RU202819U1 - Оротрон - Google Patents
Оротрон Download PDFInfo
- Publication number
- RU202819U1 RU202819U1 RU2020119838U RU2020119838U RU202819U1 RU 202819 U1 RU202819 U1 RU 202819U1 RU 2020119838 U RU2020119838 U RU 2020119838U RU 2020119838 U RU2020119838 U RU 2020119838U RU 202819 U1 RU202819 U1 RU 202819U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plane
- protrusion
- symmetry
- periodic structure
- flat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к конструкции источника высокочастотных электромагнитных колебаний коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн.Техническая задача - увеличение рабочего тока оротрона с однорядной периодической структурой, эффективно взаимодействующего с ее высокочастотным полем (ВЧ), и, как следствие, увеличение КПД и ВЧ выходной мощности оротрона коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.В оротроне, содержащем электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых выполнено плоским и закреплено неподвижно, а другое зеркало выполнено фокусирующим и установлено с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскому зеркалу, периодическую структуру, расположенную на плоском зеркале и покрывающую всю его поверхность, вывод энергии электромагнитных колебаний, прямоугольную плоскопараллельную металлическую пластину, на одной из поверхностей которой выполнен продольный выступ в виде прямоугольного параллелепипеда с плоскостью симметрии, общей с пластиной, а его поверхность, параллельная поверхности пластины, выполнена полированной, и металлический швеллер, между полками которого расположен упомянутый выступ, причем его стенка выполнена в виде упомянутой периодической структуры, а полки имеют высоту, равную высоте упомянутого выступа и плотно прилегают к его боковым поверхностям, а на концах переходят в плоские участки, параллельные стенке швеллера, в выступах упомянутой периодической структуры выполнены прямоугольные отверстия, имеющие общую плоскость симметрии с выступом и плоскость симметрии, перпендикулярную ей, высота выступов b0, равная толщине стенки, выбирается из условия λ/4<b0≤λ/2, где b0=b1+2r+b2<НOP, где r - полувысота прямоугольного отверстия, b1+r - расстояние от внутренней поверхности стенки швеллера до плоскости симметрии отверстий, перпендикулярной плоскости симметрии выступа, (b1+r)≤λ/4, НOP- расстояние между зеркалами открытого резонатора, а ширина прямоугольного отверстия не превышает ширины выступа плоской металлической пластины.
Description
Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к конструкции мощного источника высокочастотных электромагнитных колебаний коротковолновой части миллиметрового диапазона и в субмиллиметровом диапазоне волн.
Известен оротрон [1], содержащий электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых выполнено плоским и закреплено неподвижно, а другое зеркало выполнено фокусирующим в виде усеченной сферы и установлено с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскому зеркалу, периодическую структуру (ПС), расположенную на плоском зеркале и покрывающая всю его поверхность, и вывод энергии электромагнитных колебаний, выполненный в фокусирующем зеркале резонатора.
Однако в коротковолновой части миллиметрового диапазона и субмиллиметровом диапазоне волн уменьшается период до долей миллиметра и увеличивается число ламелей периодической структуры, достигая 100 и более. Поэтому она выполняется как единое целое с плоским зеркалом, т.е. щели между выступами заготовки для ПС прорезаются не на всю ее толщину, а только на высоту выступов (глубину щелей), образуя, таким образом, отражающую поверхность между выступами. Даже после химической обработки такой поверхности, потери электромагнитной энергии в материале электродинамической системы оротрона, главным образом омические потери в материале периодической структуры, возрастают по сравнению с потерями, определяемыми нормальным скин-эффектом. Поэтому для достижения максимального КПД генерации необходимо либо существенное улучшение поверхности между выступами, либо существенное увеличение рабочего тока для увеличения эффективности электронно-волнового взаимодействия, либо и то и другое одновременно. Существенное улучшение поверхности между выступами обеспечено техническим решением [2].
Известен оротрон [2], содержащий электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых выполнено плоским и закреплено неподвижно, а другое зеркало выполнено фокусирующим и установлено с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскому зеркалу, периодическую структуру, расположенную на плоском зеркале, вывод энергии электромагнитных колебаний, дополнительно содержащий прямоугольную плоско-параллельную металлическую пластину, на одной из поверхностей которой выполнен продольный выступ в виде прямоугольного параллелепипеда с плоскостью симметрии, общей с пластиной, а его поверхность, параллельная поверхности пластины, выполнена полированной, и металлический швеллер, между полками которого расположен упомянутый выступ, причем его стенка выполнена в виде упомянутой периодической структуры, а полки имеют высоту, равную высоте упомянутого выступа и плотно прилегают к его боковым поверхностям, а на концах переходят в плоские участки, параллельные стенке, плотно прилегающие к поверхности пластины и скрепленные с ней.
Вывод энергии выполняется в плоском зеркале у коллекторного края периодической структуры, в виде волноводного канала требуемого сечения для конкретного диапазона генерации.
Недостатком этого оротрона является то, что в нем с уменьшением периода в коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметровом диапазоне катастрофически уменьшается часть эффективно взаимодействующего с высокочастотным (ВЧ) полем электронного потока.
Известно, что электрическая компонента ВЧ поля рабочей гармоники в ПС уменьшается как Е=ехр(2πх/l), где координата x увеличивается при удалении от структуры в направлении, перпендикулярном ей, l - период ПС. Поэтому в однорядной структуре максимальная величина Е=1 при х=0 и быстро уменьшается при удалении от нее. Как следствие, в оротроне нельзя использовать «толстые» электронные, по токи с той же эффективностью электронно-волнового взаимодействия по всей его толщине, как вблизи поверхности периодической структуры. Как следствие уменьшение КПД и генерируемой ВЧ мощности.
Этот недостаток устраняется в двухрядной ПС [2], где плоский электронный поток движется между двух расположенных близко друг к другу рядов ПС при условии, что расстояние между ними 2Н удовлетворяет условию l/2Н≥3. Однако выполнить это условие в данной конструкции [2] при уменьшении высоты рядов до долей миллиметра становится практически не возможно, во-первых, из-за потери жесткости второго ряда ПС и, во-вторых, из-за того, что не возможно отвести от него тепло, выделяемое при бомбардировке электронами потока, даже при прохождении его тока на коллектор в 95%.
Техническая задача, решаемая предлагаемой конструкцией, состоит в увеличении рабочего тока, эффективно взаимодействующего с высокочастотным полем, в результате повышения эффективности электронно-волнового взаимодействия в оротроне с однорядной периодической структурой, и, как следствие, увеличения КПД и генерируемой мощности оротрона.
Для решения этой задачи в выступах высотой b0 периодической структуры, расположенной на стенке швеллера, равной ее толщине, выполнены прямоугольные отверстия, имеющие общую плоскость симметрии М с выступом и плоскость симметрии, перпендикулярную ей, высота выступов b0, равная толщине стенки, выбирается из условия λ/4<b0≤λ/2, где λ - длина волны, b0=b1+2r+b2<HOP, где r - полувысота прямоугольного отверстия, b1 - расстояние от внутренней поверхности стенки швеллера до нижнего края прямоугольного отверстия, b2 - расстояние от верхнего края прямоугольного отверстия до внешней поверхности стенки швеллера, b1+r - расстояние от внутренней поверхности стенки швеллера до оси OO1 симметрии прямоугольного отверстия, лежащей в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии М выступа, (b1+r)≤λ/4, HOP - расстояние между зеркалами открытого резонатора, а ширина прямоугольного отверстия не превышает ширины выступа плоской металлической пластины.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1а, б, схематически показан вариант конструкции предлагаемого оротрона с однорядной периодической структурой на плоском зеркале, а на фиг. 3, фиг. 4 показаны детали однорядной периодической структуры и вариант ее сопряжения с плоскопараллельной пластиной с выступом.
На фиг. 1а изображено продольное сечение оротрона плоскостью симметрии М по оси симметрии прямоугольного отверстия в выступах ПС. Он содержит электронную пушку 1, создающую электронный поток ЭП, открытый резонатор, образованный плоским зеркалом 2 и фокусирующим зеркалом 3, периодическую структуру 4, выполненную в виде одного ряда взаимно параллельных выступов и щелей между ними, расположенную на плоском зеркале 2, коллектор 5 и вывод 6 энергии электромагнитных колебаний, выполненный в плоском зеркале 2.
На фиг. 1б приведено сечение по AA1 (вид сверху) однорядной периодической структуры 4 фиг. 1а. Через щели между выступами периодической структуры 4 видны полки 10 швеллера 9 и плоское зеркало 2, расположенное на поверхности продольного выступа 7. Ось симметрии BB1 - проекция плоскости симметрии М продольного выступа 7 и однорядной периодической структуры 4.
На фиг. 2 представлена плоскопараллельная прямоугольная металлическая пластина 8 с продольным выступом 7, имеющим высоту h, с плоскостью симметрии М. Ширина и толщина пластины, а также высота продольного выступа h, выбираются для каждого конкретного случая, исходя из размеров корпуса прибора. Длина и ширина продольного выступа определяются выбором длины и ширины плоского зеркала 2, которые, в свою очередь, определяются длиной и шириной периодической структуры 4.
На фиг. 3 представлен металлический швеллер 9, стенка которого толщиной b0 выполнена как периодическая структура 4 с высотой b0 выступов, при высоте h1 полок 10 внутри швеллера вместе с плоскими участками 11, толщина которых выбирается из конструктивных соображений. В выступах высотой b0 выполнены прямоугольные отверстия высотой 2r, имеющие две взаимно перпендикулярные плоскости симметрии, плоскость М и перпендикулярную ей.
На фиг. 4 изображена однорядная периодическая структура с прямоугольным отверстием в ее выступах для пролета плоского электронного потока и показана установка периодической структуры (швеллера) на пластине с выступом, когда h=h1<HOP и периодическая структура плотно прилегает к плоскому зеркалу и имеет с ним электрический контакт.
Предложенная конструкция оротрона работает следующим образом. При включении питания электронный пучок (ЭП), создаваемый электронной пушкой 1 и фокусируемый магнитной системой (на фиг. 1а она не показана), проходит через прямоугольное отверстие в выступах периодической структуры (фиг. 4) и оседает на коллектор 5. На своем пути ЭП взаимодействует с ВЧ полем синхронной пространственной гармоники, которая образуется, как и во всех аналогичных приборах, в результате дифракции на ней квазиплоской электромагнитной волны основного TEM00q типа колебания открытого резонатора, состоящего из фокусирующего зеркала и плоского зеркала, которым является полированная поверхность выступа металлической пластины. Электронный поток движется в пролетном канале, образованном прямоугольным отверстием в выступах периодической структуры 4. При выполнении известных условий пространственного синхронизма, как и во всех приборах с длительным взаимодействием, происходит передача энергии ЭП электромагнитному полю, в результате чего увеличивается амплитуда колебаний, заключенных в объеме между зеркалами 2 и 3. Пространственное распределение указанных колебаний определяется геометрией открытого резонатора и рабочей частотой. Электромагнитная волна, распространяющаяся между соседними выступами периодической структуры, проходит через отверстие 6 вывода энергии в плоском зеркале 2 в продольном выступе 7 и в плоскопараллельной прямоугольной металлической пластине 8 в волновод и далее в нагрузку (на фиг. 1а не показаны). При значении тока I0 электронного потока выше некоторого пускового значении I0>In, система самовозбуждается и работает как автогенератор.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ф.С. Русин, Г.Д. Богомолов. Оротрон как генератор миллиметрового диапазона. В сб. Электроника больших мощностей. Изд-во «Наука», М. 1968. Вып. 5. С.45.
2. Е.А. Мясин. Оротрон. // Патент РФ №2634304 (МПК H01J 25/00 (2006/01) по Заявке №2016123305 от 10.06.2016. Опубликована 25.10.2017 Бюл. №30.
Claims (1)
- Оротрон, содержащий электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых выполнено плоским и закреплено неподвижно, а другое зеркало выполнено фокусирующим и установлено с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскому зеркалу, периодическую структуру, расположенную на плоском зеркале и покрывающую всю его поверхность, вывод энергии электромагнитных колебаний, прямоугольную плоскопараллельную металлическую пластину, на одной из поверхностей которой выполнен продольный выступ в виде прямоугольного параллелепипеда с плоскостью симметрии, общей с пластиной, а его поверхность, параллельная поверхности пластины, выполнена полированной, и металлический швеллер, между полками которого расположен упомянутый выступ, причем его стенка выполнена в виде упомянутой периодической структуры, а полки имеют высоту, равную высоте упомянутого выступа и плотно прилегают к его боковым поверхностям, а на концах переходят в плоские участки, параллельные стенке, плотно прилегающие к поверхности пластины и скрепленные с ней, отличающийся тем, что в выступах упомянутой периодической структуры выполнены прямоугольные отверстия, имеющие общую плоскость симметрии с выступом и плоскость симметрии, перпендикулярную ей, высота выступов b0, равная толщине стенки, выбирается из условия λ/4<b0≤λ/2, где λ - длина волны, b0=b1+2r+b2<НOP, где r - полувысота прямоугольного отверстия, b1 - расстояние от внутренней поверхности стенки швеллера до нижнего края прямоугольного отверстия, b2 - расстояние от верхнего края прямоугольного отверстия до внешней поверхности стенки швеллера, b1+r - расстояние от внутренней поверхности стенки швеллера до оси OO1 симметрии прямоугольного отверстия, лежащей в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии М выступа, (b1+r)≤λ/4, а ширина прямоугольного отверстия не превышает ширины выступа плоской металлической пластины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119838U RU202819U1 (ru) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Оротрон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119838U RU202819U1 (ru) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Оротрон |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU202819U1 true RU202819U1 (ru) | 2021-03-09 |
Family
ID=74857385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119838U RU202819U1 (ru) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Оротрон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU202819U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5187408A (en) * | 1990-01-15 | 1993-02-16 | Asea Brown Boveri Ltd. | Quasi-optical component and gyrotron having undesired microwave radiation absorbing means |
US5780969A (en) * | 1994-08-05 | 1998-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gyrotron apparatus including reflecting cylinders which provide undesired wave absorption |
RU2274922C1 (ru) * | 2004-08-12 | 2006-04-20 | Институт Радиотехники И Электроники Российской Академии Наук (Ирэ Ран) | Оротрон |
RU2634304C1 (ru) * | 2016-06-10 | 2017-10-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Оротрон |
-
2020
- 2020-06-08 RU RU2020119838U patent/RU202819U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5187408A (en) * | 1990-01-15 | 1993-02-16 | Asea Brown Boveri Ltd. | Quasi-optical component and gyrotron having undesired microwave radiation absorbing means |
US5780969A (en) * | 1994-08-05 | 1998-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gyrotron apparatus including reflecting cylinders which provide undesired wave absorption |
RU2274922C1 (ru) * | 2004-08-12 | 2006-04-20 | Институт Радиотехники И Электроники Российской Академии Наук (Ирэ Ран) | Оротрон |
RU2634304C1 (ru) * | 2016-06-10 | 2017-10-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Оротрон |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Research progresses on Cherenkov and transit-time high-power microwave sources at NUDT | |
Andronov et al. | The gyrotron: High-power source of millimetre and submillimetre waves | |
US2880355A (en) | Backward flow travelling wave oscillators | |
Ogura et al. | Normal modes and slow-wave instabilities in oversized coaxial slow-wave structure with rectangular corrugations | |
RU202819U1 (ru) | Оротрон | |
Wang et al. | Pulse Lengthening of the Microwave Generated by TM₀₂ Mode Ka-Band RBWO Operating With Low Guiding Magnetic Field | |
Sattorov et al. | Improved efficiency of backward-wave oscillator with an inclined electron beam | |
Schuenemann et al. | Optimizing the spatial-harmonic millimeter-wave magnetron | |
RU2288519C1 (ru) | Генератор шумоподобного широкополосного свч-сигнала на виртуальном катоде | |
Ansari et al. | Design and Performance Analyses of High-Efficiency $ X $-Band Relativistic Backward-Wave Oscillator Using an Improved Resonant Reflector Under Low Guiding Magnetic Field | |
US3221207A (en) | Microwave power generating by periodic sweep of electron beam along length of resonant waveguide | |
RU2634304C1 (ru) | Оротрон | |
CN114512387B (zh) | 一种应用于回旋行波管的分布式辐射耦合损耗电路 | |
RU2274922C1 (ru) | Оротрон | |
RU2714508C1 (ru) | Миниатюрный многолучевой клистрон | |
US3324341A (en) | High power electron tube with multiple locked-in magnetron oscillators | |
Myasin et al. | Experimental study of the possibility to generate radiation at a frequency of up to 400 GHz in an Orotron with a double-row periodic structure | |
RU2444081C1 (ru) | Управляемый генератор на виртуальном катоде | |
Yang et al. | Electromagnetic analysis on propagation characteristics of CRLH waveguide loaded with double ridge corrugations | |
RU115961U1 (ru) | Оротрон | |
Galdetskiy | On the use of metamaterials for increasing of output power of multibeam klystrons | |
KR101011679B1 (ko) | 공동 공진기 한쪽 면을 이용한 펄스 전자 증폭기 | |
Fedotov et al. | Transverse Radiation Output for Relativistic Sub-Terahertz Surface-Wave Oscillators | |
RU159099U1 (ru) | Клистрон с ленточным пучком | |
RU2239256C1 (ru) | Многолучевой клистрон |