Предлагается Тритрон – новый СВЧ прибор, сочетающий принцип отсечки тока эмиссии (триод) и принцип группировки переходом модуляц

Области применения
Для цифрового ТВ планируются к серийному применению твердотельные приборы. Их недостатки:
высокая стоимость, трудность получения выходной мощности свыше киловатта, а главное,
отсутствие линейности при мгновенном (сотые доли мкс) броске входной .мощности в несколько раз.
Такие броски характерны для цифрового режима с сотнями несущих частот. Сохранение линейности
требует расчета киловаттного усилителя на мощность 3-5 кВт. В нашем устройстве 3-5 кратный
бросок входного сигнала на столь короткий период времени обеспечит соответствующий рост
Выходной мощности. .В то же время, успехи твердотельных приборов снижают требования к
коэффициенту усиления оконечного каскада, что дает дорогу нашим приборам.
Оконечный каскад усилителя для цифрового телевидения с КПД
выше 70% (в экспериментальном приборе 76% на частоте 600 МГц)
и КУ 15-20 децибел
2. Источник импульсной СВЧ мощности в единицы кВт для питания
установок плазменной технологии с низковольтным управлением
Недостатки применяемых в настоящее время для этой цели магнетронов – необходимость
дорогостоящего импульсного модулятора и зависимость режима работы магнетрона от
технологического режима нагрузки.

Прототип:
Известен Триодный Усилитель с общей (заземленной) сеткой. Этот прототип в настоящее время не используется из-за большого количества недостатков: низкие КПД и КУ, ограничения по частоте и мощности, подавляющая конкуренция со стороны твердотельных приборов. Прототип содержит катодный, сеточный и анодный блоки, входную и выходную СВЧ системы. Известны электронные приборы с большим количеством сеток – пентоды, пентагриды, но они не могут быть использованы в СВЧ диапазоне длин волн. Известны СВЧ клистроды, с триодным катодно-сеточным блоком и клистронным анодным блоком. Их недостатком, снижающим КПД и КУ, является отсутствие пролетного пространства, где организован переход модуляция по скорости в модуляцию по плотности.

Целью является оптимизация параметров оконечного каскада усилителя для цифрового ТВ, в том
числе, сохранение линейности при броске входной мощности в 3-5 раз и снижение стоимости в
несколько раз.
Цель достигается посредством того, что
сеточный блок выполнен в виде трех сеток
с круглыми соосными отверстиями, причем
расстояния катод – первая сетка, первая
сетка – вторая и вторая сетка – третья
примерно в 5 (4-6) раз меньше диаметра
отверстия.
Таким образом, триодная сетка как бы
раздваивается на первую и третью и внутрь
вставляется вторая сетка

Образуемая электронно-оптическая система уникальна и не имеет мировых аналогов. Во всех
учебниках по сеточным электронным лампам написано, что островной эффект на катоде – явление вредное. И это справедливо для всех случаев, кроме «очень узкой ниши», которую удалось найти с помощью вновь созданной теории равномерного синтеза ЭОС по заданному ОРП (Осевое Распределение Потенциала). Этот синтез является двумерным обобщением частных случаев параксиального и прикатодного синтеза. Пусть перед Вами бесконечный квадрант U, x где кривую U=U(x) можно провести как угодно. Но, если нужно удовлетворить целевую функцию, для которой: протяженность кривой ОРП – максимальна, а радиус пучка, разброс поперечных скоростей и оконечный потенциал – минимальны, то на бесконечном пространстве кривая ОРП жестко определена и допускает лишь минимальные вариации. Эта ниша в применении к лампам (Титроны) коммутационного назначения была реализована как серийное производство на двух заводах.
Параметры Титронов качественно превосходят параметры обычных сеточных ламп. К настоящему моменту выпущено более 50 тысяч Титронов, которые успешно работают у нас и за рубежом. Патентную лицензию приобрела Япония.
x
y
U
Управляющий
электрод
Первый анод
Защитный
электрод
Траектории электронов
Осевое
распределение
потенциала
Опубликовано: Гинзбург В.Е.
Оптимизация расчетной модели ЭОС. Труды
VI Всесоюзного Семинара по методам расчета
ЭОС. М. «Наука», 1977 г.
Синтез ЭОС с островным эффектом на катоде
Труды VII Всесоюзного Семинара по методам
расчета ЭОС. М. «Наука», 1978 г.
Это - стационарная картинка, где катод, первая и
третья сетки имеют нулевой потенциал, а вторая – единичный. В динамическом режиме эмиссия не просто возникает, а максимальна в момент прохождения СВЧ напряжения через нуль, когда ток смещения превращается в ток эмиссии

Эффективная эмиссия от t=0 до t=1,6. «Сжатие» в 4 раза
Это – оценочная модель промежутка катод – первая сетка. В «западных» клистродах, и «восточных» копиях сразу за сеткой начинается ускорение и продольные группирующие скорости не работают. В тритроне – система из трех сеток, и третья имеет низкий потенциал. Зона группировки почти утраивается
Экспериментальный Тритрон на основе серийного Титрона ПП3 обеспечил в режиме генератора
КПД 76% на частоте 600 МГц. Оценивались с помощью калиброванных термопар также и мощности, рассеиваемые на электродах. Точность измерения КПД (СВЧ нагрев спирали)
не хуже 1%. Преимущества устройств Тритрон перед сеточной лампой или клистродом с прикатодной
сеткой обусловлены группировкой эмитированного «пакета» электронов в процессе движения
с небольшой скоростью в трехсеточном группирователе.

U=300В
U=-300В
U=1кВ
Переменное поле, в рабочем
режиме – 0-300В
Постоянное поле, катод заперт
280В
нулевая
эквипотенциаль
В обычном триоде или клистроде сетка имеет эффективный потенциал, близкий к потенциалу в
этом месте, который создается системой катод - анод без сетки. В Тритроне пространство катод –
три сетки – область «борьбы полей» - фокусировка, расфокусировка, фокусировка. Вблизи поверхности катода запирающая напряженность электрического поля имеет малую величину и возможность эмиссии возникает сразу после прохождения переменного потенциала сетки через нуль. Ток возникающей эмиссии при этом равен току смещения. Плотность тока эмиссии катода всегда равен полной производной по времени напряженности поля на поверхности катода. Отметим также, что ускоряющие поля (красные стрелки) – складываются, радиальные поля фокусировки (синие стрелки) – вычитаются. По радиальной компоненте СВЧ поля электроны движутся против сил СВЧ поля и возникает регенеративный эффект повышения КУ.

Особого внимания заслуживает момент возникновения эмиссии в Тритроне в зазоре входного резонатора при прохождении СВЧ напряжения через нуль. В вакууме по уравнению Максвелла – Лоренца (с точностью до коэффициентов нормировки) для одномерного (координата x) режима: rotH=dE/dt= dE/dt+v* dE/dx E = dU/dx. Далее, с учетом уравнения Пуассона, связывающего потенциал U с плотностью пространственного заряда
H - вектор магнитной индукции, E - напряженность электрического поля, v - скорость эмитированных электронов.
Таким образом, обе составляющие плотности тока равноправны, создают общее магнитное поле и переносят энергию [E*H], а плотность тока в любой момент есть полная производная по времени от напряженности электрического поля. При СВЧ потенциале +0
пространство зазора уже «освободилось» от пространственного заряда (ПЗ) предыдущего периода, и ток смещения полностью замещается током эмиссии. Естественно, при этом предполагается, что в течении долей наносекунд катод не испытывает насыщения. Если бы СВЧ напряжение не увеличивалось возникающий ПЗ «заткнул бы эмиссию». И в обычной сеточной СВЧ лампе эмиссия максимальна в первый момент и, далее, быстро снижается. В нашем случае постоянное поле создает «непараксиальную борьбу полей, убирает пространственный заряд из входного резонатора и тем обеспечивает продолжение высокого уровня эмиссии. Роль СВЧ поля, «намазанного» на катод состоит в «отщелкивании» пружины, отпирающей эмиссию. Практически Эмиссия отпирается за незначительное время со всей поверхности катода.
rotH=dE/dt+v *
= плотность тока смещения + плотность тока эмиссии

Представленный материал соответствует первому пункту изобретения. Для повышения рабочего
напряжения и выходной СВЧ мощности Тритрон «получает клистродное окончание», но без «того
траекторного хаоса», который традиционная первая сетка сообщает электронному потоку. Третья
сетка в нашем случае выполняет функцию катода, который встреливает уже сгруппированный сгусток
электронов с небольшими начальными скоростями. Далее, электроны фокусируются в единый поток
(сходимость по диаметру вдвое), и попадают в магнитное поле, которое обеспечивает прохождение
через зазор резонатора. Коллектор от магнитного поля экранируется, так же как и катод.
Входной резонатор
Катод
Группирователь
Фокусирующий электрод
Блок выходного резонатора
Коллектор
Магнитная система
.