Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при создании нового поколения электронных приборов различного назначения.

Известно устройство по патенту RU 2598857 «Малогабаритная автоэмиссионная электронная пушка». Это устройство содержит автокатод с рабочей поверхностью и контактным электродом, заключенный в диэлектрическую оболочку, содержит также модулятор с отверстием, поверхность которого является рабочей частью модулятора, при этом рабочая часть модулятора находится вокруг рабочей поверхности автокатода.

Первый недостаток этого устройства заключаются в малом эмиссионным токе, обусловленным ограниченным количеством электродов. Второй недостаток заключается в низкой технологичности, связанной с необходимостью выполнять при сборке изделия электромонтажные операции. Третьим недостатком является увеличенные габариты по высоте.

Известно также «Автоэмиссионное устройство» (патент RU 2180145). Это устройство содержит, размещенные в вакуумной колбе автокатод с рабочей поверхностью и контактным электродом, заключенный в диэлектрическую оболочку, содержит также плоский модулятор с отверстием, поверхность которого является рабочей частью плоского модулятора, при этом рабочая часть плоского модулятора находится вокруг рабочей поверхности автокатода.

Первый недостаток этого устройства заключаются в малом эмиссионным токе, обусловленным ограниченным количеством электродов. Второй недостаток заключается в низкой технологичности, связанной с необходимостью выполнять при сборке изделия электромонтажные операции. Третьим недостатком является

ПОДТВЕРЖДАЮЩАЯ КОПИЯ увеличенные габариты по высоте. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Задачей изобретения является создание универсальной конструкции достаточно простой автоэмиссионной электронной пушки, 5 которую можно применять в более широкой номенклатуре современных электронных приборах.

Технический результат изобретения заключается в увеличении автоэмиссионного тока, упрощении технологии изготовления конструкции и уменьшении габаритов электронной пушки. Эти первичные ю технические результаты расширяют функциональные возможности устройства.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в автоэмиссионную электронную пушку, содержащую автокатод с рабочей поверхностью и контактным электродом, заключенный в 15 диэлектрическую оболочку, содержащую также плоский модулятор толщиной hi с отверстием, имеющим диаметр сН, поверхность которого является рабочей частью плоского модулятора, размещенный над первой поверхностью диэлектрической оболочки, при этом рабочая часть плоского модулятора находится вокруг рабочей поверхности автокатода, го а контактный электрод расположен со стороны второй поверхности диэлектрической оболочки, при этом ось симметрии O1O2 проходит через отверстие плоского модулятора и перпендикулярна первой поверхности диэлектрической оболочки, введен, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод с рабочей поверхностью и контактным 25 электродом, заключенный в диэлектрическую оболочку, а соотношение диаметра di отверстия к толщине hi плоского модулятора содержится в диапазоне от 1 :1 до 1 :5, при этом диэлектрическая оболочка выполнена в виде плоского элемента, а плоский модулятор размещен на первой поверхности диэлектрической оболочки. Существуют варианты, в которых автокатод и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод, выполнены из пучков углеродных волокон, или из углеродных нанотрубок, или из терморасширенного графита.

Существует вариант, в котором рабочая поверхность автокатода и, по меньшей мере, рабочая поверхность одного первого дополнительного автокатода, расположены в плоскости первой поверхности диэлектрической оболочки.

Существует также вариант, в котором рабочая поверхность автокатода и, по меньшей мере, рабочая поверхность одного первого дополнительного автокатода, выступают над плоскостью первой поверхности диэлектрической оболочки на высоту Иг, содержащуюся в диапазоне от 0,1 мм до 2,0 мм: 0,1 мм < Иг ^ 2,0 мм.

Существуют варианты, в которых рабочая поверхность автокатода и, по меньшей мере, рабочая поверхность одного первого дополнительного автокатода, имеют плоскую поверхность, или имеют (полу)сферическую поверхность.

Существуют также варианты, в которых диэлектрическая оболочка и плоский модулятор имеют круглую форму или квадратную форму в ортогональной проекции на первую плоскость диэлектрической оболочки, перпендикулярной оси O1O2.

Существуют также варианты, в которых диэлектрическая оболочка выполнена из технического стекла или из керамики.

Существует также вариант, в котором модулятор выполнен из металла толщиной hi, содержащейся в диапазоне от 2 мм до 5 мм: 2 мм < hi < 5 мм. При этом, отверстие плоского модулятора имеет угол выхода а в пределах от 90° до 120°: 90° < а < 120°.

Существует также вариант, в котором плоский модулятор выполнен из проводящего материала толщиной hi, содержащейся в диапазоне от 1 мм до 5 мм (то есть 1 мм < h-i < 5 мм) и с коэффициентом вторичной эмиссии Y, содержащимся в диапазоне от 3 до 10 (то есть 3 < Y < 10). При этом, отверстие плоского модулятора имеет угол выхода а в пределах от 90° до 120°: 90° < а 120°.

Существует также вариант, в котором первый автокатод и, по 5 меньшей мере, один первый дополнительный автокатод подключены к общему контактному электроду.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, ю на которых:

- фигура 1 схематично изображает на упрощенном виде сбоку в разрезе (вдоль плоскости ZUC) вариант устройства согласно изобретению, содержащего первый дополнительный автокатод;

- фигура 2 схематично изображает на упрощенном виде сбоку в разрезе

15 (вдоль плоскости ZUC) вариант устройства согласно изобретению, содержащего первый дополнительный автокатод и второй дополнительный автокатод;

- фигура 3 схематично изображает на упрощенном виде сбоку в разрезе (вдоль плоскости ZUC) вариант устройства согласно изобретению, го содержащего первый дополнительный автокатод и второй дополнительный автокатод. При этом, первый дополнительный автокатод и второй дополнительный автокатод выступают над поверхностью диэлектрической оболочки;

- фигура 4 схематично изображает на упрощенном виде сбоку

25 варианты выполнения рабочих поверхностей автокатодов согласно изобретению.

- фигура 5 схематично изображает на упрощенном виде сверху (из точки А, изображённой на фиг. 2 и фиг. 3) вариант устройства согласно изобретению, в котором диэлектрическая оболочка и плоский модулятор имеют круглую форму (в ортогональной проекции на плоскость YZX);

- фигура 6 схематично изображает на упрощенном виде сверху (из точки А, изображённой на фиг. 2 и фиг. 3) вариант устройства согласно изобретению, в котором диэлектрическая оболочка и плоский модулятор имеют квадратную форму (в ортогональной проекции на плоскость YZX);

- фигура 7 схематично изображает на упрощенном виде сбоку в разрезе (вдоль плоскости ZYX) вариант устройства согласно изобретению, в котором автокатоды объединены общим контактным электродом.

Как сообщено ранее и проиллюстрировано на фигурах с 1 по 7, изобретение относится к автоэмиссионной электронной пушки. Эта автоэмиссионная электронная пушка содержит автокатод 1 с рабочей поверхностью 2 и контактным электродом 3. Автокатод 1 заключен в диэлектрическую оболочку 4. Также, автоэмиссионная электронная пушка включает в себя плоский модулятор 5, содержащий отверстие 6, являющее ось симметрии O1O2. В настоящем описании и фигурах 1 -3, 5- 7, заявитель использует ортогональную систему координат XYZ. При этом, ось симметрии O1O2 параллельна (вертикальной) оси Z указанной ортогональной системы координат XYZ. Плоский модулятор 5 являет толщину hi, измеряемую вдоль оси симметрии O1O2. Отверстие 6 являет диаметр di, измеряемый перпендикулярно оси симметрии O1O2. Отверстие 6 плоского модулятора 5 являет внутреннюю поверхность b, обращённую к оси симметрии O1O2. Внутренняя поверхность b отверстия 6 является рабочей частью 7 плоского модулятора 5. Диэлектрическая оболочка 4 содержит:

• первую поверхность 8 (параллельную горизонтальной плоскости UZC на фигурах 1 -3, 5-7), обращённую к плоскому модулятору 5 и перпендикулярную оси симметрии O1O2, и • вторую поверхность 9, отличную от первой поверхности 8 и расположенную против первой поверхности 8 вдоль по оси симметрии O1O2.

На фигурах 1-3, 7 вторая поверхность 9 параллельна горизонтальной 5 плоскости YZX. Рабочая поверхность 2 автокатода 1 обращена к плоскому модулятору 5, а рабочая часть 7 плоского модулятора 5 находится вокруг рабочей поверхности 2 автокатода 1. Контактный электрод 3 расположен со стороны второй поверхности 9 диэлектрической оболочки 4.

ю Согласно изобретению, автоэмиссионная электронная пушка содержит, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10 с рабочей поверхностью 2 и контактным электродом 3. В этих условиях, этот один первый дополнительный автокатод 10 заключён в диэлектрическую оболочку 4. Соотношение диаметра di отверстия 6 к 15 толщине hi плоского модулятора 5 содержится в диапазоне от 1 :1 до 1 :5:

1 :1 ^ di/hi < 1 :5. Диэлектрическая оболочка 4 выполнена в виде плоского элемента. Плоский модулятор 5 размещен на первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4.

Преимущественно, толщина hi плоского модулятора 5 может 20 быть в диапазоне от 0,1 мм до 3,0 мм: 0,1 мм hi < 3,0 мм.

Преимущественно, диаметр di отверстия 6 может быть в диапазоне от 0,1 мм до 3,0 мм: 0,1 мм ^ di ^ 3,0 мм.

Существует вариант, в котором автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10 выполнены из пучков 25 углеродных волокон. Они могут представлять собой совокупность из 300- 600 волокон, при этом, каждое из этих волокон имеет диаметр около 7 мкм. При этом, диаметр ф каждого пучка углеродных волокон может составлять от 140 мкм до 300 мкм: 140 мкм < ф < 300 мкм.

Существует также вариант, в котором автокатод 1 и, по меньшей зо мере, один первый дополнительный автокатод 10 выполнены из углеродных нанотрубок. Они могут представлять собой прессованные многостенные углеродные нанотрубки общим диаметром h от 0,1 мм до 1 ,0 мм: 0,1 мм < h < 1 ,0 мм.

Существует также вариант, в котором автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10, выполнены из терморасширенного графита. Они могут представлять собой пластины из терморасширенного графита. Диаметр W сечения каждой из таких пластин в плоскости первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4 может содержаться в интервале от 0,1 мм до 1 ,0 мм: 0,1 мм < W < 1 ,0 мм. Эта первая плоскость 8 перпендикулярна (вертикальной) оси симметрии O1O2 и параллельна (горизонтальной) плоскости UZC.

Существует также вариант, в котором рабочие поверхности 2 (фиг. 1 , фиг. 2) автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочая поверхность 2 одного первого дополнительного автокатода 10, расположены в плоскости первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4.

В наиболее предпочтительном варианте количество дополнительных электродов может равняться пяти.

На фиг. 2 и фиг. 3 изображены первый дополнительный электрод 10 и второй дополнительный электрод 1 1.

На фиг. 5 и фиг. 6 изображены также третий дополнительный электрод 15 и четвертый дополнительный электрод 16.

Существует также вариант, в котором рабочие поверхности 2 (фиг. 3) автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочая поверхность 2 одного первого дополнительного автокатода 10, выступают над плоскостью первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4 на высоту Иг, измеряемую вдоль по оси симметрии O1O2 и содержащуюся в диапазоне от 0,1 мм до 2,0 мм: 0,1 мм < Иг S 2,0 мм. Существует также вариант, в котором рабочие поверхности 2 автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочая поверхность 2 одного первого дополнительного автокатода 10, имеют плоскую поверхность 12 (фиг. 4).

Существует также вариант, в котором рабочие поверхности 2 5 автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочая поверхность 2 одного первого дополнительного автокатода 10, имеют (полу)сферическую поверхность 13 (фиг. 4).

Как показано на фигуре 5 на упрощенном виде сверху (из точки А, изображённой на фиг. 2 и фиг. 3), существует также вариант, в котором ю диэлектрическая оболочка 4 и плоский модулятор 5 имеют круглую форму 14 в ортогональной проекции на первую плоскость 8 диэлектрической оболочки 4. Эта первая плоскость 8 перпендикулярна оси O1O2 и параллельна плоскости YZX.

Как показано на фигуре 6 на упрощенном виде сверху (из точки А, 15 изображённой на фиг. 2 и фиг. 3), существует также вариант, в котором диэлектрическая оболочка 4 и плоский модулятор 5 имеют квадратную форму 15 в ортогональной проекции на первую плоскость 8 диэлектрической оболочки 4. Эта первая плоскость 8 перпендикулярна оси O1O2 и параллельна плоскости YZX. Возможны и другие формы 20 (прямоугольная, ромбическая, овальная) выполнения элементов электронной пушки (не представлены на фигурах 1 -7).

Существует также вариант, в котором диэлектрическая оболочка 4 выполнена из технического стекла, например, из технического стекла марки С52.

25 Существует также вариант, в котором диэлектрическая оболочка

4 выполнена из керамики, например, из керамики марки 22ХС.

Существует также вариант, в котором модулятор 5 выполнен из (слоя) металла, например (слоя) молибдена толщиной hi от 0,1 мкм до 1 ,0 мкм (то есть 0,1 мкм < hi < 1 ,0 мкм), нанесенного на первую зо поверхность 8 диэлектрической оболочки 4. Существует также вариант, в котором плоский модулятор 5 (фиг. 7) выполнен из металла, например, молибдена, толщиной hi, содержащейся в диапазоне от 2 мм до 5 мм: 2 мм ^ hi < 5 мм. При этом, отверстие 6 имеет угол выхода а в пределах от 90° до 120°: 90° ^ а < 120°.

Существует также вариант, в котором плоский модулятор 5 (фиг.

7) выполнен из проводящего материала, например, AgMg, толщиной hi, содержащейся в диапазоне от 1 мм до 5 мм: 1 мм ^ hi < 5 мм. При этом, коэффициент вторичной эмиссии Y содержится в диапазоне от 3 до 10: 3 < Y < 10. Отверстие 6 имеет угол выхода а в пределах от 90° до 120°: 90° < а ^ 120°.

Существует также вариант, в котором автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10, своими контактными электродами образуют общий контактный электрод 17. Пример такого автокатода 1 изображён на фигуре 7.

При функционировании автоэмиссионной электронной пушки контактные электроды 3 подключают к источнику питания 18, а модулятор 5 заземляют: см. фиг. 7.

Автоэмиссионная электронная пушка работает следующим образом. При подаче между автокатодом 1 , по меньшей мере, между одним первым дополнительным автокатодом 10, и плоским модулятором 5 электрического напряжения (постоянного или импульсного) в диапазоне от 100 В до 2000 В на рабочих поверхностях 2 автокатодов образуется электрическое поле с напряженностью около 10 ⁶ В/м, что достаточно для эмиссии электронов с рабочих поверхностей 2 автокатодов. Форма внутренней поверхности b отверстия 6, то есть форма рабочей части 7 плоского модулятора 5, может быть (не показано на фигурах):

• выпуклой для увеличения расфокусировки электронного пучка, или

• вогнутой для его фокусировки. Выпуклость и вогнутость плоского модулятора 5 предпочтительно может быть в виде окружности или эллипса (не показано на фигурах). Первичные электроны, ударяясь о рабочую часть 7 выбивают вторичные электроны в большем количестве, чем то количество первичных 5 электронов, которое ударилось о внутреннюю поверхность b отверстия 6. Это увеличивает выходной ток автоэмиссионная электронной пушки согласно изобретению в 10 и более раз, например, от 10 раз до 1000 раз.

То, что в автоэмиссионную электронную пушку введен, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10 с рабочей ю поверхностью 2 и контактным электродом 3, заключенный в диэлектрическую оболочку 4, а соотношение диаметра di отверстия 6 к толщине hi плоского модулятора 5 содержится в диапазоне от 1 :1 до 1 :5 (то есть 1 :1 < di/hi 2 1 :5), при этом диэлектрическая оболочка 4 выполнена в виде плоского элемента, а плоский модулятор 5 размещен 15 на первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4, приводит к увеличению автоэмиссионного тока, технологичности изготовления, упрощении конструкции и уменьшению габаритов электронной пушки. Увеличение автоэмиссионного тока связано с тем, что в устройстве используется более одного автокатода. Технологичность изготовления, 20 упрощение конструкции и уменьшение габаритов связано с использованием гибридных планарных технологий радиоэлектронной промышленности. Эти первичные технические результаты расширяют функциональные возможности устройства.

То, что автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый 25 дополнительный автокатод 10, выполнены из пучков углеродных волокон приводит к увеличению автоэмиссионного тока за счет высоких автоэмиссионных характеристик этих волокон. Использование этих волокон в гибридных планарных технологиях радиоэлектронной промышленности увеличивает технологичность, упрощает конструкцию и зо уменьшает габариты устройства. To, что автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10, выполнен из углеродных нанотрубок приводит к увеличению технологичности изготовления и упрощению конструкции за счет отработанности технологии изготовления и использования углеродных нанотрубок.

То, что автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10, выполнены из терморасширенного графита приводит к увеличению технологичности изготовления и упрощению конструкции за счет отработанности технологии изготовления и использования терморасширенного графита. При этом, при высоких автоэмиссионных характеристиках терморасширенного графита он является не дорогим материалом.

То, что рабочие поверхности 2 автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочие поверхности 2 одного первого дополнительного автокатода 10, расположены в плоскости первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4 приводит к упрощению конструкции.

То, что рабочие поверхности 2 автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочие поверхности 2 одного первого дополнительного автокатода 10 выступают над плоскостью первой поверхности 8 диэлектрической оболочки 4 на высоту Иг, содержащуюся в диапазоне от 0,1 мм до 2,0 мм (то есть 0,1 мм < Иг s 2,0 мм), приводит к упрощению системы управления электронной пушкой.

То, что рабочие поверхности 2 автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочие поверхности 2 одного первого дополнительного автокатода 10, содержат плоскую поверхность 12 приводит к увеличению автоэмиссионного тока.

То, что рабочие поверхности 2 автокатода 1 и, по меньшей мере, рабочие поверхности 2 одного первого дополнительного автокатода 10, содержат поверхность 13 (полу)сферической формы, приводит к уменьшению рабочего напряжения и упрощает управление электронной пушкой.

То, что диэлектрическая оболочка 4 и плоский модулятор 5 имеют, как показано на фиг. 5, круглую форму 14 (на упрощенном виде сверху, из точки А, изображённой на фиг. 2 и фиг. 3) в ортогональной проекции на первую плоскость 8 диэлектрической оболочки 4, перпендикулярной оси O1O2, приводит к увеличению технологичности изготовления и упрощению конструкции за счет отработанности технологии изготовления элементов круглых форм.

То, что диэлектрическая оболочка 4 и плоский модулятор 5 имеют как показано на фиг. 6, прямоугольную (преимущественно, квадратную) форму 15 (на упрощенном виде сверху, из точки А, изображённой на фиг. 2 и фиг. 3) в ортогональной проекции на первую плоскость 8 диэлектрической оболочки 4 перпендикулярной оси O1O2, приводит к повышению эргономичности изделия, т.к. прямоугольную (и, особенно, квадратную) форму удобно встраивать в прямоугольные и квадратные модули, в которых возможно использование электронных пушек.

То, что диэлектрическая оболочка 4 выполнена из технического стекла приводит к удешевлению устройства.

То, что диэлектрическая оболочка 4 выполнена из керамики приводит к повышению надежности и термоустойчивости устройства.

То, что плоский модулятор 5 выполнен из металла, нанесенного на первую поверхность 8 диэлектрической оболочки 4, приводит к повышению технологичности изготовления устройства.

То, что плоский модулятор 5 выполнен из металла толщиной hi, содержащейся в диапазоне от 2 мм до 5 мм (то есть 2 мм ^ hi < 5 мм), при этом отверстие 6 имеет угол выхода а в пределах от 90° до 120° (то есть 90° < а < 120°), позволяет получать расходящиеся пучки электронов, что расширяет функциональные возможности устройства. To, что плоский модулятор 5 выполнен из проводящего материала толщиной hi, содержащейся в диапазоне от 1 мм до 5 мм (то есть 1 мм < hi ^ 5 мм), и с коэффициентом вторичной эмиссии Y, содержащимся в диапазоне от 3 до 10 (то есть 3 < Y < 10), при этом отверстие 6 имеет угол выхода а в пределах от 90° до 120° (то есть 90° ^ a < 120°), позволяет получать расходящиеся пучки электронов, что расширяет функциональные возможности устройства.

То, что автокатод 1 и, по меньшей мере, один первый дополнительный автокатод 10, своими контактными электродами 3 образуют общий контактный электрод 17, приводит к упрощению конструкции устройства.