RU2291514C1 - Multiple-electrode collector of o-type device - Google Patents

Multiple-electrode collector of o-type device Download PDF

Info

Publication number
RU2291514C1
RU2291514C1 RU2005122534/09A RU2005122534A RU2291514C1 RU 2291514 C1 RU2291514 C1 RU 2291514C1 RU 2005122534/09 A RU2005122534/09 A RU 2005122534/09A RU 2005122534 A RU2005122534 A RU 2005122534A RU 2291514 C1 RU2291514 C1 RU 2291514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
collector
cylinders
electrodes
transverse
electrons
Prior art date
Application number
RU2005122534/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Олегович Семенов (RU)
Сергей Олегович Семенов
Владимир Игоревич Роговин (RU)
Владимир Игоревич Роговин
Андрей Борисович Данилов (RU)
Андрей Борисович Данилов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (ФГУП "НПП "Алмаз")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (ФГУП "НПП "Алмаз") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (ФГУП "НПП "Алмаз")
Priority to RU2005122534/09A priority Critical patent/RU2291514C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2291514C1 publication Critical patent/RU2291514C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: microwave electronic devices including collectors of microwave traveling-wave tubes or klystrons.
SUBSTANCE: proposed collector has case one of whose parts is used as pre-collector, insulators, and electrodes incorporating transverse electric field producing devices disposed between electrodes and made in the form of semi-cylinders. Lengths L1 L2 of the latter are interrelated with transverse dimension d of cavity enclosed by semi-cylinders by expressions 0.1 ≤ L1/d and L2/d ≤ 0.4. There is also device for producing magnetic field oriented along collector axis. Cavities of electrodes connected to semi-cylinders have their transverse dimensions exceeding transverse dimension d. Semi-cylinders may be enclosed by cylindrical bushing.
EFFECT: enhanced efficiency, critical power, reliability, and service life of device.
3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к коллекторам в лампах бегущей волны О-типа или клистронах, в которых применяется рекуперация кинетической энергии отработавших электронов.The invention relates to microwave microwave devices, in particular to collectors in O-type traveling wave tubes or klystrons, which use the recovery of the kinetic energy of the spent electrons.

В большинстве применяемых сегодня конструкций коллекторов для уменьшения обратного потока электронов из коллектора, а также для предотвращения попадания обратных электронов в пролетный канал приборов, что приводит к снижению КПД, увеличению тепловой нагрузки на замедляющую систему, самовозбуждению, снижению надежности и долговечности, применяются несимметричные электрические и магнитные поля (см. Роговин В.И., Семенов С.О. Коллекторы с рекуперацией для ЛБВО и клистронов: Обзоры по электронной технике. Сер.1, Электроника СВЧ. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1986. - вып.4(1167). - 70 с.).In the majority of collector designs used today, in order to reduce the backward flow of electrons from the collector, as well as to prevent the return of electrons into the span channel of devices, which leads to a decrease in efficiency, an increase in the thermal load on the retarding system, self-excitation, and a decrease in reliability and durability, asymmetric magnetic fields (see Rogovin V.I., Semenov S.O. Collectors with recovery for LBVO and klystrons: Reviews on electronic technology. Ser. 1, Microwave electronics. - M. CRI El Electronics ”, 1986. - issue 4 (1167). - 70 p.).

Несимметричные электрические поля создаются путем применения несимметричной конструкции электродов с различными потенциалами, несимметричные магнитные поля - с помощью несимметричных магнитотвердых и магнитомягких материалов.Asymmetric electric fields are created by using an asymmetric design of electrodes with different potentials, asymmetric magnetic fields using asymmetric hard magnetic and soft materials.

Примером такой конструкции является коллектор, в котором несимметричным элементом является полуцилиндр, являющийся продолжением токоприемного электрода, а поперечное оси прибора электрическое поле возникает между названным полуцилиндром и предколлектором, являющимся частью корпуса прибора, имеющими различные потенциалы (В.Е.Гинзбург, С.В.Лебединский, А.К.Михалев, В.Т.Овчаров. Коллектор электронного прибора СВЧ. А.С. СССР, №271661, заявлено 30.12.1967, опубликовано 12.02.1971). Таким образом, поперечное электрическое поле расположено во входной области одноступенчатого коллектора и служит для предотвращения попадания обратных электронов в пролетный канал прибора. Недостатком предложенной конструкции является, прежде всего, расположение области с поперечным электрическим полем на входе в коллектор. Отклоняющиеся от оси под действием поперечного поля медленные электроны оседают во входной части коллектора, а вылетевшие вторичные электроны попадают в ускоряющее электрическое поле и выходят из коллектора и оседают на предколлектор, снижая КПД прибора. Также способствует выходу вторичных электронов из коллектора и равенство диаметров входного отверстия и полости токоприемного электрода. Кроме того, наличие поперечного электрического поля на входе в коллектор приводит к существенно несимметричному оседанию электронов на поверхность коллектора и несимметричному распределению тепловой нагрузки, что усложняет систему охлаждения коллектора.An example of such a design is a collector in which a half-cylinder, which is a continuation of the current-receiving electrode, is an asymmetric element, and an electric field transverse to the axis of the device arises between the said half-cylinder and the pre-collector, which is part of the device’s body, having different potentials (V.E. Ginzburg, S.V. Lebedinsky, A.K.Mikhalev, V.T. Ovcharov, Collector of an electronic microwave device, A.S. USSR, No. 271661, claimed December 30, 1967, published February 12, 1971). Thus, the transverse electric field is located in the input region of the one-stage collector and serves to prevent the return of electrons into the passage channel of the device. The disadvantage of the proposed design is, first of all, the location of the area with a transverse electric field at the entrance to the collector. Slow electrons deviating from the axis under the action of the transverse field are deposited in the input part of the collector, and the emitted secondary electrons enter the accelerating electric field and exit the collector and settle on the pre-collector, reducing the efficiency of the device. Also contributes to the exit of secondary electrons from the collector and the equality of the diameters of the inlet and the cavity of the current-receiving electrode. In addition, the presence of a transverse electric field at the entrance to the collector leads to a substantially asymmetric deposition of electrons on the collector surface and an asymmetric distribution of the heat load, which complicates the collector cooling system.

Известен коллектор, в котором для увеличения КПД токоприемный электрод разделен на два электрода с различными и пониженными относительно предколлектора потенциалами (Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ, 1972, №11, с.56). Коллектор имеет те же отмеченные выше недостатки. Помимо этого, т.к. область с поперечным электрическим полем расположена во входной области коллектора - между предколлектором и первым электродом с пониженным потенциалом, за счет отклоняющего действия поперечного поля уменьшается ток на второй электрод коллектора с более низким потенциалом, что ведет к снижению КПД коллектора.A known collector in which to increase the efficiency of the current-receiving electrode is divided into two electrodes with different and lower potentials relative to the pre-collector (Electronic Engineering. Series 1. Microwave Electronics, 1972, No. 11, p. 56). The collector has the same drawbacks noted above. In addition, since a region with a transverse electric field is located in the input region of the collector - between the pre-collector and the first electrode with a reduced potential, due to the deflecting action of the transverse field, the current to the second collector electrode with a lower potential decreases, which reduces the collector efficiency.

Известна также конструкция многоступенчатого коллектора, описанная в пат. 3202863, США, С1. 315-5.38, Crossed field collector, D.A.Dunn, P.A.Sturrock, заявл. 19.09.1960, опубл. 24.08.1965. В этой конструкции электроды коллектора, предназначенные для сбора электронов, представляют из себя набор полуцилиндров, изолированных друг от друга и расположенных на противоположных сторонах оси прибора. В объеме между полуцилиндрами создаются скрещенные поперечные оси прибора электрическое и магнитное поля. Для электронов прямого направления электрическая и магнитная сила компенсируют друг друга, а для обратных электронов эти силы складываются и отклоняют электроны от оси, препятствуя выходу из коллектора.The multi-stage manifold design described in US Pat. 3202863, USA, C1. 315-5.38, Crossed field collector, D.A. Dunn, P.A. Sturrock, claimed. 09/19/1960, publ. 08/24/1965. In this design, the collector electrodes for collecting electrons are a set of half cylinders isolated from each other and located on opposite sides of the axis of the device. In the volume between the half-cylinders, the crossed transverse axes of the device create electric and magnetic fields. For direct electrons, the electric and magnetic forces cancel each other, and for reverse electrons, these forces add up and deflect the electrons from the axis, preventing them from exiting the collector.

Основным недостатком такой конструкции является использование полуцилиндров для сбора электронов. Такой коллектор нельзя применять в мощных приборах, так как отдельные полуцилиндры должны размещаться каждый на своем изоляторе и такая конструкция имеет ограниченную теплорассеивающую способность. Помимо этого, при оседании первичных электронов на полуцилиндры будут образовываться вторичные электроны, которые будут улетать из-за их взаимного расположения на полуцилиндры с большим потенциалом, существенно понижая эффективность коллектора.The main disadvantage of this design is the use of half cylinders for collecting electrons. Such a collector cannot be used in high-power devices, since individual half-cylinders must each be placed on their own insulator and this design has limited heat dissipation ability. In addition, during the deposition of primary electrons on the half-cylinders, secondary electrons will form, which will fly away due to their mutual arrangement on the half-cylinders with high potential, significantly reducing the collector efficiency.

Приведенный на рис.10 указанного патента США №3202863 вариант конструкции коллектора наиболее близок к заявляемому решению. Эта конструкция выбрана в качестве прототипа.The collector design variant shown in Fig. 10 of the indicated US patent No. 3202863 is closest to the claimed solution. This design is selected as a prototype.

Коллектор состоит из двух электродов: предколлектора, являющегося частью корпуса прибора, и токоприемного электрода под пониженным относительно корпуса потенциалом. Соединенные с названными электродами два полуцилиндра охватывают электронный пучок и создают в области между электродами поперечное электрическое поле. Внешнее устройство создает в области полуцилиндров также поперечное оси коллектора и электрическому полю магнитное поле. Для электронов прямого направления электрическая и магнитная сила компенсируют друг друга, а для обратных электронов - эти силы складываются и отклоняют электроны от оси, препятствуя выходу из коллектора. Для сбора электронов применен специальный электрод с пониженным потенциалом, который может иметь эффективную систему охлаждения.The collector consists of two electrodes: a pre-collector, which is part of the device body, and a current-collecting electrode under a potential lower than the body. Two half-cylinders connected to these electrodes enclose an electron beam and create a transverse electric field in the region between the electrodes. The external device also creates a magnetic field transverse to the collector axis and the electric field in the region of the half-cylinders. For direct electrons, the electric and magnetic forces cancel each other, and for reverse electrons, these forces add up and deflect the electrons from the axis, preventing them from exiting the collector. To collect electrons, a special electrode with a reduced potential is used, which can have an effective cooling system.

Рассмотренная конструкция коллектора имеет следующие недостатки: действующая на электроны отклоняющая сила электрического поля полуцилиндров, расположенных в области между предколлектором и коллектором, уравновешивается отклоняющей силой магнитного поля только для электронов определенной энергии, электроны с другими энергиями отклоняются от оси, что приводит к существенно неравномерному распределению токооседания и тепловой нагрузки по поверхности коллектора. Применение для дальнейшего повышения КПД дополнительных электродов с пониженными потенциалами, расположенных за названным токоприемным электродом, окажется неэффективным из-за отклонения электронов от оси на входе в коллектор и, как следствие, уменьшения тока на дополнительные электроды. Кроме того, электронные пучки в мощных приборах СВЧ имеют большой первеанс и быстро расходятся под действием собственного пространственного заряда. В указанной конструкции коллектора не предусмотрены меры по дополнительной фокусировке пучка в области коллектора, что также приводит к уменьшению тока на дополнительные электроды и КПД прибора.The considered collector design has the following disadvantages: the deflecting force of the electric field on the electrons of the semicylinders located in the region between the pre-collector and the collector is balanced by the deflecting force of the magnetic field only for electrons of a certain energy, the electrons with other energies deviate from the axis, which leads to a substantially uneven distribution of the current deposition and heat load on the surface of the collector. The use of additional electrodes with reduced potentials located behind the current-collecting electrode to further increase the efficiency will be ineffective due to the deviation of the electrons from the axis at the input to the collector and, as a result, a decrease in the current to the additional electrodes. In addition, electron beams in high-power microwave devices have a large perveance and quickly diverge under the influence of their own space charge. In the indicated design of the collector, no measures are provided for additional focusing of the beam in the collector region, which also leads to a decrease in the current to additional electrodes and the efficiency of the device.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение КПД прибора, повышение его предельной мощности, надежности и долговечности за счет улучшения токопрохождения на электроды с низким потенциалом, уменьшения обратного потока вторичных и отраженных электронов из коллектора и улучшения теплорассеивающей способности коллектора.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the device, increase its ultimate power, reliability and durability by improving the current flow to the electrodes with low potential, reducing the return flow of secondary and reflected electrons from the collector and improving the heat dissipation ability of the collector.

Поставленная задача решается следующим образом: в коллекторе электровакуумного СВЧ прибора O-типа, содержащем корпус, электрод с полостью для пролета электронов, имеющий пониженный относительно корпуса потенциал, по крайней мере одно устройство для создания поперечного оси прибора электрического поля, выполненное в виде двух полуцилиндров, имеющих различные потенциалы и расположенных на противоположных сторонах от оси, и устройство для создания магнитного поля, включающее постоянные магниты, содержатся один или несколько дополнительных электродов с полостью для пролета электронов и с пониженным относительно корпуса потенциалом, а устройство для создания поперечного электрического поля расположено между электродами, причем каждый из полуцилиндров электрически соединен с одним из электродов, длины полуцилиндров L1, L2 связаны с поперечным размером охватываемой полуцилиндрами полости d соотношением 0,1≤L1/d, L2/d≤0,4, а постоянные магниты имеют компоненту магнитного поля, ориентированную вдоль оси прибора.The problem is solved as follows: in the collector of an O-type microwave electronic device containing a housing, an electrode with a cavity for the passage of electrons, having a potential lower relative to the housing, at least one device for creating the transverse axis of the electric field device, made in the form of two half cylinders, having different potentials and located on opposite sides of the axis, and a device for creating a magnetic field, including permanent magnets, contains one or more additional electrodes with a cavity for the passage of electrons and with a reduced potential relative to the housing, and a device for creating a transverse electric field is located between the electrodes, each of the half-cylinders being electrically connected to one of the electrodes, the lengths of the half-cylinders L 1 , L 2 are connected with the transverse size of the cavity covered by the half-cylinders d with a ratio of 0.1 L L 1 / d, L 2 / d 0 0.4, and the permanent magnets have a magnetic field component oriented along the axis of the device.

Помимо этого полости электродов, соединенных с полуцилиндрами, имеют поперечные размеры, превышающие поперечный размер d.In addition, the cavity of the electrodes connected to the half-cylinders have transverse dimensions exceeding the transverse dimension d.

Помимо этого полуцилиндры могут быть охвачены цилиндрической втулкой, электрически соединенной с одним из полуцилиндров. Основными отличительными признаками предлагаемого коллектора являются:In addition, the half-cylinders can be covered by a cylindrical sleeve electrically connected to one of the half-cylinders. The main distinguishing features of the proposed collector are:

- расположение устройства для создания поперечного электрического поля между электродами коллектора, имеющими пониженный относительно корпуса потенциал, при этом полуцилиндры электрически соединены каждый со своим электродом и имеют различные потенциалы,- the location of the device to create a transverse electric field between the electrodes of the collector having a lower potential relative to the housing, while the half-cylinders are each electrically connected to their electrode and have different potentials,

- длина полуцилиндров L1, L2 связана с поперечным размером d соотношением 0,1≤L1/d, L2/d≤0,4,- the length of the half cylinders L 1 , L 2 is associated with a transverse dimension d of the ratio of 0.1≤L 1 / d, L 2 / d≤0,4,

- постоянные магниты устройства для создания магнитного поля имеют компоненту магнитного поля, ориентированную вдоль оси прибора.- the permanent magnets of the device for creating a magnetic field have a magnetic field component oriented along the axis of the device.

Дополнительными отличительными признаками являются:Additional distinguishing features are:

- полости электродов, соединенных с полуцилиндрами, имеют поперечные размеры, превышающие поперечный размер d, являющийся фактически размером входного и выходного отверстия электродов,- the cavity of the electrodes connected to the half-cylinders have transverse dimensions greater than the transverse dimension d, which is actually the size of the inlet and outlet of the electrodes,

- наличие дополнительной цилиндрической втулки, охватывающей полуцилиндры и электрически соединенной с одним из полуцилиндров.- the presence of an additional cylindrical sleeve covering the half-cylinders and electrically connected to one of the half-cylinders.

Благодаря наличию совокупности признаков уменьшается обратный поток электронов из коллектора, увеличивается КПД прибора, его предельная мощность, повышается надежность и долговечность.Due to the presence of a combination of features, the reverse flow of electrons from the collector decreases, the efficiency of the device increases, its ultimate power increases, and reliability and durability increase.

Изготовление коллекторов предложенной конструкции может быть осуществлено известными методами на стандартном оборудовании.The manufacture of the collectors of the proposed design can be carried out by known methods on standard equipment.

На фиг.1, 2 изображены варианты конструкций коллекторов, реализующие предлагаемое техническое решение.Figure 1, 2 shows the designs of collectors that implement the proposed technical solution.

Коллектор содержит корпус 1, часть 2 которого служит предколлектором, изоляторы 3, электроды 4 с устройствами для создания поперечного электрического поля, состоящими из двух полуцилиндров 5, устройство 6 для создания магнитного поля, дополнительную цилиндрическую втулку 7. Распределение компоненты магнитного поля, создаваемой постоянными магнитами устройства 6 и ориентированной вдоль оси прибора, обозначено цифрой 8.The collector includes a housing 1, part 2 of which serves as a pre-collector, insulators 3, electrodes 4 with devices for creating a transverse electric field, consisting of two half-cylinders 5, a device 6 for creating a magnetic field, an additional cylindrical sleeve 7. Distribution of the magnetic field component generated by permanent magnets device 6 and oriented along the axis of the device, is indicated by the number 8.

На фиг.3 показана конфигурация двухэлектродного коллектора, имеющего предколлектор и два электрода с пониженными относительно предколлектора потенциалами, рассчитанные по компьютерной программе (Журавлева В.Д., Роговин В.И., Семенов С.О. Расчет трехмерных электронно-оптических систем электровакуумных СВЧ-приборов от катода до коллектора // Актуальные проблемы электронного приборостроения: Материалы междунар. науч.-техн. конф. Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та. 1998, С.187-189) траектории первичных и вторичных электронов и распределение продольной компоненты магнитного поля 9 в области коллектора.Figure 3 shows the configuration of a two-electrode collector having a pre-collector and two electrodes with reduced potentials relative to the pre-collector, calculated by a computer program (Zhuravleva V.D., Rogovin V.I., Semenov S.O. Calculation of three-dimensional electron-optical microwave vacuum systems devices from the cathode to the collector // Actual problems of electronic instrumentation: Materials of the international scientific and technical conference Saratov: Publishing house of the Sarat. state technical university. 1998, S.187-189) trajectories of primary and secondary electron distribution component of the magnetic field 9 in the field of the collector.

На фиг.4, 5 представлены расчетные зависимости относительных величин: потребляемой мощности Рпотр., обратного тока электронов из коллектора на замедляющую систему и предколлектор Iзс, токов на электроды в зависимости от отношения L/d. При расчетах длины полуцилиндров L1 и L2 выбирались одинаковыми.Figures 4 and 5 show the calculated dependences of the relative values: power consumption Rpotr., Reverse current of electrons from the collector to the decelerating system and pre-collector Ic, currents to the electrodes depending on the ratio L / d. When calculating the lengths of the half cylinders L 1 and L 2 were chosen the same.

Для создания магнитного поля в области коллектора с продольной компонентой магнитного поля устройство для создания магнитного поля может содержать, например, аксиально или радиально-намагниченные кольцевые магниты (фиг.6а) или наборы призматических магнитов (фиг.6б).To create a magnetic field in the area of the collector with a longitudinal component of the magnetic field, the device for creating a magnetic field may contain, for example, axially or radially magnetized ring magnets (figa) or sets of prismatic magnets (fig.6b).

Коллектор работает следующим образом. При влете электронного пучка в коллектор наиболее медленные электроны оседают в начальной и средней части первого электрода 4. Часть не осевших медленных и быстрые электроны фокусируются продольной составляющей магнитного поля 8 и попадают в тормозящую электростатическую линзу между первым и вторым электродами. Медленные электроны не могут пройти во второй электрод, отражаются от линзы и возвращаются назад. За счет действия поперечного электростатического поля, создаваемого полуцилиндрами 5 с различными потенциалами, они получают дополнительную поперечную скорость, отклоняются от оси и оседают в первом электроде коллектора. Быстрые электроны проходят во второй электрод 4 и оседают в нем. Вторичные электроны из второго электрода, движущиеся ко входу коллектора при прохождении электростатической линзы между электродами, также получают дополнительную поперечную скорость и оседают в первом электроде. В рассмотренной конструкции коллектора разделены в пространстве на области сортировки электронов по энергиям (электростатические линзы между электродами) и области оседания электронов на поверхность электродов, где образуются вторичные электроны. Большая часть пучка оседает на протяженные, хорошо охлаждаемые электроды 4. Ускоряющее электрическое поле, которое вытягивает вторичные электроны из электродов и заставляет их двигаться ко входу коллектора, существует лишь во входной части электродов, где оседание мало и мало число ускорившихся вторичных электронов. Таким образом, применение устройства из двух полуцилиндров для создания поперечного электрического поля между электродами коллектора позволяет осадить почти весь обратный поток отраженных и вторичных электронов внутри коллектора и достигнуть величин КПД, близких предельным. Достижение максимума КПД означает одновременно и минимизацию тепловой нагрузки на коллектор, увеличивая надежность и долговечность прибора. Поперечное электрическое поле между полуцилиндрами 5 отклоняет и быстрые, и медленные электроны в одну сторону и далее поток электронов расходится под действием собственного пространственного заряда, поэтому по сравнению с прототипом распределение токооседания и тепловой нагрузки по поверхности электродов будет более равномерным.The collector works as follows. When an electron beam enters the collector, the slowest electrons are deposited in the initial and middle parts of the first electrode 4. Some of the not settled slow and fast electrons are focused by the longitudinal component of the magnetic field 8 and fall into the braking electrostatic lens between the first and second electrodes. Slow electrons cannot pass into the second electrode, are reflected from the lens and come back. Due to the action of the transverse electrostatic field created by the semi-cylinders 5 with different potentials, they receive an additional transverse velocity, deviate from the axis and settle in the first electrode of the collector. Fast electrons pass into the second electrode 4 and settle in it. Secondary electrons from the second electrode, moving to the collector input during the passage of the electrostatic lens between the electrodes, also receive additional lateral velocity and are deposited in the first electrode. In the considered construction design, the collectors are divided in space into areas of electron energy sorting (electrostatic lenses between electrodes) and areas of electron deposition on the surface of electrodes where secondary electrons are formed. Most of the beam is deposited on extended, well-cooled electrodes 4. An accelerating electric field that pulls secondary electrons from the electrodes and makes them move to the collector input exists only in the input part of the electrodes, where deposition is small and the number of accelerated secondary electrons is small. Thus, the use of a device of two half-cylinders to create a transverse electric field between the electrodes of the collector allows one to precipitate almost the entire reverse flow of reflected and secondary electrons inside the collector and to achieve efficiency values close to the limiting ones. Achieving maximum efficiency also means minimizing the thermal load on the collector, increasing the reliability and durability of the device. The transverse electric field between the half-cylinders 5 deflects both fast and slow electrons in one direction and then the electron flow diverges under the influence of its own space charge, therefore, in comparison with the prototype, the distribution of current deposition and thermal load on the surface of the electrodes will be more uniform.

Продольная составляющая магнитного поля 8 позволяет сфокусировать электронный пучок на входе в следующий электрод коллектора и обеспечить хорошее прохождение пучка на электроды с низким потенциалом и обеспечить максимальный КПД прибора. За счет фокусировки пучка оседание на электроды в области электростатических линз, в частности на полуцилиндры, незначительно, и потери в КПД за счет влияния вторичной эмиссии также малы. В отсутствие фокусирующего магнитного поля ток второго электрода мал и прирост КПД за счет его применения незначителен.The longitudinal component of the magnetic field 8 allows you to focus the electron beam at the entrance to the next collector electrode and to ensure good beam passage to electrodes with low potential and to ensure maximum efficiency of the device. Due to the focusing of the beam, the deposition on the electrodes in the field of electrostatic lenses, in particular on the half-cylinders, is insignificant, and the losses in efficiency due to the influence of secondary emission are also small. In the absence of a focusing magnetic field, the current of the second electrode is small and the increase in efficiency due to its application is negligible.

Аналогичным образом работает и коллектор с большим числом электродов.A collector with a large number of electrodes works in a similar way.

Проведенные расчеты позволили выбрать указанное выше соотношение между длиной полуцилиндров и поперечным размером охватываемой ими области. Применение в коллекторе полуцилиндров с соотношением L/d вне указанного выше интервала приводит к возрастанию потребляемой мощности и уменьшению КПД прибора, причем при меньших соотношениях L/d за счет уменьшения длины полуцилиндров уменьшается величина отклонения отраженных от линзы и вылетающих из второго электрода вторичных электронов, возрастает обратный поток электронов из коллектора и увеличивается потребляемая мощность Рпотр., КПД коллектора и прибора уменьшается (фиг.4, 5). При больших значениях L/d - потребляемая мощность увеличится, а КПД уменьшится из-за уменьшения тока на ступени с низким потенциалом, что связано с отклоняющим действием сильного поперечного электрического поля.The calculations made it possible to choose the above ratio between the length of the half-cylinders and the transverse size of the area covered by them. The use of half-cylinders with a L / d ratio outside the above interval in the collector leads to an increase in power consumption and a decrease in the efficiency of the device, and at lower L / d ratios, due to a decrease in the length of the half-cylinders, the deviation of the secondary electrons reflected from the lens and emitted from the second electrode increases the reverse flow of electrons from the collector and the power consumption Rpotr increases. The efficiency of the collector and the device decreases (Fig. 4, 5). At large values of L / d, the power consumption will increase, and the efficiency will decrease due to a decrease in current at low potential stages, which is associated with the deflecting action of a strong transverse electric field.

Длины полуцилиндров обычно выбираются близкими по величине, тогда достигается максимальный положительный эффект от их применения, но по конструктивным соображениям могут и отличаться, оставаясь в указанных выше пределах.The lengths of the half-cylinders are usually chosen close in magnitude, then the maximum positive effect from their application is achieved, but for structural reasons they may differ, remaining within the above limits.

Число пар полуцилиндров в многоэлектродном коллекторе может изменяться от одной до N-1, где N - число электродов, в зависимости от параметров прибора и применяемого в нем электронного пучка, особенностей применения и т.д.The number of pairs of half-cylinders in a multi-electrode collector can vary from one to N-1, where N is the number of electrodes, depending on the parameters of the device and the electron beam used in it, application features, etc.

Увеличение поперечного размера полости электрода D по сравнению с поперечным размером d, который обычно является и поперечным размером входного отверстия электрода, позволяет уменьшить выход из полости электрода вторичных электронов, что увеличивает КПД прибора, а также за счет развития внутренней поверхности электрода снизить удельную тепловую нагрузку, уменьшить температуру электрода и увеличить надежность и долговечность коллектора и прибора.An increase in the transverse size of the electrode cavity D as compared to the transverse size d, which is usually also the transverse size of the electrode inlet, reduces the exit of secondary electrons from the electrode cavity, which increases the efficiency of the device, and also due to the development of the inner surface of the electrode, reduce the specific heat load, reduce the temperature of the electrode and increase the reliability and durability of the collector and device.

Применение охватывающей полуцилиндры дополнительной втулки позволяет практически полностью устранить выход электронов через зазоры между полуцилиндрами, попадание их на керамические изоляторы и накапливание на их поверхности зарядов, что может привести к пробоям изоляторов. Таким образом, применение втулки повысит надежность и долговечность коллектора и прибора в целом.The use of an additional sleeve covering the semicylinders allows eliminating almost completely the electron exit through the gaps between the semicylinders, their contact with ceramic insulators and the accumulation of charges on their surface, which can lead to breakdowns of insulators. Thus, the use of the sleeve will increase the reliability and durability of the collector and the device as a whole.

Claims (3)

1. Коллектор электровакуумного СВЧ-прибора О-типа, содержащий корпус, электрод с полостью для пролета электронов, имеющий пониженный относительно корпуса потенциал, по крайней мере, одно устройство для создания поперечного оси прибора электрического поля, выполненное в виде двух полуцилиндров, имеющих различные потенциалы и расположенных на противоположных сторонах от оси, и устройство для создания магнитного поля, включающее постоянные магниты, отличающийся тем, что коллектор содержит один или несколько дополнительных электродов с полостью для пролета электронов и имеющих пониженный относительно корпуса потенциал, а устройство для создания поперечного электрического поля расположено между электродами, причем каждый из полуцилиндров электрически соединен с одним из электродов, длины полуцилиндров L1, L2 связаны с поперечным размером охватываемой полуцилиндрами полости d соотношением 0,1≤L1/d; L2/d≤0,4, a постоянные магниты имеют компоненту магнитного поля, ориентированную вдоль оси прибора.1. The collector of an O-type microwave electric vacuum device, comprising a housing, an electrode with a cavity for the passage of electrons, having a potential lower than the housing, at least one device for creating the transverse axis of the electric field device, made in the form of two half-cylinders having different potentials and located on opposite sides of the axis, and a device for creating a magnetic field, including permanent magnets, characterized in that the collector contains one or more additional electrodes with cavity for the passage of electrons and having a potential lower relative to the housing, and a device for creating a transverse electric field is located between the electrodes, each of the half-cylinders being electrically connected to one of the electrodes, the lengths of the half-cylinders L 1 , L 2 are connected with the transverse dimension of the cavity d covered by the half-cylinders, by the ratio 0 , 1≤L 1 / d; L 2 / d≤0.4, a permanent magnets have a magnetic field component oriented along the axis of the device. 2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что полости электродов, соединенных с полуцилиндрами, имеют поперечные размеры, превышающие поперечный размер d.2. The collector according to claim 1, characterized in that the cavity of the electrodes connected to the half-cylinders have transverse dimensions greater than the transverse dimension d. 3. Коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что полуцилиндры охвачены цилиндрической втулкой, электрически соединенной с одним из полуцилиндров.3. The collector according to claim 1 or 2, characterized in that the half-cylinders are covered by a cylindrical sleeve electrically connected to one of the half-cylinders.
RU2005122534/09A 2005-07-15 2005-07-15 Multiple-electrode collector of o-type device RU2291514C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005122534/09A RU2291514C1 (en) 2005-07-15 2005-07-15 Multiple-electrode collector of o-type device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005122534/09A RU2291514C1 (en) 2005-07-15 2005-07-15 Multiple-electrode collector of o-type device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2291514C1 true RU2291514C1 (en) 2007-01-10

Family

ID=37761365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005122534/09A RU2291514C1 (en) 2005-07-15 2005-07-15 Multiple-electrode collector of o-type device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2291514C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518165C2 (en) * 2012-08-23 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) Collector for o-type microwave vacuum-tube device
RU213234U1 (en) * 2022-02-14 2022-08-30 Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") Collector node of a powerful microwave device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518165C2 (en) * 2012-08-23 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) Collector for o-type microwave vacuum-tube device
RU213234U1 (en) * 2022-02-14 2022-08-30 Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") Collector node of a powerful microwave device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5780970A (en) Multi-stage depressed collector for small orbit gyrotrons
EP0110504B1 (en) Beam direct converter
US4794303A (en) Axisymmetric electron collector with off-axis beam injection
US2853641A (en) Electron beam and wave energy interaction device
US4096409A (en) Multistage depressed collector
US6462474B1 (en) Grooved multi-stage depressed collector for secondary electron suppression
US6617791B2 (en) Inductive output tube with multi-staged depressed collector having improved efficiency
US5461282A (en) Advanced center post electron gun
US5420478A (en) Depressed collector for sorting radial energy level of a gyrating electron beam
RU2291514C1 (en) Multiple-electrode collector of o-type device
US4398122A (en) Multistage depressed collector for microwave tube
EP0055452A2 (en) Neutral beam injector
CN111146049A (en) Small ion source of carbon nano tube field emission cathode
EP0975002B1 (en) Transverse field collector
CN111916322B (en) Multistage depressed collector with deflecting magnetic field
JPH06162938A (en) Electron collector
RU2240626C1 (en) O-type device collector (alternatives)
RU2518165C2 (en) Collector for o-type microwave vacuum-tube device
JP2703612B2 (en) Microwave tube with reduced collector potential
Wang et al. A non-axisymmetric structure multistage depressed collector for sheet beam VEDs
US3526805A (en) Microwave electron tube device
JP3022504B2 (en) Self-biased collector for linear electron beam microwave tubes.
JPS624999Y2 (en)
RU2081473C1 (en) O-type device
Xavier et al. A DC design of an X-band traveling-wave tube

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20120614

PD4A Correction of name of patent owner