по КТЛР материалы, но накапливания напряжений в спае не происходит, т.к. расширение наиболее сильно расширяющегося при нагреве элемента спая - полюсного наконечника компенсируется относительно малым расширением вакуумной керамики втулок, и суммарное расширение этой пары материалов корпуса подбирается равным расширению керамических опор той же длины из окиси бериллия. Кроме того, даже для такой разнородной по КТЛР пары, как вакуумная керамика и магнитомягкое железо полюсных наконечников, при максимальных размерах спая в поперечном оси прибора направлении 10-15 мм и перепаде температур в 800°С напряжения в спае не достигают разрушающих. Этому благоприятствует тот факт, что полюсные наконечники с большим КТЛР охватывают керамические втулки с двух сторон, компенсируя изгибные напряжения в спаях.An example of the practical implementation of the invention is the design of a powerful spiral TWT, in which the spiral is made of molybdenum, the supports are ceramic, made of beryllium oxide, grade OB-1, the pole pieces are made of pure iron (steel grade 10864), and the bushings are made of aluminum oxide ceramic of the brand 22XC. Used in soldered joints: pure copper grade MB (1083 ° C) in junctions of pole pieces and bushings, glass cement grade SK-27 (1200 ° C) as dielectric solder in a joint of spirals and supports and galvanic copper-silver solder grade PSr70M (780 -800 ° C) in the junction of the supports with the body. Such a selection of solders provides step-by-step soldering of the case and significantly simplifies the technology of its manufacture. As solders for the second soldering stage, other galvanic solders with a melting temperature from 780 ° С to 1000 ° С can be used, for example, solders of the ПЗл80М, ПЗл90Ср, ПМ88Г grades. For high-temperature metallization of ceramic bearings and bushings, molybdenum-manganese paste of the PSTM-1 and PM-1 grades were used, respectively, and the metallization layer was galvanically coated with a nickel buffer layer from above. A layer of PSr70M solder is deposited on the inner surface of the body galvanically. The galvanic solder layer must be of sufficient thickness so that, during the final machining of the inner surface of the casing, to ensure the minimum guaranteed clearance between it and the external metallized faces of the supports of the soldered spiral-support assembly. When soldering supports with a spiral, the layer of dielectric solder from glass cement should be minimal so that when soldering, it moistens only the outer part of the spiral, without flowing onto its inner side, facing the electron flow in the working TWT. In addition, the technology of brazing a spiral with supports should provide pressure between the turns of the spiral and the supports so that the turns of the spiral, pushing softened glass cement, come into close mechanical contact with the ceramic. In such a node, the thermal resistance between the spiral and the supports will be lower than with the known methods of mechanical or thermal "compression" of the node. During TWT operation, when the spiral is heated to significant temperatures (~ 500 ° С) and even when cooling after soldering (1200 ° С) in the spiral-support assembly, dangerous stresses do not arise in the joint, since The CTLRs of molybdenum, SK-27 glass cement and beryllium oxide ceramics are close (50 × 10 -7 , 60 × 10 -7 and 87 × 10 -7, respectively), and the length of the junctions is small - equal to the width of the supports. At the contact point of the supports with the ceramic-metal case, materials dissimilar in CTLR are soldered with metal solder, but there is no accumulation of stresses in the joint, because the expansion of the junction of the junction, the pole tip, which is most expanded during heating, is compensated by the relatively small expansion of the vacuum ceramics of the bushings, and the total expansion of this pair of housing materials is selected equal to the expansion of ceramic supports of the same length from beryllium oxide. In addition, even for such a heterogeneous KTLR pair, such as vacuum ceramics and magnetically soft iron pole pieces, with maximum junction sizes in the transverse axis of the device, a direction of 10-15 mm and a temperature difference of 800 ° C, the stresses in the joint do not reach destructive stresses. This is favored by the fact that the pole pieces with a large CTRL cover ceramic bushings on both sides, compensating for the bending stresses in the junctions.
Для подобранной тройки материалов керамические опоры из окиси бериллия (αо×107=87), полюса магнитопровода из железа (αn×107=145) и втулки из алюмооксидной керамики 22ХС (αв×107=69) оптимальное с точки зрения согласования КТЛР отношение толщины керамических втулок и полюсных наконечников составило 3:1, что близко к типичному соотношению толщины магнитов (3, фиг.2) и полюсных наконечников МПФС в мощных ЛБВ сантиметрового диапазона. Кроме того, это соотношение может быть не равно в точности соотношению толщин керамики и металла в спае металлокерамической оболочки в разумных пределах (не допуская малой толщины магнитопровода, приводящей к его насыщению) за счет разной толщины дисков магнитопровода в спае и за оболочкой, в районе магнитов. Варьирование этого соотношения возможно и за счет применения других магнитомягких материалов (сплавов) для полюсных наконечников с другими КТЛР. Выбор этих материалов достаточно широк.For a selected triple of materials, ceramic supports made of beryllium oxide (α о × 10 7 = 87), the poles of the magnetic core made of iron (α n × 10 7 = 145) and bushings made of alumina ceramics 22XC (α in × 10 7 = 69) are optimal from the point In terms of CTRL matching, the ratio of the thickness of ceramic bushings and pole tips was 3: 1, which is close to the typical ratio of the thickness of magnets (3, Fig. 2) and pole tips of MPFS in powerful TWTs of the centimeter range. In addition, this ratio may not be exactly the same as the ratio of the thicknesses of ceramics and metal in the joint of the ceramic-metal shell within reasonable limits (avoiding the small thickness of the magnetic circuit leading to its saturation) due to the different thicknesses of the disks of the magnetic circuit in the joint and behind the shell, in the region of magnets . Varying this ratio is also possible due to the use of other soft magnetic materials (alloys) for pole pieces with other CTLRs. The choice of these materials is wide enough.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечит возможность создания мощной, экономичной в производстве и надежной спиральной ЛБВ на несколько единиц киловатт средней мощности в полосе от десятков процентов до октавы и, с другой стороны, позволит создать прочные, надежные и устойчивые к механическим воздействиям конструкции и для низковольтных миниатюрных ЛБВ с мелкоструктурной спиралью.Thus, the present invention will provide the ability to create a powerful, economical in production and reliable TWT spiral for several units of kilowatts of average power in the band from tens of percent to octave and, on the other hand, will create a strong, reliable and resistant to mechanical stress structures for low voltage miniature TWT with a fine-structured spiral.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:INFORMATION SOURCES:
1. А.с. СССР № 290346, МПК H 01 J 23/26, приоритет от 1.06.1968, "Оправка для термического закрепления замедляющей системы", автор В.И. Юданов.1. A.S. USSR No. 290346, IPC H 01 J 23/26, priority from 01/06/1968, "Mandrel for the thermal fixation of a retarding system", author V.I. Yudanov.
2. А.с. СССР № 322805, МПК H 01 J 23/26, приоритет от 26.11.1969, "Способ крепления замедляющей системы", авторы В.И. Юданов, А.Ф. Мурсков.2. A.S. USSR No. 322805, IPC H 01 J 23/26, priority of 11/26/1969, "Method for attaching a retarding system", V.I. Yudanov, A.F. Murskov.
3. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07 "Антенны и СВЧ устройства и их технологии" Азова Геннадия Анатольевича на тему "Исследование и разработка мощных широкополосных ЛБВ непрерывного действия сантиметрового диапазона длин волн на спиральных замедляющих системах", ОАО "Плутон", Москва, 2002 г. стр.94-99, 109-111.3. The dissertation for the degree of candidate of technical sciences in the specialty 05.12.07 "Antennas and microwave devices and their technologies" by Gennady Anatolyevich Azov on the theme "Research and development of powerful broadband TWTs of continuous action of the centimeter wavelength range on spiral decelerating systems, OJSC" Pluto ", Moscow, 2002, pp. 94-99, 109-111.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004135001/09A RU2285310C2 (en) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | High-power helical traveling-wave tube |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004135001/09A RU2285310C2 (en) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | High-power helical traveling-wave tube |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004135001A RU2004135001A (en) | 2006-05-10 |
RU2285310C2 true RU2285310C2 (en) | 2006-10-10 |
Family
ID=36656880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004135001/09A RU2285310C2 (en) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | High-power helical traveling-wave tube |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2285310C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104696529A (en) * | 2014-12-08 | 2015-06-10 | 北京交通大学 | Method for improving pressure-resistant capacity and working reliability of magnetic fluid seal in high-temperature working environment |
RU2775166C1 (en) * | 2021-09-07 | 2022-06-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Powerful spiral traveling wave tube |
-
2004
- 2004-11-30 RU RU2004135001/09A patent/RU2285310C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104696529A (en) * | 2014-12-08 | 2015-06-10 | 北京交通大学 | Method for improving pressure-resistant capacity and working reliability of magnetic fluid seal in high-temperature working environment |
RU2775166C1 (en) * | 2021-09-07 | 2022-06-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Powerful spiral traveling wave tube |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004135001A (en) | 2006-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3949263A (en) | Diamond brazing method for slow wave energy propagating structures | |
US6252346B1 (en) | Metal matrix composite integrated lamp head | |
US5365108A (en) | Metal matrix composite semiconductor power switch assembly | |
WO2003077273A3 (en) | High power density collector | |
RU2285310C2 (en) | High-power helical traveling-wave tube | |
EP0507195B1 (en) | Helix type travelling wave tube structure with supporting rods covered with boron nitride or artificial diamond | |
US3662212A (en) | Depressed electron beam collector | |
CN1089061A (en) | Magnetron cathode support structure | |
US4757292A (en) | Microwave window | |
US3293478A (en) | Traveling wave tube with longitudinal recess | |
JPH0487138A (en) | Conductive cooling type multistage collector | |
US3778665A (en) | Slow wave delay line structure | |
EP0802557B1 (en) | Collector for an electron beam tube | |
US6483242B1 (en) | Traveling wave tube system with output waveguide-coupler termination | |
JP2006210261A (en) | Slow-wave circuit | |
JP2003234074A (en) | High frequency vacuum window and gyrotron device | |
JP3334694B2 (en) | Traveling wave tube | |
JPS63284736A (en) | Beam collector with low electric leakage | |
JPH0432133A (en) | Magnetron cathode support structure | |
JP2000133152A (en) | Multistage-collector-type traveling-wave tube and feeding method therefor | |
JPS6158937B2 (en) | ||
US7187130B2 (en) | Electron beam tubes including a vacuum envelope seal and having a metallized balance ring | |
JPS5846515Y2 (en) | traveling wave tube with metal envelope | |
JP3039956B2 (en) | Magnetron cathode assembly | |
JPH05205645A (en) | Manufacture of slow wave circuit structure of traveling wave tube |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191201 |