RU2072111C1

RU2072111C1 - Heavy-power and heavy-current multibeam o-type device

Info

Publication number: RU2072111C1
Authority: RU
Inventors: О.Ю. Гаврилов; А.А. Наседкин; П.В. Невский; В.А. Храмов
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Титан"
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1997-01-20

Abstract

FIELD: multibeam heavy-current microwave devices with electron beams combined in several groups. SUBSTANCE: magnetic screens enabling reducing of quadrature-axis component of magnetic filed are made in the form of nonretentive-material rings for each separate group of beams. This greatly reduces relative influence of separate groups of beams. EFFECT: improved power capacity due to better current conduction. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к многолучевым приборам СВЧ О-типа (клистрон, ЛБВ и т.д.). The invention relates to electronic equipment, and more specifically to multipath microwave O-type devices (klystron, TWT, etc.).

Известно, что для уменьшения радиальной составляющей магнитного поля в многолучевых клистронах, у которых пролетные каналы сформированы в одну группу и расположены на нескольких концентрических окружностях, применяются "выпрямители магнитного поля" [1] Они представляют собой тонкие диски из магнитомягкого материала с отверстиями для прохождения электронных лучей, расположенные перпендикулярно оси прибора. It is known that to reduce the radial component of the magnetic field in multipath klystrons, in which the passage channels are formed in one group and located on several concentric circles, “magnetic field rectifiers” are used [1]. They are thin disks made of soft magnetic material with holes for the passage of electronic rays located perpendicular to the axis of the device.

Однако уменьшить поперечную составляющую магнитного поля, возникающую за счет взаимодействия сильноточных электронных лучей с помощью дисков из магнитомягкого материала, общих для всех лучей, если лучи сформированы в несколько групп, не удается. Как показали результаты измерений на макете магнитной фокусирующей системы прибора, в которой электронные лучи имитировались проводниками с током, равным току луча, при включении тока величина поперечной составляющей даже увеличивается (таблица). However, it is not possible to reduce the transverse component of the magnetic field arising from the interaction of high-current electron beams with the help of disks of magnetically soft material common to all beams, if the beams are formed in several groups. As shown by the results of measurements on the layout of the magnetic focusing system of the device, in which the electron beams were simulated by conductors with a current equal to the beam current, when the current is turned on, the magnitude of the transverse component even increases (table).

Целью изобретения является повышение мощности прибора за счет увеличения токопрохождения, что достигается экранированием магнитных полей, создаваемых отдельными сильноточными лучами. The aim of the invention is to increase the power of the device by increasing current flow, which is achieved by shielding the magnetic fields generated by individual high-current rays.

Поставленная цель достигается тем, что в резонаторный блок для каждой группы лучей введена последовательность несоприкасающихся экранов, выполненных из магнитомягкого материала в виде колец с отверстиями для прохождения электронных лучей, причем толщина колец t₁, расстояние между ними L, диаметр отверстий d, внешний диаметр колец D₁ и внутренний диаметр колец D₂ связаны соотношениями:

где k отношение величины поперечной составляющей магнитного поля взаимодействия до введения экранов к аналогичной величине после введения экранов.This goal is achieved by the fact that a sequence of non-contacting screens made of magnetically soft material in the form of rings with holes for the passage of electron beams is introduced into the resonator block for each group of rays, the ring thickness t ₁ , the distance between them L, the diameter of the holes d, the outer diameter of the rings D ₁ and the inner diameter of the rings D ₂ are related by the relations:

where k is the ratio of the magnitude of the transverse component of the magnetic field of interaction before the introduction of the screens to a similar value after the introduction of the screens.

На фиг. 1 показан внешний вид предложенного прибора. Прибор содержит анод 1, катод 2, электронный луч 3, фокусирующий электрод 4, резонаторный блок 5, катушку соленоида 6, коллекторный полюсный наконечник 7, коллектор 8, экранирующие кольца из магнитомягкого материала 9. In FIG. 1 shows the appearance of the proposed device. The device contains an anode 1, a cathode 2, an electron beam 3, a focusing electrode 4, a resonator block 5, a solenoid coil 6, a collector pole piece 7, a collector 8, shielding rings of soft magnetic material 9.

На фиг. 2 приведены результаты измерений как продольной составляющей индукции магнитного поля, полученной на макете магнитной системы с введенной последовательностью экранов (а), так и поперечной составляющей индукции магнитного поля (б), измеренной до (кривая 10) и после (кривая 11) введения последовательности экранов. In FIG. 2 shows the results of measurements of both the longitudinal component of the magnetic field induction obtained on the layout of the magnetic system with the entered sequence of screens (a) and the transverse component of the magnetic field induction (b), measured before (curve 10) and after (curve 11) the introduction of the sequence of screens .

Устройство работает следующим образом. При подаче ускоряющего напряжения на анод 1, являющийся одновременно магнитным полюсным наконечником, с каждого из катодов 2 электростатическое поле формирует сходящиеся электронные лучи 3. Управление парциальными лучами осуществляется либо по аноду 1, либо по фокусирующему электроду 4. Затем лучи фокусируются в пролетных каналах резонаторного блока 5 с помощью магнитной фокусирующей системы, состоящей из источника магнитного поля (катушек соленоида или постоянных магнитов 6) и полюсных наконечников 1, 7. После этого лучи поступают в коллектор 8. Для экранировки магнитных полей, создаваемых отдельными сильноточными лучами 3 в резонаторном блоке 5 для каждой группы лучей перпендикулярно оси прибора установлена последовательность несоприкасающихся экранов из магнитомягкого материала 9. На фиг.2б показаны результаты измерений поперечной составляющей индукции магнитного поля, полученные на макете магнитной системы прибора, в которой для имитации электронных лучей в пролетных каналах были расположены проводники с током, равным току парциального электронного луча. Как видно из фиг. 2, введенная последовательность несоприкасающихся экранов значительно уменьшает величину поперечного магнитного поля, которое создают сильноточные электронные лучи. Из фиг. 2б следует, что до введения экранов величина поперечной составляющей равна примерно 14 Гс, а после их введения она уменьшается более чем в 3 раза. Этот эффект можно объяснить следующим образом. Известно (2), что коэффициент экранирования S для длинного экрана равен

(1)
где r_э радиус экрана; t толщина экрана; μ магнитная проницаемость материала экрана (равная примерно 100 для стальных экранов).The device operates as follows. When an accelerating voltage is applied to the anode 1, which is also a magnetic pole piece, from each of the cathodes 2 the electrostatic field forms converging electron beams 3. Partial beams are controlled either by the anode 1 or by the focusing electrode 4. Then the beams are focused in the passage channels of the resonator block 5 using a magnetic focusing system consisting of a magnetic field source (solenoid coils or permanent magnets 6) and pole pieces 1, 7. After that, the rays enter the coll torus 8. For shielding the magnetic fields generated by individual high-current rays 3 in the resonator block 5, for each group of rays perpendicular to the axis of the device, a sequence of non-touching screens of soft magnetic material 9 is established. Figure 2b shows the results of measurements of the transverse component of the magnetic field induction obtained on a magnetic model a device system in which conductors with a current equal to the partial electron beam current were located in the passage channels to simulate electron beams. As can be seen from FIG. 2, the introduced sequence of non-touching screens significantly reduces the magnitude of the transverse magnetic field that high-current electron beams create. From FIG. 2b it follows that before the introduction of the screens, the magnitude of the transverse component is approximately 14 G. And after their introduction, it decreases by more than 3 times. This effect can be explained as follows. It is known (2) that the screening coefficient S for a long screen is

(one)
where r _{e the} radius of the screen; t screen thickness; μ magnetic permeability of the material of the screen (equal to about 100 for steel screens).

Для уменьшения влияния магнитных полей сильноточных лучей друг на друга можно применить экраны в виде последовательности колец толщиной t, установленных вдоль оси каждого пролетного канала. При близком расположении каналов соседние кольца, лежащие в плоскостях, перпендикулярных осям каналов, могут быть объединены. Тогда вдоль оси прибора для каждой группы лучей будет расположена последовательность колец с внешним диаметром D₁, внутренним диаметром D₂, толщиной t₁ и отверстиями для электронных лучей, равными диаметру пролетного канала d. Поскольку влияние экрана сказывается на длине примерно равной диаметру экрана, то расстояние между кольцами не должно превышать двух диаметров D.To reduce the influence of magnetic fields of high-current rays on each other, screens can be used in the form of a sequence of rings of thickness t mounted along the axis of each passage channel. With a close proximity of the channels, adjacent rings lying in planes perpendicular to the axes of the channels can be combined. Then along the axis of the device for each group of beams there will be a sequence of rings with an outer diameter D ₁ , an inner diameter D ₂ , a thickness t ₁ and holes for electron beams equal to the diameter of the passage channel d. Since the influence of the screen affects the length approximately equal to the diameter of the screen, the distance between the rings should not exceed two diameters D.

Очевидно, что при уменьшении длины экрана его экранирующие свойства ухудшаются. Выполненные экспериментальные исследования показали, что при длине экрана t₁ коэффициент экранирования можно вычислять по формуле

где

.Obviously, when the screen length is reduced, its screening properties deteriorate. The performed experimental studies have shown that for the screen length t ₁ the screening coefficient can be calculated by the formula

Where

.

Подставляя в это выражение значения μ, t₂ и полагая

, получаем следующее выражение:

где k отношение величины поперечной составляющей магнитного поля взаимодействия до введения экранов к аналогичной величине после введения экранов.Substituting the values μ, t ₂ into this expression and setting

we get the following expression:

В настоящее время на основе выполненных исследований изготовлен прибор и проведены его испытания. Применение предполагаемого изобретения позволило ликвидировать наблюдающееся ранее оплавление пролетных труб в конце резонаторного блока. Currently, based on the studies performed, the device is manufactured and tested. The application of the alleged invention made it possible to eliminate the previously observed melting of span pipes at the end of the resonator block.

Claims

A high-current powerful multipath microwave device of the 0 type, containing an electron-optical system that generates electron beams combined in several groups, and a resonator block, characterized in that, in order to increase the power of the device by increasing current transmission, it is separately for each resonator block groups of the electron beams introduced sequence noncontiguous between a magnetic shields made of a magnetic material in the form of rings having an external diameter D _1, m, inner diameter D _2, m, a thickness t _1, m, s otve tures diameter d, m, of the passage for the electron beams, the following relations should be met:
L ≅ 2D ₁ ,

where L is the distance between the rings, m,
K is the screening coefficient of the transverse component of the magnetic field.