RU148773U1

RU148773U1 - SEPARATE POWER OF THE KLYSTRON COLLECTOR AND RESONATORS WITH SUPPORT OF THE POSITIVE COLLECTOR POTENTIAL

Info

Publication number: RU148773U1
Application number: RU2014134285/07U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Шаплов; Кирилл Владимирович Синельщиков; Алексей Алексеевич Тимахович
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2014-12-20

Abstract

1. Устройство, состоящее из включенных последовательно высоковольтных источников питания, общие выходы которых соединены с корпусом, резонаторами клистрона, накопителем цепи катод-резонаторы, газовым разрядником, и средней точкой резистивного делителя, другой выход первого источника подсоединён к одному из концов резистивного делителя, токоограничивающему резистору, другой вывод которого подсоединён к катоду клистрона, второму выводу накопителя цепи катод-резонаторы и накопителю цепи катод-коллектор, второй конец которого подключен ко второму выходу второго источника, второму контакту газового разрядника, второму концу резистивного делителя и коллектору клистрона.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между коллектором и резонаторами клистрона включен дополнительный защитный конденсатор.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что суммарная величина ёмкости накопителей цепей катод-коллектор и катод-резонаторы для обеспечения требования: ΔЕ≤0,01Еза t=100 мкс, может быть, по крайней мере, не менее чем в 3 раза меньше, чем для системы питания клистрона с общим коллектором и резонатором.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что суммарная величина энергии в емкостных накопителях цепей катод-коллектор и катод-резонаторы при обеспечении требования ΔЕ≤0,01Еза t=100 мкс, может быть, по крайней мере, не менее чем в 2,5 раза меньше, чем для системы питания клистрона с общим коллектором и резонатором.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел защиты для обеспечения защиты клистрона при его аварийных режимах может быть выполнен проще по схеме, рассчитанной на перехват или блокирование энергии емкостных накопителей, 1. A device consisting of series-connected high-voltage power supplies, the common outputs of which are connected to the housing, klystron resonators, a cathode-resonator circuit accumulator, a gas spark gap, and a midpoint of the resistive divider, another output of the first source is connected to one of the ends of the resistive divider, current-limiting a resistor, the other terminal of which is connected to the klystron cathode, a second terminal of the cathode-resonator circuit accumulator, and a cathode-collector circuit accumulator, the second end of which is connected to the second output of the second source, the second contact of the gas spark gap, the second end of the resistive divider and the klystron collector. 2. The device according to claim 1, characterized in that an additional protective capacitor is connected between the collector and the klystron resonators. 3. The device according to claim 1, characterized in that the total value of the capacitance of the drive circuits cathode-collector and cathode-resonators to meet the requirements: ΔЕ≤0.01Eza t = 100 μs, may be at least not less than 3 times less than for a klystron power system with a common collector and resonator. 4. The device according to claim 1, characterized in that the total amount of energy in the capacitive storage circuits of the cathode-collector and cathode-resonators while satisfying the requirement ΔЕ≤0.01Eza t = 100 μs, can be at least at least 2, 5 times less than for a klystron power system with a common collector and resonator. 5. The device according to claim 1, characterized in that the protection unit to ensure the protection of the klystron during its emergency conditions can be made simpler according to a scheme designed to intercept or block the energy of capacitive storage,

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться для питания пролетных клистронов в радиолокационной и радиопередающей аппаратуре и установках для ядерных исследований.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to power flying klystrons in radar and radio transmitting equipment and installations for nuclear research.

Известна схема высоковольтного питания пролетного клистрона, включающая в себя высоковольтный источник и накопитель, включенные между катодом и резонаторами с коллектором, имеющими потенциал корпуса (R.L. Cassel, М.N Nguyen. A Unique Power Supply for the PEP II Klystron at SLAC. Presented at the IEEE Particle Accelerator Conference: Accelerator Science, Technology and Applications, Vancouver, B.C., Canada, 5/12/97-5/16/97). Недостатком такой схемы является необходимость в использовании высоковольтного накопителя большой емкости в случае работы клистрона в режиме длинного импульса.A known high voltage span klystron power supply circuit including a high voltage source and a drive connected between a cathode and collector resonators having a housing potential (RL Cassel, M.N. Nguyen. A Unique Power Supply for the PEP II Klystron at SLAC. Presented at the IEEE Particle Accelerator Conference: Accelerator Science, Technology and Applications, Vancouver, BC, Canada, 5/12 / 97-5 / 16/97). The disadvantage of this scheme is the need to use a high-voltage mass storage device in case of klystron operation in the long pulse mode.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система высоковольтного питания пролетного клистрона с коллектором, имеющим режим рекуперации, включающая в себя два или более высоковольтных накопителя с источниками питания, один из накопителей с соответствующим источником питания включен между катодом клистрона и резонаторами, имеющими потенциал корпуса, а другие, один или несколько накопителей с источниками - между катодом и одной или несколькими секциями коллектора, имеющими потенциал ниже потенциала корпуса (US 3644778, опубл. 1972.02.22). Достоинством такой схемы является повышенный КПД, обусловленный рекуперативным торможением электронов, и, как следствие, уменьшение рассеиваемого в коллекторе тепла. Недостатками такой схемы являются сложная система высоковольтного питания, применимая только к клистронам с коллектором специальной конструкции, а также необходимость поддержания потенциалов секций коллектора в относительно узком диапазоне напряжений, так как в противном случае отраженные от коллектора электроны повысят ток резонаторов. Соответственно в представленной схеме также требуется использование накопителей относительно большой емкости, что в целом не обеспечивает уменьшения суммарной емкости накопителей при длинном импульсе.The closest technical solution, selected as a prototype, is a high-voltage supply system of the overhead klystron with a collector having a recovery mode, including two or more high-voltage drives with power sources, one of the drives with an appropriate power source is connected between the klystron cathode and resonators having the potential of the housing, and others, one or more storage devices with sources - between the cathode and one or more sections of the collector having a potential lower potential and the housing (US 3644778, publ. 1972.02.22). The advantage of this scheme is the increased efficiency due to the regenerative braking of electrons, and, as a result, a decrease in the heat dissipated in the collector. The disadvantages of this scheme are a complex high-voltage power system, applicable only to klystrons with a specially designed collector, as well as the need to maintain the potential of the collector sections in a relatively narrow voltage range, since otherwise the electrons reflected from the collector will increase the resonator current. Accordingly, the presented scheme also requires the use of drives of relatively large capacity, which generally does not provide a decrease in the total capacity of drives with a long pulse.

Цель - уменьшение емкости накопителя или накопителей и улучшение массогабаритных характеристик системы высоковольтного питания клистрона при сохранении универсальности применения к любым мощным пролетным клистронам при длинных импульсах.The goal is to reduce the capacity of the drive or drives and improve the overall dimensions of the high-voltage klystron power supply system while maintaining the versatility of application to any powerful fly-through klystrons with long pulses.

Поставленная цель достигается тем, что потенциал коллектора поддерживается положительным относительно резонаторов, что допускает изменение потенциала коллектора от нуля до максимального, которое может обеспечить конструкция коллектора клистрона, благодаря чему возрастает допустимое падение напряжения во время длинного импульса и становится возможным применение в цепи катод-коллектор накопителя меньшей емкости и массы, а в цепи катод-резонаторы, ввиду того что ток резонаторов обычно на порядок меньше тока коллектора требуемая величина емкости накопителя имеет практически то же значение, что и в цепи катод-коллектор. При такой конфигурации высоковольтного питания клистрона общая требуемая емкость накопителей при длительности импульсов t_и=100 мкс снижается не менее чем в 3 раза, что обеспечивает уменьшение запасаемой в них энергии, часть которой может выделиться при пробое в клистроне, а также снижение тока резонаторов, и тем самым, увеличивает срок службы клистрона.This goal is achieved in that the collector potential is maintained positive with respect to the resonators, which allows a change in the collector potential from zero to maximum, which can be ensured by the design of the klystron collector, which increases the allowable voltage drop during a long pulse and makes it possible to use a storage cathode-collector in the circuit less capacitance and mass, and cathode-resonators in the circuit, since the resonator current is usually an order of magnitude lower than the collector current The drive capacitance has practically the same value as in the collector – cathode circuit. With this configuration of the high-voltage klystron power supply, the total required storage capacity at pulse durations t _and = 100 μs decreases by at least 3 times, which ensures a reduction in the energy stored in them, part of which can be released during breakdown in the klystron, as well as a decrease in the resonator current, and thereby increasing the life of the klystron.

1. Включенные последовательно высоковольтные источники питания 1 и 2, общие выходы которых соединены с корпусом 3, накопителем 4, газовым разрядником 5, средней точкой резистивного делителя из резисторов 6 и 7 и резонаторами 8 клистрона 9, другой выход источника 1 подсоединен ко второму выводу резистора 7, токоограничивающему резистору 10, другой вывод которого подсоединен к катоду 11 клистрона, второму выводу накопителя 4 и накопителю 12, второй конец которого подключен ко второму выходу источника 2, второму контакту газового разрядника 5, второму выводу резистора 6 и коллектору 13 клистрона. Схема представлена на фигуре 1.1. Serially connected high-voltage power supplies 1 and 2, the common outputs of which are connected to the housing 3, drive 4, gas discharge 5, the midpoint of the resistive divider from resistors 6 and 7 and resonators 8 klystron 9, the other output of source 1 is connected to the second output of the resistor 7, a current-limiting resistor 10, the other terminal of which is connected to the klystron cathode 11, the second terminal of the accumulator 4 and the accumulator 12, the second end of which is connected to the second output of the source 2, the second contact of the gas spark gap 5, the second Displayed resistor 6 and the collector 13 of the klystron. The diagram is presented in figure 1.

2. Устройство по п. 1, с включенным параллельно источнику 2 защитным конденсатором 14.2. The device according to claim 1, with a protective capacitor 14 connected in parallel to the source 2.

Предлагаемая система высоковольтного питания клистрона работает следующим образом.The proposed system of high voltage power klystron works as follows.

1. На источники питания 1 и 2 подается первичная сеть, источники осуществляют заряд накопителей 4 и 12, при этом напряжение на накопителе 4 равно требуемой разности потенциалов между катодом 11 и резонаторами 8 клистрона 9 с корпусом 3, а напряжение на накопителе 12 превышает напряжение на накопителе 4 на величину, лежащую в диапазоне от нуля до максимально допустимого между коллектором 13 и резонаторами 8 клистрона. Соответственно источник 1 рассчитан на полный ток катода, а источник 2 на ток коллектора. В случае пробоя клистрона защита обеспечивается газовым разрядником 5. Для ограничения тока катода клистрона при его пробое катод 11 подключен к высоковольтным накопителям 4 и 12 через токоограничивающий резистор 10. С целью разряда накопителей 4 и 12 при выключении питания параллельно накопителям установлен резистивный делитель 6, 7. Емкость накопителя 4 определяется исходя из допустимого спада амплитуды ВЧ сигнала за время импульса, его длительности и тока резонаторов, емкость накопителя 12 определяется током коллектора, длительностью импульса и выбранным допустимом спадом напряжения коллектора.1. The primary network is supplied to power supplies 1 and 2, the sources charge the drives 4 and 12, while the voltage on the drive 4 is equal to the required potential difference between the cathode 11 and the resonators 8 of the klystron 9 with housing 3, and the voltage on the drive 12 exceeds the voltage by drive 4 by an amount lying in the range from zero to the maximum allowable between the collector 13 and the resonators 8 klystron. Accordingly, source 1 is designed for the total cathode current, and source 2 for collector current. In the event of a klystron breakdown, protection is provided by a gas spark gap 5. To limit the klystron cathode current during its breakdown, the cathode 11 is connected to the high-voltage drives 4 and 12 through a current-limiting resistor 10. In order to discharge the drives 4 and 12 when the power is turned off, a resistive divider 6, 7 is installed in parallel with the drives The capacity of the drive 4 is determined based on the allowable decrease in the amplitude of the RF signal during the pulse, its duration and the current of the resonators, the capacity of the drive 12 is determined by the collector current, the duration of the pulses and the selected acceptable voltage drop across the collector.

2. Устройство по п. 1, в котором для предотвращения бросков напряжения при заряде и разряде накопителя 12, а также в случае пробоя клистрона, между коллектором 13 и корпусом 3 установлен дополнительный защитный конденсатор 14, емкостью на порядок меньше накопителя 12.2. The device according to claim 1, in which, to prevent voltage surges during charging and discharging of the storage device 12, as well as in case of klystron breakdown, an additional protective capacitor 14 is installed between the collector 13 and the housing 3, with a capacity an order of magnitude smaller than the storage device 12.

Claims

1. A device consisting of series-connected high-voltage power supplies, the common outputs of which are connected to the housing, klystron resonators, a cathode-resonator circuit accumulator, a gas spark gap, and a midpoint of the resistive divider, another output of the first source is connected to one of the ends of the resistive divider, current-limiting a resistor, the other terminal of which is connected to the klystron cathode, a second terminal of the cathode-resonator circuit accumulator, and a cathode-collector circuit accumulator, the second end of which is connected to the second output of the second source, the second contact of the gas spark gap, the second end of the resistive divider and the klystron collector.

2. The device according to claim 1, characterized in that between the collector and the klystron resonators an additional protective capacitor is included.

3. The device according to p. 1, characterized in that the total value of the capacitance of the drive circuits cathode-collector and cathode-resonators to meet the requirements: ΔЕ _(CT- REZ ₎ ≤0.01Е _(CT-REZ) for t _IMP = 100 μs, may be at least 3 times less than for a klystron power system with a common collector and resonator.

4. The device according to claim 1, characterized in that the total amount of energy in the capacitive storage rings of the cathode-collector and cathode-resonators circuits while satisfying the requirement ΔЕ ₍ КТ-REZ ₎ ≤0.01Е ₍ КТ _-REZ) per t _IMP = 100 μs , may be at least not less than 2.5 times less than for a klystron power system with a common collector and resonator.

5. The device according to p. 1, characterized in that the protection node to ensure the protection of the klystron during its emergency conditions can be made simpler according to the scheme, designed to intercept or block the energy of capacitive storage, at least not less than 2.5 times smaller.