RU2066499C1 - Method for producing spiral-type slow-wave systems - Google Patents

Abstract

FIELD: electronic devices. SUBSTANCE: spiral with supporting rods oriented over inner generating lines of envelope simultaneously is placed into envelope and the latter is compressed at six opposite outer generating lines; spiral strain f_sp and envelope strain f_en are selected from analytical expressions. EFFECT: facilitated procedure. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к вакуумным электронным приборам, в частности, к способам изготовления замедляющих систем ламп бегущей волны (ЛБВ). The invention relates to vacuum electronic devices, in particular, to methods for manufacturing slow wave traveling lamp systems (TWT).

Разработка высокоэффективных ЛБВ с КПД ≈50% основана на использовании нетрадиционных материалов с высокой тепло-электропроводностью. Так, в качестве материала баллона используется пластичная медь, материала спирали молибден, вольфрам, медь, сплав на основе меди МАГТ-0,2. The development of highly effective TWTs with an efficiency of ≈50% is based on the use of non-traditional materials with high thermal conductivity. So, plastic copper, spiral material molybdenum, tungsten, copper, and an alloy based on copper MAGT-0.2 are used as the material of the cylinder.

Новые материалы дали развитие новым способам сборки замедляющих систем, каждый из которых в той или иной мере решает задачу уменьшения теплового сопротивления контактов "спираль-стержень", "стержень-баллон", "баллон-магнитная система". New materials have given rise to new methods of assembling retardation systems, each of which, to one degree or another, solves the problem of reducing the thermal resistance of the spiral-rod, rod-balloon, and cylinder-magnetic system contacts.

Любая ЛБВ конструктивно содержит замедляющую систему (ЗС), представляющую собой, в данном случае, спираль, заключенную в металлическую оболочку, помещенную в магнитную систему (МС). Any TWT constructively contains a retardation system (ZS), which, in this case, is a spiral enclosed in a metal shell placed in a magnetic system (MS).

В совокупность требований, предъявляемых к ЗС и ее вакуумной оболочке входят: надежность закрепления спирали в баллоне, минимальное тепловое сопротивление контактов "спираль-стержень", "стержень-баллон" и контакта "баллон-МС". The set of requirements for the ZS and its vacuum shell includes: the reliability of the fastening of the spiral in the cylinder, the minimum thermal resistance of the contacts "spiral-rod", "rod-cylinder" and the contact "cylinder-MS".

Указанные требования создают значительные технологические трудности при сборке ЗС, поэтому разработано несколько способов, каждый из которых имеет свои недостатки. These requirements create significant technological difficulties in the assembly of APs; therefore, several methods have been developed, each of which has its drawbacks.

Известен, например способ [1] в котором спираль приклеивают к расположенным вокруг нее трем опорным стержням, и образованный пакет вводят внутрь баллона с зазором по отношению к внутреннему диаметру баллона, после чего баллон обжимают на всю длину по его окружности специальной оправкой, представляющей собой толстостенную втулку, разрезанную на две части по ее образующей. После обжатия спираль оказывается закрепленной относительно баллона, как в аксиальном, так и в радиальном направлениях. For example, a method [1] is known in which the spiral is glued to the three supporting rods located around it, and the formed packet is inserted into the cylinder with a gap with respect to the inner diameter of the cylinder, after which the cylinder is pressed full length around its circumference with a special mandrel, which is a thick-walled a sleeve cut into two parts along its generatrix. After crimping, the spiral is fixed relative to the cylinder, both in axial and in radial directions.

Основным недостатком способа является наличие огранки по наружному диаметру баллона (бурты), что может привести к:
а) снижению точности при выставлении МС относительно баллона и спирали,
б) увеличению теплового сопротивления контакта "баллон-МС", вследствие существования зазора между баллоном и МС, равного величине бурта.The main disadvantage of this method is the presence of a cut on the outer diameter of the cylinder (collar), which can lead to:
a) a decrease in accuracy when setting the MS relative to the cylinder and spiral,
b) an increase in the thermal resistance of the “cylinder-MS” contact, due to the existence of a gap between the cylinder and the MS equal to the collar value.

Обжатие баллона по всей длине и поверхности вызывает удлинение баллона на длину, которая при малых поперечных размерах баллона может быть существенной и отрицательно сказываться на стабильности электрических параметров ЛБВ. Compression of the cylinder along the entire length and surface causes the cylinder to elongate by a length which, with small transverse dimensions of the cylinder, can be significant and adversely affect the stability of the TWT electrical parameters.

Технология усложнена удалением клея. The technology is complicated by glue removal.

Кроме того, оправка обеспечивает гарантированное обжатие баллона и закрепление спирали только для одного набора размеров всех деталей ЗС: баллона, спирали, стержней. In addition, the mandrel provides guaranteed compression of the cylinder and fixing the spiral for only one set of sizes of all parts of the ZS: cylinder, spiral, rods.

Известен, также, способ [2] в котором прежде, чем ввести пакет в баллон, последний деформируют таким образом, что в поперечном сечении он принимает форму овального треугольника. Пакет ЗС вводят в баллон, располагая опорные стержни в углах треугольника. После введения пакета в баллон его вторично деформируют по наружным образующим, противолежащим опорным стержнем (по вершинам треугольника), в результате чего баллон в поперечном сечении принимает форму шестиугольника со скругленными углами, незначительно отличающуюся от окружности. There is also known a method [2] in which, before introducing a packet into a balloon, the latter is deformed in such a way that in cross section it takes the form of an oval triangle. The package ZS is introduced into the cylinder, placing the support rods in the corners of the triangle. After the package is inserted into the balloon, it is deformed a second time along the outer generators, the opposite supporting rod (at the vertices of the triangle), as a result of which the balloon takes the cross-sectional shape of a hexagon with rounded corners, slightly different from the circle.

Двойная деформация баллона применена для придания баллону в поперечном сечении формы шестиугольника, с целью снижения теплового сопротивления контакта "баллон-МС". Double deformation of the cylinder is used to give the cylinder a hexagonal shape in cross section in order to reduce the thermal resistance of the “cylinder-MS” contact.

Недостаток описанного способа заключается в том, что надежное закрепление спирали в баллоне возможно только на толстостенных баллонах, применение которых нежелательно, так как приводит к неоправданному увеличению веса и габаритов МС. The disadvantage of the described method is that reliable fastening of the spiral in the cylinder is possible only on thick-walled cylinders, the use of which is undesirable, since it leads to an unjustified increase in the weight and dimensions of the MS.

Двойная деформация баллона усложняет технологию сборки ЗС при снижении точностных характеристик. Double deformation of the cylinder complicates the technology of assembly of the AP while reducing the accuracy characteristics.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача повышения надежности закрепления спирали в тонкостенных баллонах, снижения теплового сопротивления контактов "спираль-стержень", "стержень-баллон", "баллон-МС". The claimed invention was tasked with increasing the reliability of fixing the spiral in thin-walled cylinders, reducing the thermal resistance of the contacts "spiral-rod", "rod-balloon", "cylinder-MS".

Поставленная задача решается тем, что предложен способ изготовления ЗС спирального типа, в котором размещают в баллоне спираль с опорными стержнями, ориентированными по внутренним образующим баллона, и обжимают баллон по трем противолежащим наружным образующим. The problem is solved in that a method is proposed for manufacturing a ZS of a spiral type, in which a spiral is placed in a cylinder with support rods oriented along the internal generatrices of the cylinder and the cylinder is crimped by three opposite external generatrices.

Новым в предложенном способе является то, что одновременно обжимают баллон еще по трем образующим, каждую из которых выбирают в промежутке между каждой парой первых образующих, при этом толщину стенки баллона b_б и величину деформации спирали f_c и баллона f_б выбирают из условий:

,

,
f_б= Δ_{сб max}+f_c,
где σ_б, σ_c предел текучести материалов баллона и спирали соответственно (н/мм²),
Е_б, Е_c модуль упругости материалов баллона и спирали соответственно (н/мм²),
d_б, d_с средний диаметр баллона и спирали соответственно (мм),
b_с толщина витка спирали (мм),
Δ_{сб max} максимальное значение зазора между деталями пакета и внутренним диаметром баллона (мм).New in the proposed method is that at the same time they squeeze the cylinder into three more generators, each of which is selected in the interval between each pair of the first generators, while the wall thickness of the cylinder b _b and the deformation of the spiral f _c and cylinder f _b are selected from the conditions:

,

,
f _b = Δ _{sat max} + f _c ,
where σ _b , σ _{c the} yield strength of the materials of the container and spiral, respectively (n / mm ² ),
E _b , E _{c the} modulus of elasticity of the materials of the container and spiral, respectively (n / mm ² ),
d _b , d _{c the} average diameter of the cylinder and spiral, respectively (mm),
b _with spiral thickness (mm),
Δ _{sat max the} maximum value of the gap between the parts of the package and the inner diameter of the cylinder (mm).

Верхняя граница толщины стенки баллона выбирается из практических соображений и увязывается с параметрами МС и прибора. The upper boundary of the wall thickness of the cylinder is selected for practical reasons and is associated with the parameters of the MS and the device.

Верхняя граница величины деформации спирали определяется параметрами ЛБВ и выбирается индивидуально в каждом конкретном случае. The upper limit of the spiral deformation is determined by the TWT parameters and is selected individually in each case.

В возможном варианте реализации способа в баллоне на время обжима размещают параллельно опорным стержням технологические стержни, при этом зазор Δ между опорными и технологическими стержнями устанавливают из условия:

,
где α допуск на отклонение углового расположения опор,

наружный диаметр спирали (мм),
d_mc диаметр технологического стержня (мм), равный
d_mc h f_б f_c,
где h высота опорного стержня (мм),
f_б, f_c максимальная величина деформации баллона и спирали соответственно при проведении операции обжатия (мм).In a possible embodiment of the method, technological rods are placed in the cylinder for the duration of the crimping, while the clearance Δ between the supporting and technological rods is set from the condition:

,
where α is the tolerance on the deviation of the angular arrangement of the supports,

outer diameter of the spiral (mm),
d _mc diameter of the technological rod (mm), equal
d _mc hf _b f _c ,
where h is the height of the support rod (mm),
f _b , f _{c the} maximum value of the deformation of the cylinder and spiral, respectively, during the crimping operation (mm).

Для расширения возможностей сборки технологические стержни могут быть выполнены с лысками. Количество технологических стержней между каждой парой опорных стержней может быть 2, 3 и более. To expand the assembly capabilities, technological rods can be made with flats. The number of technological rods between each pair of supporting rods can be 2, 3 or more.

Применение технологических стержней позволяет отказаться от технологии закрепления стержней на спирали с помощью клея перед введением пакета в баллон. The use of technological rods allows you to abandon the technology of fixing the rods on a spiral with glue before introducing the package into the container.

На фиг. 1 показано поперечное сечение пакета ЗС в баллоне, на котором реализуется заявленный способ, на фиг.2 то же, вариант реализации. In FIG. 1 shows a cross-section of a package ZS in a container on which the claimed method is implemented; in FIG. 2, the same embodiment.

Заявленный способ реализуется следующим образом. The claimed method is implemented as follows.

Спираль 1 (фиг. 1) заключают между тремя опорными стержнями 2, и образованный пакет вводят внутрь баллона 3. Для повышения пластичности при последующей деформации баллон желательно предварительно отжечь. После этого баллон обжимают одновременно 6-ю силами Р и Р_g (фиг.1), приложенными вдоль внешних образующих по всей длине баллона. При этом силы Р прикладывают по образующим, расположенным против опорных стержней 2, а силы Р_g по образующим, расположенным в промежутке между каждой парой сил Р. Необходимым условием надежного закрепления спирали внутри баллона является правильный выбор толщины стенки баллона b_б и величины деформации спирали f_c и баллона f_б, которые выбирают из условий:

f_б= Δ_{сб max}+f_c,
где σ_б, σ_c предел текучести материалов баллона и спирали соответственно (Н/мм²),
Е_б, Е_c модуль упругости материалов баллона и спирали соответственно (н/мм²),
d_б, d_с средний диаметр баллона и спирали соответственно (мм),
b_c толщина витка спирали (мм),
Δ_{сб max} максимальное значение зазора между деталями пакета и внутренним диаметром баллона (мм).The spiral 1 (Fig. 1) is enclosed between the three support rods 2, and the formed bag is inserted inside the balloon 3. To increase the ductility during subsequent deformation, it is advisable to preliminarily anneal the balloon. After that, the cylinder is crimped simultaneously by 6 forces P and P _g (Fig. 1), applied along the outer generators along the entire length of the container. In this case, the forces P are applied along the generators located opposite the support rods 2, and the forces P _g along the generators located in the interval between each pair of forces P. A necessary condition for reliable fastening of the spiral inside the cylinder is the correct choice of the cylinder wall thickness b _b and the spiral deformation f _c and cylinder f _b , which are selected from the conditions:

f _b = Δ _{sat max} + f _c ,
where σ _b , σ _{c the} yield strength of the materials of the balloon and spiral, respectively (N / mm ² ),
E _b , E _{c the} modulus of elasticity of the materials of the container and spiral, respectively (n / mm ² ),
d _b , d _{c the} average diameter of the cylinder and spiral, respectively (mm),
b _c spiral thickness (mm),
Δ _{sat max the} maximum value of the gap between the parts of the package and the inner diameter of the cylinder (mm).

В возможном варианте реализации способа в промежутках между опорными стержнями 2 (фиг. 2) могут быть расположены технологические стержни 4, с лысками 5, которые вводят в баллон 3 перед его обжимом одновременно с пакетом ЗС, при этом зазор 6 ((Δ)) между технологическими и опорными стержнями устанавливают из условия:

,
где α допуск на отклонение углового расположения опор,

наружный диаметр спирали (мм),
d_mc диаметр технологического стержня (мм), равный
d_mc h f_б f_c,
где h высота опорного стержня (мм),
f_б, f_с> максимальная величина деформации баллона и спирали соответственно при проведении операции обжатия (мм).In a possible embodiment of the method, between the support rods 2 (Fig. 2), technological rods 4 can be located, with flats 5, which are inserted into the cylinder 3 before crimping it simultaneously with the package ZS, while the gap 6 ((Δ)) between technological and support rods set from the conditions:

,
where α is the tolerance on the deviation of the angular arrangement of the supports,

outer diameter of the spiral (mm),
d _mc diameter of the technological rod (mm), equal
d _mc hf _b f _c ,
where h is the height of the support rod (mm),
f _b , f _{c> the} maximum value of the deformation of the cylinder and spiral, respectively, during the crimping operation (mm).

Из фиг.1, 2 также видно, что опорные стержни могут быть любого сечения: круглые, цилиндрические, трапецеидальные и т.д. После обжатия силами Р и Р_g технологические стержни из баллона удаляют.From figure 1, 2 it is also seen that the support rods can be of any section: round, cylindrical, trapezoidal, etc. After crimping by the forces P and P _{g, the} technological rods are removed from the cylinder.

После обжатия баллон 3 в поперечном сечении будет иметь форму, подобную правильному овальному шестиугольнику, несущественно отличающуюся от окружности, при этом гарантируется надежный контакт баллона с МС. After crimping, the balloon 3 in cross section will have a shape similar to a regular oval hexagon, slightly different from the circumference, while reliable contact of the balloon with the MS is guaranteed.

Операция деформации баллона происходит в специальной оправке, обеспечивающей высокую точность перемещения элементов, передающих усилия Р и Р_g в радиальном направлении в зависимости от выбранных значений f_б и f_c.The operation of the deformation of the cylinder occurs in a special mandrel, providing high accuracy of movement of the elements transmitting forces P and P _g in the radial direction, depending on the selected values of f _b and f _c .

Предложенный способ, в отличие от описанных выше, обеспечивает надежность закрепления спирали в тонкостенном баллоне, низкое тепловое сопротивление контактов "спираль-стержни", "стержни-баллон" и контакта "баллон-МС". The proposed method, in contrast to the ones described above, provides reliable fastening of the spiral in a thin-walled cylinder, low thermal resistance of the contacts "spiral-rods", "rod-cylinder" and the contact "cylinder-MS".

Кроме того, в данном способе не применяется клей для крепления керамических опор, что всегда вносит загрязнение в пакет ЗС, не происходит удлинение баллона, что отрицательно влияет на параметры прибора. In addition, this method does not use glue for attaching ceramic supports, which always introduces contamination into the package ZS, the cylinder does not elongate, which negatively affects the parameters of the device.

Способ технологичен, обжим баллона осуществляется в одну операцию. The method is technological, the compression of the cylinder is carried out in one operation.

Пример конкретного исполнения способа. An example of a specific implementation of the method.

Гарантированное закрепление спирали в баллоне возможно при условии, что величина упругой деформация баллона f_бу> после снятия деформирующих усилий меньше величины упругой деформации спирали f_су, т.е.Guaranteed fastening of the spiral in the cylinder is possible provided that the elastic deformation of the cylinder f _b> after removing the deforming forces is less than the elastic deformation of the spiral f _cu , i.e.

f_бу<f_су
Данное условие всегда выполняется для баллона, обжатого по всему периметру (способ [1]), т.к. упругая деформации в этом случае близка к 0.f _boo <f _su
This condition is always fulfilled for a cylinder compressed along the entire perimeter (method [1]), because the elastic strain in this case is close to 0.

Для баллона, деформированного 3-мя силами (способ [2]), данное условие выполняется только при определенном, достаточно большом значении толщины стенки баллона. For a cylinder deformed by 3 forces (method [2]), this condition is satisfied only at a certain, sufficiently large value of the wall thickness of the cylinder.

Рассмотрим пример конкретного исполнения способов 2 и 3 (заявленного). Consider an example of a specific implementation of methods 2 and 3 (claimed).

Спираль наружный диаметр 0,8 мм толщина плющенки 0,2 мм - материал-молибден, δ=60 Н/мм², Е=3100 Н/мм²
Баллон наружный диаметр 4 мм, средний диаметр d_б 3,3 мм толщина стенки, b_б 0,7 мм, материал-медь, d=9 Н/мм², Е=1200 Н/мм²
а) при деформации баллона 3-мя силами
f_су 8•10^-4 мм, f_бу 9,85•10^-4, т.е. f_бу>f_су
Тепловое сопротивление (ТС) промежутка "спираль-баллон", замеренное экспериментально, равно 13

.Spiral outer diameter 0.8 mm thickness of the flattening 0.2 mm - molybdenum material, δ = 60 N / mm ² , E = 3100 N / mm ²
Cylinder outer diameter 4 mm, average diameter d _b 3.3 mm wall thickness, b _b 0.7 mm, copper material, d = 9 N / mm ² , E = 1200 N / mm ²
a) when the cylinder is deformed by 3 forces
f _su 8 • 10 ^-4 mm, f _bu 9.85 • 10 ^-4 , i.e. f _bu> f _su
The thermal resistance (TS) of the spiral-cylinder gap, measured experimentally, is 13

.

б) при деформации баллона 6-ю силами
f_су 8 • 10^-4 мм, f_бу=2,2•10^-4 мм, т.е. f_бу<f_су
ТС в данном случае уменьшается до 3,3

.b) when the cylinder is deformed by 6 forces
f _su 8 • 10 ^-4 mm, f _boo = 2.2 • 10 ^-4 mm, i.e. f _boo <f _su
TS in this case decreases to 3.3

.

Приведенный пример показывает, что высокое ТС случая а) является результатом плохо сформированных контактов между спиралью и опорными стержнями, стержнями и оболочкой вследствие значительного ухода стенки баллона после деформации. The above example shows that the high TS of case a) is the result of poorly formed contacts between the helix and support rods, rods, and the shell due to the significant departure of the cylinder wall after deformation.

Для того, чтобы в случае а) достичь соотношения f_бу<f_су, и, тем самым снизить ТС, необходимо перейти на баллон с геометрией: наружный диаметр 6,3 мм, толщина стенки 3 мм, и значительно удалить МС от пучка. Из приведенного примера следует, что путь снижения упругой деформации баллона при воздействии 3-х сил за счет изменения геометрии пакета может оказаться бесперспективным.In order to achieve the ratio f _bu <f _su , and thereby reduce the TS, in case a) it is necessary to switch to a cylinder with the geometry: outer diameter 6.3 mm, wall thickness 3 mm, and significantly remove the MS from the beam. From the given example it follows that the way to reduce the elastic deformation of the container under the influence of 3 forces due to changes in the geometry of the package may be unpromising.

В случае б), т.е. при условии f_бу<f_су, происходит формирование контактных площадок на спирали, через которые передаются тепло на стержни и баллон.In case b), i.e. under the condition f _b <f _su , the formation of contact pads on the spiral, through which heat is transferred to the rods and the cylinder.

ЗС, собранная по заявленному способу, позволяет получать КПД ЛБВ на уровне 50% AP collected by the claimed method, allows you to get the efficiency of TWT at the level of 50%

Claims (2)

1. Способ изготовления замедляющих систем спирального типа ламп бегущей волны, включающий размещение в баллоне из пластичного материала спирали с тремя опорными стержнями, ориентированными по внутренним образующим баллона, и обжатие баллона по шести противолежащим наружным образующим, отличающийся тем, что обжатие баллона по всем образующим для получения в сечении правильного шестиугольника осуществляют одновременно и толщину b_б стенки баллона, величины деформации спирали f_с и баллона f_б выбирают из выражений

где δ_б, δ_c предел текучести материала баллона и спирали соответственно, Н/мм²;
E_б и E_c модуль упругости материалов баллона и спирали соответственно, Н/мм²;
d_б и d_c средний диаметр баллона и спирали соответственно, мм;
b_c толщина витка спирали, мм;

максимальное значение зазора между деталями пакета и внутренним диаметром баллона, мм.1. A method of manufacturing retardation systems of a spiral type of traveling wave lamp, comprising placing a spiral in a cylinder of plastic material with three support rods oriented along the inner generatrices of the cylinder, and compressing the cylinder along six opposite external generatrices, characterized in that the compression of the cylinder along all generatrices for receiving in the cross section of the regular hexagon simultaneously carry out the thickness b _b of the cylinder wall, the magnitude of the deformation of the spiral f _c and the cylinder f _b are selected from the expressions

where δ _b , δ _{c the} yield strength of the material of the balloon and spiral, respectively, N / mm ² ;
E _b and E _{c the} modulus of elasticity of the materials of the container and the spiral, respectively, N / mm ² ;
d _b and d _{c the} average diameter of the cylinder and spiral, respectively, mm;
b _{c the} thickness of the spiral, mm;

the maximum value of the gap between the parts of the package and the inner diameter of the cylinder, mm 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на время обжима в баллоне размещают параллельно опорным стержням технологические стержни, при этом зазор Δ между опорными и технологическими стержнями выбирают из выражений

d_т.с h f_б f_c,
где α допуск на отклонение углового расположения опор;

наружный диаметр спирали, мм;
d_т.с диаметр технологического стержня, мм;
h высота опорного стержня, мм.2. The method according to claim 1, characterized in that for the time of crimping, the technological rods are placed parallel to the supporting rods in the cylinder, while the gap Δ between the supporting and technological rods is selected from the expressions

_ts d hf _b f _c,
where α is the tolerance for deviation of the angular arrangement of the supports;

outer diameter of the spiral, mm;
d _{ts the} diameter of the technological rod, mm;
h the height of the support rod, mm

Images