RU2073283C1 - Electron-beam microwave instrument - Google Patents

Electron-beam microwave instrument Download PDF

Info

Publication number
RU2073283C1
RU2073283C1 RU93037773A RU93037773A RU2073283C1 RU 2073283 C1 RU2073283 C1 RU 2073283C1 RU 93037773 A RU93037773 A RU 93037773A RU 93037773 A RU93037773 A RU 93037773A RU 2073283 C1 RU2073283 C1 RU 2073283C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathodes
microwave
input
output
cathode
Prior art date
Application number
RU93037773A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93037773A (en
Inventor
Е.Ф. Кузнецов
В.А. Царев
Original Assignee
Саратовский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Саратовский государственный технический университет filed Critical Саратовский государственный технический университет
Priority to RU93037773A priority Critical patent/RU2073283C1/en
Publication of RU93037773A publication Critical patent/RU93037773A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2073283C1 publication Critical patent/RU2073283C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Microwave Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: microwave instrument uses cathode, electrodynamic and collector systems with transformer system of power supply from AC mains; it is a multi-beam instrument due to the fact that the cathode system is made in the form of insulated beam-forming cathodes, the transformer system is a three-phase one; the collector system serves as the instrument common electrode; additional electrodes are introduced in the space between the cathodes and electrodynamic system, these electrodes are shifted negatively relative to the cathode; besides, control system of the microwave signal level is introduced. The cathodes are located on a straight line, and the cathodes emission axes lie in the same plane perpendicularly to this straight line. According to another arrangement of the microwave instrument, the beam-forming cathodes are positioned circumferentially, and the axes of cathode emission are positioned in parallel with one another and perpendicularly to the plane containing the mentioned circumference. To improve the cooling of the high-power microwave instrument the beam-forming cathodes are arranged circumferentially, and the axes of emission form a multi-beam radial single-row or multi-row structure. Selection of the electrodynamic system is determined by the instrument application and parameters. EFFECT: improved design. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в усилителях и генераторах СВЧ-сигналов клистронного и клистродного типов. The invention relates to electronic equipment and can be used in amplifiers and generators of microwave signals of klystron and klystrod types.

Известны СВЧ-устройства, питаемые от сети переменного тока промышленной частоты (далее в тексте сеть) без выпрямителей за счет односторонней проводимости промежутка катод-анод или катод-коллектор. Например, широко известно такое питание магнетрона с использованием только одного полупериода. В брошюре серии МРВ [1] приведена схема питания переменным током двух магнетронов с использованием двух дополнительных дросселей, что дает возможность работы каждого из магнетронов в течение полупериода. При этом имеют место пульсации напряжения питания от нуля до амплитудного значения (далее в тексте Um).Known microwave devices powered by an industrial frequency alternating current network (hereinafter referred to as the network) without rectifiers due to the one-sided conductivity of the cathode-anode or collector-cathode gap. For example, such a magnetron power supply is known using only one half-cycle. The MRV series brochure [1] shows an alternating current supply circuit for two magnetrons using two additional chokes, which makes it possible for each of the magnetrons to operate for half a period. In this case, there are ripples of the supply voltage from zero to the amplitude value (hereinafter referred to as U m ).

В то же время в электротехнике широко известен трехфазный нулевой однотактный и двухтактный выпрямители (например Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин. Промышленная электроника, Энергоатомиздат, М. 1988), в котором использованы положительный и отрицательный полупериоды трехфазной сети, что составляет шестифазную систему однополярных полуволн с частотой колебаний сети переменного тока; при этом имеют место пульсации от 0,866 Um до Um, где Um амплитудное значение напряжения. По нашим сведениям такая схема для питания СВЧ-устройств до настоящего времени не использовалась.At the same time, three-phase zero single-cycle and push-pull rectifiers (for example, GN Gorbachev, EE Chaplygin. Industrial Electronics, Energoatomizdat, M. 1988), in which the positive and negative half-periods of a three-phase network are used, are widely known in electrical engineering, which makes a six-phase system of unipolar half-waves with an oscillation frequency of an alternating current network; however, there are ripples from 0.866 U m to U m , where U m is the amplitude value of the voltage. To our knowledge, such a circuit for powering microwave devices has not yet been used.

Подобным образом, но с меньшим числом фаз осуществлено питание прибора с электронным лучом [2] взятого нами за прототип. Здесь питание от сети переменного тока производится через два трансформатора один запитан непосредственно, а другой через фазовращатель, т.е. со сдвигом на четверть периода. Вторичные обмотки обоих трансформаторов имеют отводы от середины. Коллектор выполнен разрезанным на четыре секции, к которым присоединены крайние выводы вторичных обмоток, а средние отводы, соединенные вместе, присоединены к катоду, являющемуся общим электродом устройства, и заземлены, что реализует четырехфазную систему положительных полуволн напряжения на коллекторе. В результате одна из секций коллектора всегда будет под положительным относительно катода напряжением, большим 0,707 Um (Um амплитудное значение напряжения сети).Similarly, but with a smaller number of phases, the device with the electron beam [2] taken by us as a prototype was powered. Here, AC power is supplied through two transformers, one directly supplied and the other through a phase shifter, i.e. with a shift of a quarter of the period. The secondary windings of both transformers have taps from the middle. The collector is made into four sections, to which the extreme leads of the secondary windings are connected, and the middle taps connected together are connected to the cathode, which is the common electrode of the device, and are grounded, which implements a four-phase system of positive half-waves of voltage on the collector. As a result, one of the sections of the collector will always be under a voltage positive relative to the cathode, greater than 0.707 U m (U m the amplitude value of the network voltage).

Недостатком системы питания и этого устройства в целом является наличие значительных пульсаций напряжения на коллекторе (от 0,707 Um до Um), что приводит к пульсации тока электронного луча и соответственно к пульсациям выходной мощности, и снижает КПД. Кроме того, для работы прибора необходимо применение фазовращателя в силовой цепи. При этом наличие одного катода при больших мощностях требует усложнения устройства фокусирования и сопровождения луча, а большая нагрузка на катод снижает долговечность катода.The disadvantage of the power supply system and this device as a whole is the presence of significant ripple voltage across the collector (from 0.707 U m to U m ), which leads to ripple of the electron beam current and, accordingly, to ripple of the output power, and reduces the efficiency. In addition, the operation of the device requires the use of a phase shifter in the power circuit. Moreover, the presence of a single cathode at high powers requires complicating the focusing and tracking of the beam, and a large load on the cathode reduces the durability of the cathode.

Задача, решаемая изобретением, создание СВЧ-устройства с улучшенными эксплуатационными показателями при питании его от сети переменного тока. The problem solved by the invention, the creation of a microwave device with improved performance when it is powered by AC power.

Для решения поставленной задачи предлагаемое электронно-лучевое СВЧ-устройство ( СВЧ-устройство, устройство), содержащее катодную, электродинамическую и коллекторную системы с трансформаторной системой питания от сети переменного тока, вторичные обмотки которой крайними отводами присоединены к выводам секционированного электрода, а отводами от середины к общему электроду и земле, что образует шестифазную систему однополярных полуволн, выполнено многолучевым за счет выполнения катодной системы в виде изолированных друг от друга лучеобразующих катодов (далее в тексте катоды) с числом, кратным шести, и которая является секционированным электродом СВЧ-устройства; трансформаторная система питания выполнена трехфазной; общим электродом устройства является коллекторная система, образованная объединенными в единый блок коллекторами лучей ( коллектор); в пространство между катодами и электродинамической системой введены дополнительные электроды, соединенные с отрицательным выводом источника напряжения, положительный вывод которого присоединен к коллектору, а величина напряжения установлена так, чтобы ток через каждый из катодов протекал при условии:
Ukk > (0,75 0,86) Um,
где Ukk мгновенное значение напряжения между катодом и коллектором;
Um амплитудное значение напряжения Ukk;
кроме того, введена система управления уровнем выходного СВЧ-сигнала, которая содержит детектор уровня СВЧ-сигнала, присоединенный выходом к первому входу схемы сравнения, а второй вход схемы сравнения присоединен к выходу источника опорного напряжения, выход схемы сравнения соединен с входом управления аттенюатора СВЧ-сигнала. При этом катоды расположены на прямой, а оси эмиссии катодов лежат в одной плоскости перпендикулярно этой прямой. При другой компоновке СВЧ-устройства лучеобразующие катоды расположены по окружности, а оси эмиссии катодов расположены параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости, содержащей упомянутую окружность. Для улучшения охлаждения СВЧ-устройства повышенной мощности лучеобразующие катоды расположены по окружности в одной плоскости, при этом оси эмиссии лежат в той же плоскости звездообразно по направлению от центра окружности, образуя многолучевую радиальную структуру. В СВЧ-устройстве большой мощности упомянутая многолучевая радиальная структура выполнена многорядной с расположением рядов на разных уровнях. Выбор электродинамической системы обусловлен назначением и параметрами прибора.
To solve this problem, the proposed electron-beam microwave device (microwave device, device) containing a cathodic, electrodynamic and collector system with a transformer power supply system from an alternating current main, the secondary windings of which are connected to the terminals of the sectioned electrode by the extreme taps, and taps from the middle to the common electrode and the earth, which forms a six-phase system of unipolar half-waves, is made multipath due to the implementation of the cathode system in the form of a beam isolated from each other forming cathodes (hereinafter referred to as cathodes) with a multiple of six, and which is a sectioned electrode of a microwave device; transformer power system is made three-phase; the common electrode of the device is a collector system formed by beam collectors integrated into a single unit (collector); Additional electrodes are introduced into the space between the cathodes and the electrodynamic system, connected to the negative terminal of the voltage source, the positive terminal of which is connected to the collector, and the voltage value is set so that current flows through each of the cathodes under the condition:
U kk > (0.75 0.86) U m ,
where U kk is the instantaneous voltage value between the cathode and the collector;
U m the amplitude value of the voltage U kk ;
in addition, a microwave output signal level control system has been introduced, which contains a microwave signal level detector connected by an output to the first input of the comparison circuit, and the second input of the comparison circuit is connected to the output of the reference voltage source, the output of the comparison circuit is connected to the control input of the microwave attenuator signal. In this case, the cathodes are located on a straight line, and the emission axis of the cathodes lie in one plane perpendicular to this straight line. In another arrangement of the microwave device, the beam-forming cathodes are arranged in a circle, and the cathode emission axes are parallel to each other and perpendicular to the plane containing said circle. To improve the cooling of high-power microwave devices, beam-forming cathodes are located on a circle in the same plane, while the emission axis lie in the same plane star-shaped in the direction from the center of the circle, forming a multi-beam radial structure. In a high-power microwave device, the aforementioned multipath radial structure is multi-row with rows arranged at different levels. The choice of the electrodynamic system is determined by the purpose and parameters of the device.

В результате использования перечисленных признаков поставленная задача решена, и при питании СВЧ-устройства от сети переменного тока обеспечены
повышение эффективности использования энергии сети переменного тока;
повышение КПД до 70 80%
снижение размаха пульсаций с 29% до уровня ниже 0,5%
обеспечение возможности амплитудной модуляции уровня выходного СВЧ-сигнала;
повышение долговечности катода ориентировочно в 5 6 раз;
упрощение устройств фокусировки и сопровождения электронного луча (далее в тексте луч);
повышение выходной СВЧ-мощности устройства в целом.
As a result of using the above signs, the problem is solved, and when the microwave device is powered from the AC mains,
increasing the energy efficiency of AC power;
efficiency increase up to 70 80%
pulsation range reduction from 29% to a level below 0.5%
providing the possibility of amplitude modulation of the level of the output microwave signal;
increase in cathode life by approximately 5–6 times;
simplification of the focusing and tracking of the electron beam (hereinafter referred to as the beam);
increasing the output microwave power of the device as a whole.

Т. о. совокупность существенных признаков дает возможность значительно улучшить эксплуатационные показатели СВЧ-устройства. T. about. the combination of essential features makes it possible to significantly improve the performance of a microwave device.

При этом увеличение эффективности использования энергии сети переменного тока обеспечивается тем, что при питании от трехфазной сети через трансформатор со вторичными обмотками, имеющими отводы от середины (они подключены к общему электроду коллекторной системе, далее в тексте - коллектор, коллекторы) образуется шестифазная система напряжений для питания катодов, каждый из которых эмиттирует луч вдоль оси эмиссии. При этом в любой момент времени отрицательное напряжение на одном из катодов превышает 0,866 Um относительно коллектора. Этим достигается снижение величины пульсаций по сравнению с прототипом и исключается из системы питания фазовращатель. Введение дополнительных отрицательно смещенных относительно коллектора электродов обеспечивает протекание тока через каждый из катодов только в области режимов с высоким КПД.In this case, an increase in the energy efficiency of the AC network is ensured by the fact that when a three-phase network is supplied through a transformer with secondary windings having taps from the middle (they are connected to the common electrode of the collector system, hereinafter in the text - collector, collectors) a six-phase voltage system is formed for power cathodes, each of which emits a beam along the axis of emission. Moreover, at any time, the negative voltage at one of the cathodes exceeds 0.866 U m relative to the collector. This achieves a reduction in the magnitude of the ripple compared to the prototype and eliminates the phase shifter from the power supply system. The introduction of additional negatively displaced electrodes relative to the collector ensures that the current flows through each of the cathodes only in the region of high-efficiency modes.

Снижение пульсаций выходного СВЧ-сигнала обеспечивается введением системы управления, кроме того обеспечивающей и возможность амплитудной модуляции выходного СВЧ-сигнала. The pulsation of the output microwave signal is reduced by the introduction of a control system, which also provides the possibility of amplitude modulation of the output microwave signal.

Повышение долговечности катодов в предлагаемом СВЧ-устройстве обеспечивается уменьшением нагрузки на катоды, т.е. каждый из них эффективно работает в течение 1/6 периода питающей сети, кроме того при числе лучеобразующих катодов более шести (двенадцать, восемнадцать и т.д.) обеспечивается снижение тока каждого луча. Соответственно уменьшается эффект расфокусировки луча из-за действия кулоновских сил, что приводит к упрощению требований к устройствам фокусирования и сопровождения луча. При реализации устройства с радиальной компоновкой лучей геометрия электродинамической системы такова, что ее поперечные размеры естественным образом увеличиваются с увеличением радиуса, что компенсирует расфокусирование луча. Кроме того, при такой компоновке развитая поверхность коллекторной системы обеспечивает интенсивный отвод тепла. Improving the durability of the cathodes in the proposed microwave device is provided by reducing the load on the cathodes, i.e. each of them works efficiently for 1/6 of the supply network period; moreover, when the number of beam-forming cathodes exceeds six (twelve, eighteen, etc.), the current of each beam is reduced. Accordingly, the effect of defocusing the beam is reduced due to the action of Coulomb forces, which simplifies the requirements for focusing and tracking devices. When implementing a device with a radial arrangement of beams, the geometry of the electrodynamic system is such that its transverse dimensions naturally increase with increasing radius, which compensates for the defocusing of the beam. In addition, with this arrangement, the developed surface of the collector system provides intensive heat dissipation.

Повышение выходной мощности СВЧ-устройства в целом обусловлено тем, что возникающие при создании электронно-лучевых СВЧ-устройств большой мощности проблемы, связанные с долговечностью катодов, фокусировкой и сопровождением лучей и отводом тепла, в предлагаемом нами устройстве устранены путем решения перечисленных выше частных задач, и повышение выходной мощности достигается увеличением числа электронных лучей. Наиболее перспективна для этого компоновка с радиальным расположением лучей слоями на разных уровнях. The increase in the output power of the microwave device as a whole is due to the fact that the problems associated with cathode durability, focusing and tracking of beams, and heat removal arising from the creation of high-power electron beam microwave devices in the device we offer are eliminated by solving the above particular problems, and an increase in output power is achieved by increasing the number of electron beams. The most promising for this arrangement with a radial arrangement of rays in layers at different levels.

На фиг. 1 представлено предлагаемое СВЧ-устройство с параллельным расположением лучей в одной плоскости и общими цепями питания катодов и подогревателей катодов (вариант использования устройства как генератор); на фиг.2 временные диаграммы отрицательных волн напряжений на катодах в предлагаемом устройстве; заштрихованы области наибольшего КПД; на фиг. 3 - функциональная схема СВЧ-устройства при работе в роли усилителя; на фиг. 4 - общий вид СВЧ-устройства с параллельным расположением лучей по окружности (без систем питания и управления); на фиг. 5 вариант реализации СВЧ-устройства с радиальным расположением лучей в одной плоскости (без систем питания и управления). In FIG. 1 shows the proposed microwave device with a parallel arrangement of the beams in the same plane and the common power circuits of the cathodes and cathode heaters (use of the device as a generator); in Fig.2 time diagrams of negative voltage waves at the cathodes in the proposed device; areas of greatest efficiency are shaded; in FIG. 3 is a functional diagram of a microwave device when operating as an amplifier; in FIG. 4 is a general view of a microwave device with a parallel arrangement of beams in a circle (without power and control systems); in FIG. 5 embodiment of a microwave device with a radial arrangement of beams in one plane (without power supply and control systems).

Как видно из фиг. 1, СВЧ-устройство содержит трансформаторную систему питания, в которую входят трехфазный трансформатор 1 и источник напряжения 2; катодную систему, в которую входят катоды 3 с подогревателями 4 и дополнительными электродами 5, при этом каждым катодом сформирован отдельный электронный луч 6; электродинамическую систему 7 с СВЧ-входным разъемом 8 и СВЧ-выходным разъемом 9; коллекторную систему 10, которая образована объединенными в единый блок коллекторами электронных лучей; систему управления 11. Крайние выводы одной фазной вторичной обмотки 12 и 13 присоединены к выводам 14 и 15 катодов 3; выводы обмоток питания подогревателей катодов 16 и 17 присоединены соответственно к выводам 18 и 19 подогревателей 4. Аналогичным образом две другие вторичные фазные обмотки соединены с катодами и подогревателями (позиции 20 34). Отводы всех фазных обмоток от середины соединены с коллекторной системой и заземлены. Возможно применение изолированных от катодов подогревателей соответственно с изолированными друг от друга обмотками питания катодов и подогревателей. Входные обмотки 35 37 трансформатора присоединены к трехфазной сети переменного тока. Между катодами 3 и электродинамической системой 7 расположены соединенные вместе дополнительные электроды 5, на которые подано с источника напряжения 2 отрицательное смещение относительно коллектора. Величина напряжения смещения установлена из условия обеспечения протекания тока через катод только тогда, когда отрицательное напряжение на катоде превышает уровень (0,75 0,86) Um. Такой уровень выбран из двух предпосылок обеспечение непрерывности тока через катодную систему и обеспечение больших напряжений на катодах при работе. Последнее обусловлено тем, что при малых напряжениях питания на катодах снижается КПД. В рассматриваемом примере на фиг. 1 при работе СВЧ-устройства как генератор, выходной разъем 9 с входным разъемом 8 соединен через систему управления уровнем выходного СВЧ-сигнала 11.As can be seen from FIG. 1, the microwave device contains a transformer power system, which includes a three-phase transformer 1 and a voltage source 2; a cathode system, which includes cathodes 3 with heaters 4 and additional electrodes 5, with each cathode forming a separate electron beam 6; electrodynamic system 7 with a microwave input connector 8 and a microwave output connector 9; a collector system 10, which is formed by collectors of electron beams integrated into a single unit; control system 11. The extreme terminals of one phase secondary winding 12 and 13 are connected to the terminals 14 and 15 of the cathodes 3; the terminals of the power windings of the heaters of the cathodes 16 and 17 are connected respectively to the terminals 18 and 19 of the heaters 4. Similarly, two other secondary phase windings are connected to the cathodes and heaters (positions 20 34). The taps of all phase windings from the middle are connected to the collector system and are grounded. It is possible to use heaters isolated from cathodes, respectively, with cathodes and heaters power windings isolated from each other. The input windings 35 of the transformer 37 are connected to a three-phase AC network. Between the cathodes 3 and the electrodynamic system 7 are located additional electrodes 5 connected together, to which a negative bias is applied from the voltage source 2 relative to the collector. The magnitude of the bias voltage is established from the condition that the current flows through the cathode only when the negative voltage at the cathode exceeds the level of (0.75 0.86) U m . This level is chosen from two prerequisites for ensuring the continuity of current through the cathode system and ensuring high voltages at the cathodes during operation. The latter is due to the fact that at low supply voltages at the cathodes the efficiency decreases. In the example in FIG. 1, when the microwave device operates as a generator, the output connector 9 is connected to the input connector 8 through the level control system of the output microwave signal 11.

На фиг. 3 предлагаемое СВЧ-устройство использовано как усилитель СВЧ-сигналов. В этом случае система управления 11 входом 38 присоединена к источнику усиливаемого СВЧ-сигнала 39 (последний в состав предлагаемого СВЧ-устройства не входит), входом 40 она присоединена к выходному разъему 9, а выход 41 системы управления соединен с входным разъемом 8 СВЧ-устройства. Вход 42 системы управления присоединен к выходу внешнего источника опорного напряжения 43 (в состав устройства не входит). Система управления содержит детектор уровня выходного СВЧ-сигнала 44, выход которого присоединен к первому входу схемы сравнения 45. Второй вход схемы сравнения является и входом 42 системы управления. Выход схемы сравнения присоединен к управляющему входу аттенюатора 46. СВЧ-вход 38 и СВЧ-выход 41 аттенюатора являются СВЧ-входом и СВЧ-выходом системы управления. In FIG. 3, the proposed microwave device is used as an amplifier for microwave signals. In this case, the control system 11 of the input 38 is connected to the source of the amplified microwave signal 39 (the latter is not included in the proposed microwave device), by the input 40 it is connected to the output connector 9, and the output 41 of the control system is connected to the input connector 8 of the microwave device . The input 42 of the control system is connected to the output of an external voltage reference source 43 (not included in the device). The control system includes a detector level of the output microwave signal 44, the output of which is connected to the first input of the comparison circuit 45. The second input of the comparison circuit is also an input 42 of the control system. The output of the comparison circuit is connected to the control input of the attenuator 46. The microwave input 38 and the microwave output 41 of the attenuator are the microwave input and microwave output of the control system.

При работе предлагаемого устройства энергия (напряжение) от сети переменного тока через первичные обмотки 35 37 поступает на трансформатор 1 системы питания, а с крайних выводов фазных вторичных обмоток которого (позиции 12, 13, 21, 22, 25, 26) на выводы катодов 3 (позиции 14, 15, 29, 31, 33, 35); одновременно выводы обмоток питания подогревателей (позиции 16, 17, 20, 23, 24, 27) соединены с выводами подогревателей катодов 4 (позиции 18, 19, 28, 30, 32, 34). Катоды поочередно в течение 1/6 периода колебаний в сети эмитируют электронные потоки с максимумом интенсивности вдоль осей эмиссии, из которых (потоков) формируются электронные лучи 6 (далее в тесте луч) с помощью устройств формирования и сопровождения электронных лучей, и лучи проходят в электродинамическую систему 7, где взаимодействуют с созданными в электродинамической системе полями; результатом этого взаимодействия является полезный эффект генерирование или усиление СВЧ-сигнала и передача его на выходной разъем 9. Состав и конструкция электродинамической системы определяется конкретными требованиями к СВЧ-устройству и его параметрам. В разных вариантах это и резонаторы, как в клистроне или клистроде, или замедляющая система, как в ЛБВ, и др. Как было сказано ранее, напряжения на катодах составляют шестифазную систему. Протекание тока через каждый катод возможно только при наличии на нем отрицательного относительно коллектора напряжения. Как видно из фиг. 2, отрицательное напряжение в разные моменты времени присутствует одновременно на двух или трех катодах, при этом мгновенное значение отрицательного напряжения (далее в тексте напряжение) на катодной системе (на одном из катодов) всегда не меньше 0,86 Um, т.е. по крайней мере один из катодов в любой момент времени имеет режим, соответствующий оптимальному для получения номинальной мощности на выходе при высоком КПД. Этому соответствует заштрихованная зона на фиг. 2. При низких напряжениях на катодах снижение выходной мощности и КПД происходит в большей степени, чем снижение напряжения. Для уменьшения потерь путем исключения работы катодов при низких напряжениях в пространство между катодами 3 и электродинамической системой 7 введены дополнительные электроды 5, на которые подано от источника 2 отрицательное относительно коллектора 10 напряжение для запирания тока катодов при низких напряжениях Ukk. Величина напряжения, при котором появляется ток катода, выбрана по приведенному выше условию, исходя из двух предпосылок: обеспечение непрерывности тока через катодную систему в целом и возможно большие напряжения на катоде при протекании через него тока. Пульсации напряжения на катодах 3 катодной системы в пределах от 0,866 Um до Um приводят к модуляции уровня выходного СВЧ-сигнала (выходной мощности). Для устранения этого недостатка в предлагаемое устройство введена система управления 11. При работе устройства как генератор СВЧ-сигнал с выходного разъема 9 поступает на вход системы управления 11, которая изменяет уровень СВЧ-сигнала, поступающего с нее на входной разъем 8 таким образом, чтобы уровень выходного СВЧ-сигнала на разъеме 9 оставался неизменным несмотря на наличие пульсаций напряжения на катодах. Пример реализации системы управления представлен на фиг. 3.During the operation of the proposed device, the energy (voltage) from the AC network through the primary windings 35 37 is supplied to the transformer 1 of the power system, and from the extreme terminals of the phase secondary windings of which (positions 12, 13, 21, 22, 25, 26) to the conclusions of the cathodes 3 (positions 14, 15, 29, 31, 33, 35); at the same time, the leads of the power windings of the heaters (positions 16, 17, 20, 23, 24, 27) are connected to the leads of the heaters of the cathodes 4 (positions 18, 19, 28, 30, 32, 34). The cathodes alternately during the 1/6 period of oscillations in the network emit electron streams with a maximum intensity along the emission axes, from which (rays) electron beams 6 are formed (hereinafter referred to as the beam) with the help of devices for generating and tracking electron beams, and the rays pass into the electrodynamic system 7, where they interact with the fields created in the electrodynamic system; the result of this interaction is the beneficial effect of generating or amplifying a microwave signal and transmitting it to the output connector 9. The composition and design of the electrodynamic system is determined by the specific requirements for the microwave device and its parameters. In different versions, these are resonators, as in a klystron or klystrode, or a moderating system, as in the TWT, etc. As mentioned earlier, the voltage at the cathodes constitutes a six-phase system. The flow of current through each cathode is possible only if there is a voltage negative relative to the collector. As can be seen from FIG. 2, the negative voltage at different points in time is present simultaneously on two or three cathodes, while the instantaneous value of the negative voltage (hereinafter referred to as voltage) on the cathode system (on one of the cathodes) is always not less than 0.86 U m , i.e. at least one of the cathodes at any time has a mode corresponding to the optimal one for obtaining the rated output power at high efficiency. This corresponds to the shaded area in FIG. 2. At low voltages at the cathodes, a decrease in output power and efficiency occurs to a greater extent than a decrease in voltage. To reduce losses by eliminating the operation of the cathodes at low voltages, additional electrodes 5 are introduced into the space between the cathodes 3 and the electrodynamic system 7, to which a voltage negative relative to the collector 10 is supplied from the source 2 to block the cathode current at low voltages U kk . The voltage value at which the cathode current appears is selected according to the above condition, based on two prerequisites: ensuring the continuity of current through the cathode system as a whole and possibly high voltages on the cathode when current flows through it. Voltage ripples at the cathodes 3 of the cathode system ranging from 0.866 U m to U m lead to modulation of the level of the output microwave signal (output power). To eliminate this drawback, the proposed device has a control system 11. When the device is operating as a generator, the microwave signal from the output connector 9 is fed to the input of the control system 11, which changes the level of the microwave signal coming from it to the input connector 8 so that the level the output microwave signal at connector 9 remained unchanged despite the presence of voltage ripples at the cathodes. An example implementation of the control system is shown in FIG. 3.

На фиг. 3 представлена функциональная схема СВЧ-устройства при использовании его как усилитель СВЧ-сигналов. В этом случае с выходного разъема 9 СВЧ-устройства на вход 40 системы управления 11 поступает СВЧ-сигнал. Вход 40 системы управления является и входом детектора уровня СВЧ-сигнала 44. Информация об уровня СВЧ-сигнала с выхода детектора 44 в виде постоянного или медленно меняющегося напряжения поступает на первый вход схемы сравнения 45. На вход 42 системы управления, он же второй вход схемы сравнения, поступает сигнал в виде напряжения от источника опорного напряжения 43. С выхода схемы сравнения усиленная разность напряжений на входах поступает на управляющий вход управляемого аттенюатора СВЧ-сигнала 46. Аттенюатор 46 в зависимости от напряжения на его управляющем входе изменяет степень ослабления подведенного к его входу 38 СВЧ-сигнала от внешнего источника 39 на своем выходе 41 и на входном разъеме 8 таким образом, чтобы уровень выходного СВЧ-сигнала оставался постоянным при постоянном опорном напряжении или изменялся по закону изменения опорного напряжения (при условии частота изменения опорного напряжения намного меньше частоты выходного СВЧ-сигнала). In FIG. 3 shows a functional diagram of a microwave device when used as an amplifier of microwave signals. In this case, the microwave signal is input from the output connector 9 of the microwave device to the input 40 of the control system 11. The input 40 of the control system is also the input of the detector of the microwave signal level 44. Information about the level of the microwave signal from the output of the detector 44 in the form of a constant or slowly changing voltage is supplied to the first input of the comparison circuit 45. At the input 42 of the control system, it is the second input of the circuit comparison, a signal in the form of voltage from the reference voltage source 43. From the output of the comparison circuit, the amplified voltage difference at the inputs goes to the control input of the controlled attenuator of the microwave signal 46. The attenuator 46 depending on the voltage its control input changes the degree of attenuation of the microwave signal supplied to its input 38 from an external source 39 at its output 41 and at the input connector 8 so that the level of the microwave output signal remains constant at a constant reference voltage or changes according to the law of a change in the reference voltage ( provided the frequency of the reference voltage is much less than the frequency of the output microwave signal).

Таким образом, предложенное СВЧ-устройство характеризуется:
высокой эффективностью использования энергии сети переменного тока;
высоким КПД (до 70 80%);
малым размахом пульсаций (ниже 0,5%);
возможностью амплитудной модуляции уровня выходного СВЧ-сигнала;
увеличенной долговечностью катода ориентировочно в 5 6 раз;
снижением требований к устройствам фокусировки и сопровождения электронного луча;
высокой выходной СВЧ-мощностью устройства в целом.
Thus, the proposed microwave device is characterized by:
high efficiency of using AC power;
high efficiency (up to 70 80%);
small range of pulsations (below 0.5%);
the possibility of amplitude modulation of the level of the output microwave signal;
increased cathode life by approximately 5–6 times;
reducing requirements for focusing and tracking of the electron beam;
high output microwave power of the device as a whole.

Claims (5)

1. Электронно-лучевое СВЧ-устройство, содержащее катодную, электродинамическую с входным и выходным СВЧ-разъемами и коллекторную системы с трансформаторной системой питания от сети переменного тока, вторичные обмотки которой крайними отводами присоединены к выводам секционированного электрода, а отводами от середины к общему электроду и земле, отличающееся тем, что оно выполнено многолучевым за счет выполнения катодной системы в виде изолированных друг от друга лучеобразующих катодов с числом, кратным шести, которая является секционированным электродом СВЧ-устройства, трансформаторная система питания выполнена трехфазной, а общим электродом устройства является коллекторная система, образованная объединенными в единый блок коллекторами лучей, в пространство между катодами и электродинамической системой введены дополнительные электроды, соединенные с отрицательным выводом источника напряжения, положительный вывод которого присоединен к коллектору, введена система управления уровнем выходного сигнала, входом которой служит вход детектора уровня СВЧ-сигнала, соединенный с выходным СВЧ-разъемом, выход детектора присоединен к первому входу схемы сравнения, присоединенной вторым входом к выходу источника опорного напряжения, а выходом к входу управления аттенюатора СВЧ-сигнала, вход которого соединен с внешним источником СВЧ-сигнала, а выход с входным разъемом СВЧ-устройства. 1. An electron-beam microwave device comprising a cathodic, electrodynamic device with an input and output microwave connectors and a collector system with a transformer power supply system from an alternating current network, the secondary windings of which are attached to the terminals of the sectioned electrode by the extreme taps, and taps from the middle to the common electrode and earth, characterized in that it is made multipath due to the implementation of the cathode system in the form of isolated from each other beam-forming cathodes with a number multiple of six, which is sectional As a built-in electrode of a microwave device, the transformer power supply system is three-phase, and the common electrode of the device is a collector system formed by collectors of beams integrated into a single unit, additional electrodes are introduced into the space between the cathodes and the electrodynamic system, connected to the negative terminal of the voltage source, the positive terminal of which is connected to the collector, an output level control system has been introduced, the input of which is the input of the microwave signal level detector, with dy ned with the output microwave connector, the detector output is connected to the first input of the comparison circuit connected by the second input to the output of the reference voltage source, and by the output to the control input of the attenuator of the microwave signal, the input of which is connected to an external source of the microwave signal, and the output with the input connector Microwave devices. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лучеобразующие катоды расположены на прямой, а оси эмиссии катодов лежат в одной плоскости перпендикулярно этой прямой. 2. The device according to claim 1, characterized in that the beam-forming cathodes are located on a straight line, and the emission axis of the cathodes lie in the same plane perpendicular to this straight line. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лучеобразующие катоды расположены по окружности, а оси эмиссии катодов расположены параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости, содержащей окружность. 2. The device according to claim 1, characterized in that the beam-forming cathodes are located around the circumference, and the emission axis of the cathodes are parallel to each other and perpendicular to the plane containing the circle. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лучеобразующие катоды расположены по окружности в одной плоскости, при этом оси эмиссии лежат в той же плоскости звездообразно по направлению центра окружности вдоль ее радиусов, образуя многолучевую радиальную структуру. 4. The device according to claim 1, characterized in that the beam-forming cathodes are located on a circle in the same plane, while the emission axis lie in the same plane star-shaped in the direction of the center of the circle along its radii, forming a multi-beam radial structure. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что лучеобразующие катоды расположены по нескольким концентрическим окружностям с расположением рядов на разных уровнях и многолучевая радиальная структура выполнена многорядной с расположением рядов на разных уровнях. 5. The device according to claim 4, characterized in that the beam-forming cathodes are arranged in several concentric circles with the arrangement of rows at different levels and the multi-beam radial structure is multi-row with the arrangement of rows at different levels.
RU93037773A 1993-07-22 1993-07-22 Electron-beam microwave instrument RU2073283C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93037773A RU2073283C1 (en) 1993-07-22 1993-07-22 Electron-beam microwave instrument

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93037773A RU2073283C1 (en) 1993-07-22 1993-07-22 Electron-beam microwave instrument

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93037773A RU93037773A (en) 1996-10-10
RU2073283C1 true RU2073283C1 (en) 1997-02-10

Family

ID=20145485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93037773A RU2073283C1 (en) 1993-07-22 1993-07-22 Electron-beam microwave instrument

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2073283C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449467C1 (en) * 2011-04-26 2012-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Super-power microwave device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Пильников Ю.Н. и др. Электроника сверхвысоких частот, Радио и связь.- М.: 1981. 2. Патент США N 3172006, кл. 315-8.30, 1965. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449467C1 (en) * 2011-04-26 2012-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Super-power microwave device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5321222A (en) Variable frequency microwave furnace system
US4306174A (en) Radio wave generator for ultra-high frequencies
US6737916B2 (en) RF amplifier system having improved power supply
Lee et al. The design and performance of a 150-MW klystron at S band
EP0134167A2 (en) High voltage isolation transformer
US6111358A (en) System and method for recovering power from a traveling wave tube
Goebel et al. Development of linear traveling wave tubes for telecommunications applications
US6507152B2 (en) Microwave/DC cyclotron wave converter having decreased magnetic field
RU2073283C1 (en) Electron-beam microwave instrument
JPH0158685B2 (en)
US5541391A (en) Microwave oven employing a klyston
US2152035A (en) Wave generation and modulation
KR0140461B1 (en) Microwawe oven
US3982152A (en) Cascade crossed field device
JP3492915B2 (en) Efficient highly linear traveling wave tube
RU2119691C1 (en) Cyclotron converter of microwave power
RU93037773A (en) ELECTRON BEAM MICROWAVE DEVICE
Dohler et al. Peniotron oscillator operating performance
RU2391739C1 (en) Method for generation of microwave oscillations and device for its realisation (versions)
KR100582716B1 (en) Pulse transformer of high-voltage power supply for driving traveling-wave tube
US5894502A (en) High-frequency voltage generator for an X-ray tube
US6911789B2 (en) Power supply for a hot-filament cathode
CA2224965A1 (en) Microwave frequency energy generating apparatus provided with a voltage converting means
US4413208A (en) High gain crossed field amplifier tube and radio transmission system equipped with such a tube
JP3276994B2 (en) Power supply for gyrotron