RU2349983C1

RU2349983C1 - Microwave power emitter (versions)

Info

Publication number: RU2349983C1
Application number: RU2007134870/09A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Петрович Щелкунов (RU); Геннадий Петрович Щелкунов; Игорь Михайлович Олихов (RU); Игорь Михайлович Олихов; Дмитрий Михайлович Петров (RU); Дмитрий Михайлович Петров
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Гамма" (ЗАО "НПП "Гамма")
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-03-20

Abstract

FIELD: physics; electricity.

SUBSTANCE: invention refers to electronic engineering, specifically to microwave power emitters based on microwave electronic devices and can be used in long-range systems, ultra-long-range space communication. The first version of the invention covers microwave power emitter containing coaxial quarter-wave cavity resonator, microwave tetrode including electron gun and radial anode arranged in evacuated cavity section between inner conductor and the first end cavity walls, capacitive coupling component of inner and outer cavity conductors designed as toroid-shape nozzle coaxially surrounding radial anode of microwave tetrode, microwave power output as coaxial line segment. Inner cavity conductor is separated from inner conductor of coaxial line of microwave power output and the second end cavity wall with high-frequency gap. The second, third and fourth versions of the invention imply that microwave power emitter is based on half-wave coaxial cavity resonator.

EFFECT: higher output pulse capacity and performance of microwave power emitter, its reliability and durability, design simplification, reduced weight and downsizing.

23 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к излучателям СВЧ-энергии, выполненным на основе электровакуумных СВЧ-приборов, и может быть использовано в системах дальней связи, включая сверхдальнюю космическую связь.The invention relates to electronic equipment, in particular to microwave energy emitters made on the basis of microwave electric devices, and can be used in long-distance communication systems, including ultra-long-distance space communication.

Известен электровакуумный СВЧ-прибор типа клистрод, содержащий источник СВЧ-колебаний в виде однолучевого СВЧ-триода, активный объемный тороидальный резонатор с двумя однолучевыми пролетными трубами, коллектор и вывод СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии, связанной с активным объемным резонатором с помощью петли связи, подсоединенной к боковой стенке резонатора [1]. Для обеспечения возможности работы СВЧ-прибора необходимо, чтобы сформированный в нем электронный поток прошел через высокочастотный (ВЧ) зазор объемного тороидального резонатора и вступил во взаимодействие с СВЧ-полем. Электронный поток, проходя через тороидальный резонатор, значительно нагружает его, что приводит к снижению собственной добротности резонатора, которая составляет порядка 2000. При этом наведенное электронными сгустками напряжение ВЧ-зазора, образованного торцами пролетных труб, не может превышать удвоенной величины ускоряющего напряжения, что ограничивает выходную мощность СВЧ-прибора. Повышение выходной мощности в этом случае можно осуществить только за счет значительного увеличения ускоряющего напряжения, но это требует использования громоздких источников питания, что существенно усложняет аппаратуру, в которую входит СВЧ-прибор. Наличие в СВЧ-приборе протяженного пролетного канала требует использования в нем магнитной фокусирующей системы, что приводит к усложнению конструкции СВЧ-прибора, к значительному увеличению его массы и габаритов, а также в случае использования электромагнитов приводит к увеличению потребляемой мощности, что снижает общий КПД СВЧ-прибора. Рассеяние в коллекторе неиспользованной энергии электронного потока также снижает КПД СВЧ-прибора. Использование в качестве источника СВЧ-колебаний однолучевого СВЧ-триода с плоской сеткой приводит к ограничению выходной мощности прибора, так как при подаче на такую сетку значительных по величине напряжений происходит провисание сетки в результате тепловой деформации, а при малой величине межэлектродного зазора между катодом и сеткой может произойти закорачивание сетки с катодом, что снижает надежность прибора. СВЧ-прибор предназначен для работы на частоте 100 МГц и обеспечивает мощность порядка 1 кВт.Known electrovacuum microwave device of the type klystrode, containing a source of microwave oscillations in the form of a single-beam microwave triode, an active volumetric toroidal resonator with two single-beam span tubes, a collector and output of microwave energy in the form of a segment of a coaxial line connected to the active volume resonator using a loop communication connected to the side wall of the resonator [1]. To enable the microwave device to work, it is necessary that the electron stream formed in it passes through the high-frequency (RF) gap of the volume toroidal resonator and interacts with the microwave field. The electron flux passing through the toroidal resonator significantly loads it, which leads to a decrease in the intrinsic Q factor of the resonator, which is of the order of 2000. In this case, the voltage of the rf gap induced by the ends of the tubes induced by electron bunches cannot exceed twice the accelerating voltage, which limits microwave power output. An increase in the output power in this case can be achieved only by significantly increasing the accelerating voltage, but this requires the use of bulky power sources, which significantly complicates the equipment, which includes the microwave device. The presence in the microwave device of an extended passage channel requires the use of a magnetic focusing system in it, which complicates the design of the microwave device, significantly increases its mass and dimensions, and if electromagnets are used, it increases the power consumption, which reduces the overall microwave efficiency device. The scattering in the collector of unused energy of the electron stream also reduces the efficiency of the microwave device. The use of a single-beam microwave triode with a flat grid as a source of microwave oscillations limits the output power of the device, since when applying significant voltages to such a grid, the grid sags due to thermal deformation, and with a small interelectrode gap between the cathode and the grid shorting of the grid with the cathode may occur, which reduces the reliability of the device. The microwave device is designed to operate at a frequency of 100 MHz and provides a power of about 1 kW.

Прототипом изобретения является излучатель СВЧ-энергии, представляющий собой электровакуумный СВЧ-прибор, содержащий источник СВЧ-колебаний в виде многолучевого СВЧ-триода, активный объемный тороидальный резонатор с многолучевыми пролетными трубами, связанный с внешним пассивным резонатором, коллектор и вывод СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии, связанной с пассивным резонатором с помощью петли связи, подсоединенной к торцевой стенке этого резонатора [2]. Для фокусировки парциальных электронных пучков в пролетных каналах СВЧ-прибора он снабжен электромагнитами.The prototype of the invention is a microwave energy emitter, which is an electric vacuum microwave device containing a microwave source in the form of a multipath microwave triode, an active volumetric toroidal resonator with multipath span tubes, connected to an external passive resonator, a collector and output of microwave energy in the form segment of a coaxial line connected with a passive resonator using a coupling loop connected to the end wall of this resonator [2]. To focus the partial electron beams in the passage channels of the microwave device, it is equipped with electromagnets.

Использование многолучевой конструкции позволяет получить в излучателе СВЧ-энергии более высокие токи и, следовательно, более высокую выходную мощность прибора. Излучатель СВЧ-энергии работает на частотах 200-800 МГц с выходной мощностью до 60 кВт. При этом наличие в многолучевом СВЧ-триоде нескольких плоских сеток малых размеров (вместо одной сетки большого диаметра) уменьшает возможность провисания этих сеток и позволяет подавать на них более высокое ускоряющее напряжение, чем в однолучевом СВЧ-триоде.The use of a multipath design allows to obtain higher currents in the microwave energy emitter and, therefore, a higher output power of the device. The microwave energy emitter operates at frequencies of 200-800 MHz with an output power of up to 60 kW. In this case, the presence in the multipath microwave triode of several flat grids of small sizes (instead of one grid of large diameter) reduces the possibility of sagging of these grids and allows applying a higher accelerating voltage to them than in the single-beam microwave triode.

Однако при создании более мощных СВЧ-приборов, требующих подачи существенно больших ускоряющих напряжений, может произойти закорачивание сеток на катоды, что снижает надежность СВЧ-прибора. Кроме того, в прототипе (так же, как и в аналоге) электронные пучки проходят через объемный резонатор внутри протяженных пролетных каналов и для фокусировки таких пучков требуется применение массивной и громоздкой магнитной фокусирующей системы, что существенно усложняет конструкцию СВЧ-прибора. Использование в качестве магнитной фокусирующей системы электромагнитов снижает общий КПД СВЧ-прибора. Потери мощности в коллекторе в результате рассеяния в нем неиспользованных электронов также снижают КПД СВЧ-прибора.However, when creating more powerful microwave devices that require supplying significantly higher accelerating voltages, shorting of the grids to the cathodes can occur, which reduces the reliability of the microwave device. In addition, in the prototype (as well as in the analogue), electron beams pass through a volume resonator inside extended passage channels and the focusing of such beams requires the use of a massive and bulky magnetic focusing system, which significantly complicates the design of the microwave device. The use of electromagnets as the magnetic focusing system reduces the overall efficiency of the microwave device. The power loss in the collector as a result of the scattering of unused electrons in it also reduces the efficiency of the microwave device.

В таком СВЧ-приборе величина наведенного электронными сгустками напряжения ВЧ-зазора также не может превышать удвоенной величины ускоряющего напряжения, а следовательно, невозможно обеспечить высокую выходную мощность без использования сложных и громоздких источников питания.In such a microwave device, the magnitude of the voltage induced by electronic clots of the RF gap can also not exceed twice the value of the accelerating voltage, and therefore it is impossible to provide high output power without the use of complex and bulky power sources.

Задачей изобретения является создание компактной высокоэнергетичной с высоким КПД и повышенной устойчивостью к пробоям конструкции излучателя СВЧ-энергии, обладающей повышенной надежностью и долговечностью, пригодной для промышленного производства и эксплуатации.The objective of the invention is to provide a compact high-energy with high efficiency and increased resistance to breakdowns of the design of the microwave energy emitter, which has increased reliability and durability, suitable for industrial production and operation.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет повысить выходную импульсную мощность и КПД излучателя СВЧ-энергии, упростить его конструкцию, снизить массу и габариты, а также повысить его надежность и долговечность.Compared with the prototype of the present invention allows to increase the output pulse power and efficiency of the emitter of microwave energy, simplify its design, reduce weight and dimensions, as well as increase its reliability and durability.

В первом варианте изобретения предлагается излучатель СВЧ-энергии, содержащий источник СВЧ-колебаний, объемный резонатор и вывод СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии, при этом объемный резонатор выполнен в виде высокодобротного четвертьволнового коаксиального резонатора, внешний проводник и снабженный торцевыми стенками полый внутренний проводник которого вакуумно-плотно соединены с размещенным между ними опорным диэлектрическим изолятором, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде СВЧ-тетрода, содержащего электронную пушку и коаксиально окружающий ее радиальный анод, размещенные в вакуумированной части резонатора между внутренним проводником и первой торцевой стенкой резонатора и соосно с ним, причем внутренний проводник резонатора соединен с радиальным анодом, в полости резонатора также размещен элемент емкостной связи внутреннего и внешнего проводников резонатора, выполненный в виде полой проводящей торообразной насадки, коаксиально окружающей радиальный анод, при этом установленный снаружи резонатора и соосно с ним внешний проводник коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии соединен герметично со второй торцевой стенкой резонатора, а внутренний проводник коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии выполнен с расширением на конце, обращенном в сторону электронной пушки СВЧ-тетрода, при этом внутренний проводник резонатора отделен от внутреннего проводника коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии и второй торцевой стенки резонатора высокочастотным зазором.In a first embodiment of the invention, there is provided a microwave energy emitter comprising a microwave source, a cavity resonator and a microwave energy output in the form of a segment of a coaxial line, wherein the cavity resonator is made in the form of a high-quality quarter-wave coaxial resonator, an external conductor and a hollow inner conductor provided with end walls which is vacuum-tightly connected to the supporting dielectric insulator located between them, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing an electron gun and a radial anode coaxially surrounding it, placed in and coaxial with the inner part of the resonator between the inner conductor and the first end wall of the resonator, the inner conductor of the resonator being connected to the radial anode, and the capacitive coupling element of the inner and outer resonator conductors is also located in the cavity in the form of a hollow conductive toroidal nozzle, coaxially surrounding the radial anode, while mounted on the outside of the resonator and coaxially aligned with the external conductor the microwave energy output line is sealed to the second end wall of the resonator, and the inner conductor of the coaxial microwave energy output line is expanded at the end facing the electron gun of the microwave tetrode, while the inner resonator conductor is separated from the inner conductor of the microwave coaxial output line -energy and the second end wall of the cavity with a high-frequency gap.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии обращенная в сторону вывода СВЧ-энергии торцевая стенка внутреннего проводника резонатора закрывает торец этого проводника полностью или частично.In the proposed emitter of microwave energy, the end wall of the inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy closes the end of this conductor in whole or in part.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии обращенный в сторону электронной пушки СВЧ-тетрода торец внутреннего проводника коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии расположен в плоскости, совпадающей с плоскостью внутренней поверхности второй торцевой стенки резонатора.In the proposed microwave energy emitter, the end face of the internal conductor of the coaxial microwave energy output line facing the electron gun of the microwave tetrode is located in a plane coinciding with the plane of the inner surface of the second end wall of the resonator.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии опорный диэлектрический изолятор выполнен в виде расположенного соосно с резонатором полого усеченного конуса, большее основание которого обращено в сторону электронной пушки СВЧ-тетрода.In the proposed microwave energy emitter, the reference dielectric insulator is made in the form of a hollow truncated cone located coaxially with the resonator, the larger base of which faces the electron gun of the microwave tetrode.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии с внешней стороны радиального анода размещены рубашки охлаждения.In the proposed emitter of microwave energy from the outer side of the radial anode placed cooling jacket.

Использование в качестве источника СВЧ-колебаний СВЧ-тетрода позволяет возбудить СВЧ-колебания с большой амплитудой электрического поля в ВЧ-зазоре, отделяющем внутренний проводник четвертьволнового коаксиального резонатора (который изолирован от внешнего проводника резонатора с помощью опорного диэлектрического изолятора) от внутреннего проводника коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии и второй торцевой стенки резонатора (вблизи места подсоединения к ней внешнего проводника коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии). При этом напряжение ВЧ-зазора в 20-40 раз превышает ускоряющее напряжение СВЧ-тетрода. Это обусловлено высокой добротностью коаксиального резонатора, которая составляет порядка 4000 и выше. Так при ускоряющем импульсном напряжении СВЧ-тетрода порядка 15-20 кВ амплитуда напряжения СВЧ-поля в ВЧ-зазоре коаксиального резонатора может составлять 300-600 кВ на частоте порядка 300 МГц. Кроме того, использованный в изобретении высокодобротный четвертьволновой коаксиальный резонатор позволяет увеличить величину ВЧ-зазора и, следовательно, повысить устойчивость к электрическим пробоям.The use of a microwave tetrode as a source of microwave oscillations makes it possible to excite microwave oscillations with a large amplitude of the electric field in the RF gap separating the inner conductor of the quarter-wave coaxial resonator (which is isolated from the outer conductor of the resonator by means of a reference dielectric insulator) from the inner conductor of the coaxial output line Microwave energy and the second end wall of the resonator (near the point where the external conductor of the coaxial microwave energy output line is connected to it). The voltage of the RF gap is 20-40 times higher than the accelerating voltage of the microwave tetrode. This is due to the high quality factor of the coaxial resonator, which is of the order of 4000 and higher. So, with an accelerating pulse voltage of a microwave tetrode of the order of 15-20 kV, the amplitude of the microwave field voltage in the RF gap of the coaxial resonator can be 300-600 kV at a frequency of about 300 MHz. In addition, the high-quality quarter-wave coaxial resonator used in the invention makes it possible to increase the value of the RF gap and, therefore, increase the resistance to electrical breakdowns.

Радиальная конструкция СВЧ-тетрода позволяет иметь увеличенную площадь катода, следовательно, с него можно снимать увеличенный ток и обеспечить более высокую мощность СВЧ-тетрода и излучателя СВЧ-энергии в целом. Радиальная конструкция обеспечивает также минимальные тепловые деформации сетки СВЧ-тетрода, в результате чего она практически не закорачивается на катод при высоких ускоряющих напряжениях, что повышает надежность конструкции. СВЧ-тетрод имеет дополнительную (экранную) сетку, которая защищает катод от пробоев и перегорания, что увеличивает его долговечность. Соединение радиального анода СВЧ-тетрода с внутренним проводником коаксиального резонатора позволяет обеспечить высокую теплопроводность этого узла, на котором происходит основное выделение тепла, и обеспечить эффективное охлаждение его с помощью жидкости, подаваемой в рубашки охлаждения, размещенные с внешней стороны радиального анода. Это дает возможность использовать в излучателе СВЧ-энергии более мощный СВЧ-тетрод.The radial design of the microwave tetrode allows you to have an increased cathode area, therefore, it is possible to remove the increased current from it and provide a higher power of the microwave tetrode and the microwave energy emitter as a whole. The radial design also provides minimal thermal deformations of the microwave tetrode grid, as a result of which it practically does not short to the cathode at high accelerating voltages, which increases the reliability of the structure. The microwave tetrode has an additional (screen) grid that protects the cathode from breakdowns and burnout, which increases its durability. The connection of the radial anode of the microwave tetrode with the inner conductor of the coaxial resonator makes it possible to ensure high thermal conductivity of this unit, on which the main heat is generated, and to ensure its effective cooling with the help of the liquid supplied to the cooling jackets placed on the outside of the radial anode. This makes it possible to use a more powerful microwave tetrode in the microwave energy emitter.

В предлагаемом изобретении использован емкостной тип связи коаксиального резонатора с источником СВЧ-колебаний. Для этого используют элемент емкостной связи внутреннего и внешнего проводников коаксиального резонатора, выполненный в виде полой проводящей торообразной насадки, которая коаксиально окружает радиальный анод и электрически соединена с ним. Использование емкостного типа связи обеспечивает незначительное снижение добротности коаксиального резонатора и вследствие этого обеспечивает возможность получения больших амплитуд электрического поля в ВЧ-зазоре коаксиального резонатора и высокой выходной импульсной СВЧ-мощности.In the present invention, a capacitive type of coupling of a coaxial resonator with a microwave source is used. To do this, use the capacitive coupling element of the internal and external conductors of the coaxial resonator, made in the form of a hollow conductive toroidal nozzle, which coaxially surrounds the radial anode and is electrically connected to it. The use of capacitive coupling provides a slight decrease in the quality factor of the coaxial resonator and, as a result, provides the possibility of obtaining large amplitudes of the electric field in the RF gap of the coaxial resonator and high output pulsed microwave power.

Использование в предлагаемом изобретении вывода СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии обеспечивает удобство подсоединения коаксиального резонатора к внешнему СВЧ-тракту и измерения выходной мощности излучателя. Выполнение внутреннего проводника коаксиальной линии с расширением на конце обеспечивает равномерное распределение электрического поля в ВЧ-зазоре. В изобретении использован емкостной тип связи коаксиального резонатора с выводом СВЧ-энергии, которая также мало влияет на добротность резонатора и величину амплитуды электрического поля в ВЧ-зазоре, в результате чего обеспечивается высокая эффективность передачи СВЧ-энергии от коаксиального резонатора к внешней нагрузке, а следовательно, и высокая выходная СВЧ мощность.The use of the output of microwave energy in the form of a segment of a coaxial line in the present invention provides the convenience of connecting a coaxial resonator to an external microwave path and measuring the output power of the emitter. The implementation of the inner conductor of the coaxial line with the extension at the end provides a uniform distribution of the electric field in the RF gap. The invention uses a capacitive type of coupling of the coaxial resonator with the output of microwave energy, which also has little effect on the quality factor of the resonator and the magnitude of the amplitude of the electric field in the RF gap, as a result of which a high efficiency of transmission of microwave energy from the coaxial resonator to an external load is provided, and therefore , and high output microwave power.

В предлагаемом изобретении электронные пучки не проходят через ВЧ-зазор коаксиального резонатора, поэтому в такой конструкции отсутствует фокусирующая магнитная система, а также коллектор, что упрощает конструкцию излучателя СВЧ-энергии, делает ее более компактной с меньшей массой и габаритами, а также повышает его общий КПД.In the present invention, the electron beams do not pass through the RF gap of the coaxial resonator, therefore, in this design there is no focusing magnetic system, as well as a collector, which simplifies the design of the microwave energy emitter, makes it more compact with less mass and dimensions, and also increases its overall Efficiency.

При конструировании предлагаемого излучателя СВЧ-энергии можно менять площадь обращенной в сторону вывода СВЧ-энергии торцевой стенки внутреннего проводника коаксиального резонатора, что позволяет подбирать необходимую величину емкостной связи между этим проводником и второй торцевой стенкой резонатора, а также внутренним проводником коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии.When designing the proposed microwave energy emitter, it is possible to change the area of the end wall of the inner conductor of the coaxial resonator facing the output of microwave energy, which makes it possible to select the required value of capacitive coupling between this conductor and the second end wall of the resonator, as well as the inner conductor of the coaxial microwave energy output line .

Расположение обращенного в сторону электронной пушки торца внутреннего проводника коаксиальной линии в плоскости, совпадающей с плоскостью внутренней поверхности второй торцевой стенки коаксиального резонатора, позволяет обеспечить однородное СВЧ-поле в ВЧ-зазоре резонатора.The location of the end face of the inner conductor of the coaxial line facing the electron gun in a plane coinciding with the plane of the inner surface of the second end wall of the coaxial resonator allows a uniform microwave field in the RF gap of the resonator.

Размещенный в полости коаксиального резонатора и вакуумно-плотно соединенный с его внешним и внутренним проводниками опорный диэлектрический изолятор из вакуумно-плотной керамики выполняет одновременно несколько функций: обеспечивает подачу на радиальный анод СВЧ-тетрода потенциала, отличного от потенциала внешнего проводника резонатора; является элементом крепления внутреннего проводника резонатора и радиального анода с торообразной насадкой к внешнему проводнику резонатора; а также является окном связи между вакуумированной частью коаксиального резонатора (ограниченной первой торцевой стенкой резонатора, опорным диэлектрическим изолятором, размещенным между ними участком внешнего проводника резонатора и подсоединенным к опорному диэлектрическому изолятору со стороны электронной пушки участком внутреннего проводника резонатора) и остальной частью резонатора (которая в зависимости от заданного уровня мощности может быть заполнена воздухом при атмосферном давлении или сухим азотом с давлением до шести атмосфер либо может быть также вакуумирована). Конусная форма опорного диэлектрического изолятора увеличивает его механическую жесткость и позволяет, во-первых, удалить внутренний проводник резонатора от внешнего проводника на достаточное расстояние, обеспечивающее требуемую электрическую прочность, во-вторых, предотвратить возможность возникновения скользящего электрического разряда по поверхности изолятора, что характерно для изоляторов, выполненных, например, в виде шайбы или цилиндра.The reference dielectric insulator made of vacuum-tight ceramics located in the cavity of a coaxial resonator and vacuum-tightly connected with its external and internal conductors simultaneously performs several functions: it provides a potential different from the potential of the external conductor of the resonator to the radial anode of the microwave tetrode; is an element of fastening of the inner conductor of the resonator and the radial anode with a toroidal nozzle to the outer conductor of the resonator; and it is also a communication window between the evacuated part of the coaxial resonator (bounded by the first end wall of the resonator, the reference dielectric insulator, the portion of the outer conductor of the resonator placed between them and the portion of the inner conductor of the resonator connected to the reference dielectric from the electron gun side) and the rest of the resonator (which depending on a given power level, it can be filled with air at atmospheric pressure or with dry nitrogen with a pressure of up to six atmospheres or can also be evacuated). The conical shape of the supporting dielectric insulator increases its mechanical rigidity and allows, firstly, to remove the inner conductor of the resonator from the external conductor by a sufficient distance providing the required electrical strength, and secondly, to prevent the possibility of a sliding electric discharge on the surface of the insulator, which is typical for insulators made, for example, in the form of a washer or cylinder.

Необходимая для работы СВЧ-тетрода величина вакуума в вакуумированной части резонатора может поддерживаться, например, с помощью миниатюрного насоса, встроенного в торцевую стенку резонатора или во внешний проводник резонатора. При необходимости реставрации излучателя СВЧ-энергии (например, в случае выхода из строя СВЧ-тетрода) можно легко отсоединять друг от друга его вакуумированную и невакуумированную части, разместив в месте их сочленения фланцевые соединения.The vacuum required for the operation of the microwave tetrode in the evacuated part of the resonator can be maintained, for example, using a miniature pump built into the end wall of the resonator or into the external conductor of the resonator. If it is necessary to restore the microwave energy emitter (for example, in case of failure of the microwave tetrode), its evacuated and non-evacuated parts can be easily disconnected from each other by placing flange joints at the junction.

Во втором варианте изобретения предлагается излучатель СВЧ-энергии, содержащий источник СВЧ-колебаний, объемный резонатор и вывод СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии, при этом объемный резонатор выполнен в виде высокодобротного полуволнового коаксиального резонатора, первый и второй полые внутренние проводники которого расположены соосно и отделены друг от друга высокочастотным зазором, при этом внешний проводник и снабженный торцевыми стенками первый внутренний проводник резонатора вакуумно-плотно соединены с размещенным между ними опорным диэлектрическим изолятором, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде СВЧ-тетрода, содержащего электронную пушку и коаксиально окружающий ее радиальный анод, размещенные в вакуумированной части резонатора между первым внутренним проводником и первой торцевой стенкой резонатора и соосно с ним, причем первый внутренний проводник резонатора соединен с радиальным анодом, основание второго внутреннего проводника резонатора соединено со второй торцевой стенкой резонатора, в полости резонатора также размещен элемент емкостной связи первого внутреннего и внешнего проводников резонатора, выполненный в виде полой проводящей торообразной насадки, коаксиально окружающей радиальный анод, при этом установленный снаружи резонатора и соосно с ним внешний проводник коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии соединен герметично со второй торцевой стенкой резонатора, а внутренний проводник коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии введен в полость второго внутреннего проводника резонатора и выполнен с расширением на конце, обращенном в сторону электронной пушки СВЧ-тетрода, причем обращенные в сторону электронной пушки торцы внутреннего проводника коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии и второго внутреннего проводника резонатора расположены в одной плоскости.In a second embodiment of the invention, there is provided a microwave energy emitter comprising a microwave source, a volume resonator, and outputting microwave energy in the form of a segment of a coaxial line, the volume resonator being made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, the first and second hollow internal conductors of which are aligned and separated from each other by a high-frequency gap, while the outer conductor and the first inner conductor of the resonator provided with end walls are vacuum-tightly connected to the m between them is a reference dielectric insulator, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing an electron gun and a radial anode coaxially surrounding it, placed in the vacuum part of the resonator between the first inner conductor and the first end wall of the resonator and coaxially with it, the first inner the resonator conductor is connected to the radial anode, the base of the second inner resonator conductor is connected to the second end wall of the resonator, a capacitance element is also placed in the cavity of the resonator the remaining connection of the first internal and external conductors of the resonator, made in the form of a hollow conductive toroidal nozzle, coaxially surrounding the radial anode, while mounted on the outside of the resonator and coaxially with it, the outer conductor of the coaxial microwave energy output line is connected hermetically to the second end wall of the resonator, and the inner conductor a coaxial output line of microwave energy is introduced into the cavity of the second inner conductor of the resonator and is made with the extension at the end facing the electron gun microwave the electrode, and the ends of the inner conductor of the coaxial microwave energy output line and the second resonator inner conductor facing the electron gun are located in the same plane.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии обращенная в сторону вывода СВЧ-энергии торцевая стенка первого внутреннего проводника резонатора закрывает торец этого проводника полностью или частично.In the proposed microwave energy emitter, the end wall of the first inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy closes the end of this conductor in whole or in part.

Во втором варианте изобретения объемный резонатор выполнен в виде высокодобротного полуволнового коаксиального резонатора, что позволяет удвоить (по сравнению с первым вариантом изобретения) амплитуду электрического поля в ВЧ-зазоре коаксиального резонатора и повысить выходную мощность излучателя СВЧ-энергии. Собственная добротность такого резонатора составляет порядка 4000 и выше.In the second embodiment of the invention, the cavity resonator is made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, which allows one to double (compared with the first embodiment of the invention) the electric field amplitude in the RF gap of the coaxial resonator and increase the output power of the microwave energy emitter. The intrinsic Q factor of such a resonator is about 4000 and higher.

Электронная пушка и радиальный анод СВЧ-тетрода размещены в вакуумированной части резонатора, ограниченной первой торцевой стенкой резонатора, опорным диэлектрическим изолятором (выполненным из вакуумно-плотной керамики), размещенным между ними участком внешнего проводника резонатора и подсоединенным к опорному диэлектрическому изолятору со стороны электронной пушки участком первого внутреннего проводника резонатора.The electron gun and the radial anode of the microwave tetrode are placed in the evacuated part of the resonator bounded by the first end wall of the resonator, a reference dielectric insulator (made of vacuum-tight ceramic), a portion of the external resonator conductor placed between them and a portion connected to the reference dielectric insulator from the side of the electron gun the first inner conductor of the resonator.

В этом варианте изобретения использован элемент емкостной связи первого внутреннего проводника и внешнего проводника коаксиального резонатора, выполненный в виде полой проводящей торообразной насадки. Это обеспечивает возможность получения больших амплитуд электрического поля в ВЧ-зазоре коаксиального резонатора и высокой выходной импульсной СВЧ-мощности излучателя СВЧ-энергии.In this embodiment of the invention, a capacitive coupling element of the first inner conductor and the outer conductor of the coaxial resonator is used, made in the form of a hollow conductive toroidal nozzle. This makes it possible to obtain large amplitudes of the electric field in the RF gap of the coaxial resonator and high output pulsed microwave power of the microwave energy emitter.

В этом варианте изобретения также использован вывод СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии, что обеспечивает удобство подсоединения резонатора к внешнему СВЧ-тракту и измерения выходной мощности излучателя СВЧ-энергии. При этом внутренний проводник коаксиальной линии расположен внутри второго внутреннего проводника коаксиального резонатора и выполнен с расширением на конце, что обеспечивает емкостную связь первого внутреннего проводника коаксиального резонатора с выводом СВЧ-энергии, а также однородное электрическое поле в ВЧ-зазоре.In this embodiment, the output of microwave energy in the form of a segment of a coaxial line is also used, which provides the convenience of connecting the resonator to an external microwave path and measuring the output power of the microwave energy emitter. In this case, the inner conductor of the coaxial line is located inside the second inner conductor of the coaxial resonator and is expanded at the end, which provides capacitive coupling of the first inner conductor of the coaxial resonator with the output of microwave energy, as well as a uniform electric field in the RF gap.

Величину емкостной связи первого внутреннего проводника коаксиального резонатора с выводом СВЧ-энергии подбирают (путем изменения площади обращенной в сторону вывода СВЧ-энергии торцевой стенки первого внутреннего проводника резонатора) такой, чтобы она мало влияла на добротность коаксиального резонатора и величину амплитуды электрического поля в ВЧ-зазоре для высокоэффективной передачи СВЧ-энергии от коаксиального резонатора к внешней нагрузке, а следовательно, для получения высокой выходной СВЧ-мощности излучателя СВЧ-энергии.The value of the capacitive coupling of the first inner conductor of the coaxial resonator with the output of microwave energy is selected (by changing the area facing the output of microwave energy of the end wall of the first internal conductor of the resonator) so that it has little effect on the quality factor of the coaxial resonator and the amplitude of the electric field in the RF the gap for highly efficient transfer of microwave energy from the coaxial resonator to the external load, and therefore, to obtain a high microwave output power of the microwave energy emitter.

Для осуществления конструкции по второму варианту изобретения не требуется использование фокусирующей системы и коллектора, что упрощает конструкцию и повышает общий КПД излучателя СВЧ-энергии. Конструкция устойчива к электрическим пробоям.To implement the design according to the second embodiment of the invention, the use of a focusing system and a collector is not required, which simplifies the design and increases the overall efficiency of the microwave energy emitter. The design is resistant to electrical breakdowns.

В третьем варианте изобретения предлагается излучатель СВЧ-энергии, содержащий источник СВЧ-колебаний, объемный резонатор и вывод СВЧ-энергии в виде отрезка коаксиальной линии, при этом объемный резонатор выполнен в виде высокодобротного полуволнового коаксиального резонатора, первый и второй полые внутренние проводники которого расположены соосно и отделены друг от друга высокочастотным зазором, внешний проводник и снабженный торцевыми стенками первый внутренний проводник резонатора вакуумно-плотно соединены с размещенным между ними первым опорным диэлектрическим изолятором, при этом внешний проводник и второй внутренний проводник резонатора, снабженный торцевой стенкой на конце, обращенном в сторону источника СВЧ-колебаний, соединены с размещенным между ними вторым опорным диэлектрическим изолятором, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде СВЧ-тетрода, содержащего электронную пушку и коаксиально окружающий ее радиальный анод, размещенные в вакуумированной части резонатора между первым внутренним проводником и первой торцевой стенкой резонатора и соосно с ним, причем первый внутренний проводник резонатора соединен с радиальным анодом, в полости резонатора также размещены элемент емкостной связи первого внутреннего и внешнего проводников резонатора, выполненный в виде первой полой проводящей торообразной насадки, коаксиально окружающей радиальный анод, и элемент емкостной связи второго внутреннего и внешнего проводников резонатора, выполненный в виде второй полой проводящей торообразной насадки, причем второй внутренний проводник резонатора соединен со второй полой проводящей торообразной насадкой через соосно расположенный между ними полый проводящий держатель, при этом установленный снаружи резонатора и соосно с ним внешний проводник коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии соединен герметично со второй торцевой стенкой резонатора, а внутренний проводник коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии введен в полость резонатора и соединен со второй полой проводящей торообразной насадкой.In a third embodiment of the invention, there is provided a microwave energy emitter comprising a microwave source, a volume resonator, and outputting microwave energy in the form of a segment of a coaxial line, the volume resonator being made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, the first and second hollow internal conductors of which are aligned and separated from each other by a high-frequency gap, the outer conductor and the first inner conductor of the resonator provided with end walls are vacuum-tightly connected to they are the first reference dielectric insulator, while the outer conductor and the second inner conductor of the resonator, equipped with an end wall at the end facing the microwave source, are connected to the second reference dielectric insulator located between them, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing an electron gun and a radial anode coaxially surrounding it, placed in the evacuated part of the resonator between the first inner conductor and the first end wall of the resonator and coaxially with him, and the first inner conductor of the resonator is connected to the radial anode, in the cavity of the resonator there is also a capacitive coupling element of the first internal and external conductors of the resonator, made in the form of a first hollow conductive toroidal nozzle coaxially surrounding the radial anode, and a capacitive coupling element of the second internal and external conductors the cavity, made in the form of a second hollow conductive toroidal nozzle, and the second inner conductor of the resonator is connected to the second hollow conductive toroid a nozzle through a hollow conductive holder coaxially located between them, while mounted on the outside of the resonator and coaxially with the external conductor of the coaxial microwave energy output line, is sealed to the second end wall of the resonator, and the inner conductor of the coaxial microwave energy output line is inserted into the cavity of the resonator and connected to a second hollow conductive toroidal nozzle.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии обращенная в сторону вывода СВЧ-энергии торцевая стенка первого внутреннего проводника резонатора и обращенная в сторону электронной пушки СВЧ-тетрода торцевая стенка второго внутреннего проводника резонатора закрывают торцы соответствующих внутренних проводников полностью или частично.In the proposed emitter of microwave energy, the end wall of the first inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy and the end wall of the second inner conductor of the resonator facing the electron gun of the microwave tetrode close the ends of the corresponding inner conductors in whole or in part.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии полый проводящий держатель выполнен в виде полого цилиндра или полого усеченного конуса.In the proposed emitter of microwave energy, the hollow conductive holder is made in the form of a hollow cylinder or a hollow truncated cone.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии первый и второй опорные диэлектрические изоляторы выполнены в виде расположенных соосно с резонатором полых усеченных конусов, большие основания которых обращены в сторону электронной пушки и в сторону вывода СВЧ-энергии соответственно.In the proposed microwave energy emitter, the first and second reference dielectric insulators are made in the form of hollow truncated cones arranged coaxially with the resonator, the large bases of which face the electron gun and the microwave energy output, respectively.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии внешний и внутренний проводники коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии изолированы друг от друга герметично.In the proposed microwave energy emitter, the external and internal conductors of the coaxial microwave energy output line are sealed from each other.

В третьем варианте изобретения объемный резонатор выполнен в виде высокодобротного полуволнового коаксиального резонатора с собственной добротностью порядка 4000 и выше. ВЧ зазор коаксиального резонатора образован обращенными друг к другу торцами первого и второго внутренних проводников резонатора, которые изолированы от внешнего проводника резонатора с помощью первого и второго опорных диэлектрических изоляторов соответственно.In the third embodiment of the invention, the cavity resonator is made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator with an intrinsic Q factor of about 4000 and higher. The RF gap of the coaxial resonator is formed by the ends of the first and second internal resonator conductors facing each other, which are isolated from the external resonator conductor using the first and second reference dielectric insulators, respectively.

Электронная пушка и радиальный анод СВЧ-тетрода размещены в вакуумированной части резонатора, ограниченной первой торцевой стенкой резонатора, опорным диэлектрическим изолятором (из вакуумно-плотной керамики), размещенным между ними участком внешнего проводника резонатора и подсоединенным к опорному диэлектрическому изолятору со стороны электронной пушки участком первого внутреннего проводника резонатора.The electron gun and the radial anode of the microwave tetrode are placed in the evacuated part of the resonator bounded by the first end wall of the resonator, a reference dielectric insulator (made of vacuum-dense ceramic), a portion of the external resonator conductor between them and a portion of the first one connected to the reference dielectric insulator from the side of the electron gun internal conductor of the resonator.

В предлагаемом варианте изобретения использован элемент емкостной связи первого внутреннего проводника и внешнего проводника резонатора, выполненный в виде первой полой проводящей торообразной насадки, коаксиально окружающей радиальный анод. В нем также использован элемент емкостной связи второго внутреннего проводника и внешнего проводника резонатора, выполненный в виде второй полой проводящей торообразной насадки. Использование элементов емкостной связи обеспечивает образование в коаксиальном резонаторе электрической цепи, включающей первый и второй внутренние проводники коаксиального резонатора, первую и вторую торообразные насадки, емкостные зазоры между этими насадками и торцевыми стенками коаксиального резонатора, а также емкостные зазоры между этими насадками и боковой стенкой коаксиального резонатора (его внешним проводником). Введение в резонатор второй торообразной насадки позволяет осуществить гальваническое (омическое) соединение этой насадки с внутренним проводником коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии, что обеспечивает устойчивую работу излучателя СВЧ-энергии. Использование таких элементов емкостной и гальванической связи обеспечивает возможность получения больших амплитуд электрического поля в ВЧ-зазоре объемного резонатора и получения высокой выходной импульсной СВЧ-мощности.In the proposed embodiment of the invention, the capacitive coupling element of the first inner conductor and the outer resonator conductor is used, made in the form of a first hollow conductive toroidal nozzle coaxially surrounding the radial anode. It also used the capacitive coupling element of the second inner conductor and the outer conductor of the resonator, made in the form of a second hollow conductive toroidal nozzle. The use of capacitive coupling elements ensures the formation of an electric circuit in the coaxial cavity, including the first and second internal conductors of the coaxial resonator, the first and second toroidal nozzles, the capacitive gaps between these nozzles and the end walls of the coaxial resonator, as well as the capacitive gaps between these nozzles and the side wall of the coaxial resonator (its external conductor). The introduction of a second toroidal nozzle into the resonator allows the galvanic (ohmic) connection of this nozzle to the internal conductor of the coaxial microwave energy output line, which ensures stable operation of the microwave energy emitter. The use of such capacitive and galvanic coupling elements makes it possible to obtain large amplitudes of the electric field in the RF gap of the cavity resonator and to obtain a high output pulsed microwave power.

Выполнение вывода СВЧ-энергии в этом варианте изобретения в виде отрезка коаксиальной линии (как и в предыдущих вариантах изобретения) обеспечивает удобство подсоединения коаксиального резонатора к внешнему СВЧ-тракту и измерения выходной мощности излучателя СВЧ-энергии. Использование герметичной изоляции между внешним и внутренним проводниками коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии позволяет невакуумированную часть коаксиального резонатора заполнить инертным газом или дополнительно вакуумировать. Это обеспечивает дополнительное повышения электрической прочности ВЧ-зазора и повышение выходной мощности излучателя СВЧ-энергии. Для работы излучателя СВЧ-энергии также не требуется фокусирующая система и коллектор.The output of microwave energy in this embodiment of the invention in the form of a segment of a coaxial line (as in previous embodiments of the invention) provides the convenience of connecting a coaxial resonator to an external microwave path and measuring the output power of the microwave energy emitter. The use of tight insulation between the external and internal conductors of the coaxial microwave energy output line allows the non-evacuated part of the coaxial resonator to be filled with inert gas or additionally evacuated. This provides an additional increase in the electric strength of the RF gap and an increase in the output power of the microwave energy emitter. For the operation of the microwave energy emitter, a focusing system and a collector are also not required.

В четвертом варианте изобретения предлагается излучатель СВЧ-энергии, содержащий источник СВЧ-колебаний, объемный резонатор и вывод СВЧ-энергии, при этом объемный резонатор выполнен в виде высокодобротного полуволнового коаксиального резонатора, первый и второй полые внутренние проводники которого расположены соосно и отделены друг от друга высокочастотным зазором, внешний проводник и снабженный торцевыми стенками первый внутренний проводник резонатора вакуумно-плотно соединены с размещенным между ними первым опорным диэлектрическим изолятором, при этом внешний проводник и второй внутренний проводник резонатора, снабженный торцевой стенкой на конце, обращенном в сторону источника СВЧ-колебаний, соединены с размещенным между ними вторым опорным диэлектрическим изолятором, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде СВЧ-тетрода, содержащего электронную пушку и коаксиально окружающий ее радиальный анод, размещенные в вакуумированной части резонатора между первым внутренним проводником и первой торцевой стенкой резонатора и соосно с ним, причем первый внутренний проводник резонатора соединен с радиальным анодом, в полости резонатора также размещены элемент емкостной связи первого внутреннего и внешнего проводников резонатора, выполненный в виде первой полой проводящей торообразной насадки, коаксиально окружающей радиальный анод, и элемент емкостной связи второго внутреннего и внешнего проводников резонатора, выполненный в виде второй полой проводящей торообразной насадки, причем второй внутренний проводник резонатора соединен со второй полой проводящей торообразной насадкой через соосно расположенный между ними полый проводящий держатель, при этом вывод СВЧ-энергии выполнен в виде установленного снаружи резонатора отрезка прямоугольного волновода, соединенного герметично широкой стенкой со второй торцевой стенкой резонатора, вторая полая проводящая торообразная насадка соединена с размещенным в полости резонагора и соосно с ним проводящим штырем, свободный конец которого введен в отрезок волновода вывода СВЧ-энергии через сквозное отверстие в соединенных друг с другом стенках отрезка волновода вывода СВЧ-энергии и резонатора.In a fourth embodiment of the invention, there is provided a microwave energy emitter comprising a microwave source, a cavity resonator and a microwave energy output, the cavity resonator being made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, the first and second hollow internal conductors of which are aligned and separated from each other by a high-frequency gap, the outer conductor and the first inner conductor of the resonator provided with end walls are vacuum-tightly connected to the first reference dielectric placed between them an insulator, wherein the outer conductor and the second inner resonator conductor, provided with an end wall at the end facing the microwave source, are connected to the second reference dielectric insulator located between them, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing the gun and the radial anode coaxially surrounding it, located in the evacuated part of the resonator between the first inner conductor and the first end wall of the resonator, and the first internal the resonator conductor is connected to the radial anode, in the cavity of the resonator there is also a capacitive coupling element of the first internal and external resonator conductors made in the form of a first hollow conductive toroidal nozzle coaxially surrounding the radial anode, and a capacitive coupling element of the second internal and external resonator conductors made in the form a second hollow conductive toroidal nozzle, the second inner conductor of the resonator being connected to the second hollow conductive toroidal nozzle through an alignment a hollow conductive holder placed between them, while the microwave energy output is made in the form of a segment of a rectangular waveguide mounted outside the resonator connected by a hermetically wide wall to the second end wall of the resonator, the second hollow conductive toroidal nozzle is connected to the conductive pin coaxially with it , the free end of which is inserted into a segment of a waveguide for outputting microwave energy through a through hole in connected walls of a segment of a waveguide for outputting microwave energy and onatora.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии обращенная в сторону вывода СВЧ-энергии торцевая стенка первого внутреннего проводника резонатора и обращенная в сторону электронной пушки СВЧ-тетрода торцевая стенка второго внутреннего проводника резонатора закрывают торцы соответствующих проводников полностью или частично.In the proposed microwave emitter, the end wall of the first inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy and the end wall of the second inner conductor of the resonator facing the electron gun of the microwave tetrode close the ends of the corresponding conductors in whole or in part.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии в полости резонатора в промежутке между его внешним и внутренними проводниками соосно размещен дополнительный цилиндрический диэлектрический изолятор, вакуумно-плотно соединенный с первым и вторым внутренними проводниками резонатора через расположенные соосно с резонатором соединительные кольца.In the proposed emitter of microwave energy in the cavity of the cavity in the gap between its external and internal conductors, an additional cylindrical dielectric insulator is coaxially placed, vacuum-tightly connected to the first and second internal conductors of the resonator through connecting rings located coaxially with the resonator.

В предлагаемом излучателе СВЧ-энергии в отрезке прямоугольного волновода вывода СВЧ-энергии размещен дополнительный диэлектрический изолятор в виде колпака, который расположен соосно с резонатором и обращен вогнутой частью в сторону проводящего штыря, при этом колпак вакуумно-плотно соединен своим основанием с широкой стенкой отрезка прямоугольного волновода вывода СВЧ-энергии. При этом внешний и внутренние проводники полуволнового коаксиального резонатора могут быть выполнены из сверхпроводящего материала.In the proposed microwave energy emitter, an additional dielectric insulator in the form of a cap is placed in a segment of a rectangular waveguide for outputting microwave energy, which is located coaxially with the resonator and faces the concave part towards the conductive pin, while the cap is vacuum-tightly connected with its base to a wide wall of a segment of a rectangular waveguide output microwave energy. In this case, the external and internal conductors of the half-wave coaxial resonator can be made of superconducting material.

В четвертом варианте изобретения электронная пушка и радиальный анод СВЧ-тетрода размещены в вакуумированной части резонатора, ограниченной первой торцевой стенкой резонатора, первым опорным диэлектрическим изолятором (из вакуумно-плотной керамики), размещенным между ними участком внешнего проводника резонатора и подсоединенным к этому опорному диэлектрическому изолятору со стороны электронной пушки участком первого внутреннего проводника резонатора.In the fourth embodiment of the invention, the electron gun and the radial anode of the microwave tetrode are placed in the evacuated part of the resonator bounded by the first end wall of the resonator, the first reference dielectric insulator (made of vacuum-tight ceramic), the portion of the external conductor of the resonator placed between them and connected to this reference dielectric insulator from the side of the electron gun section of the first inner conductor of the resonator.

В отличие от третьего варианта в четвертом варианте изобретения вывод СВЧ-энергии выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода, который позволяет передать во внешнюю нагрузку больший уровень выходной мощности по сравнению с выводом СВЧ-энергии, выполненным в виде коаксиальной линии. При этом для отвода СВЧ-мощности из полуволнового коаксиального резонатора в отрезок волновода вывода СВЧ-энергии вторая полая проводящая насадка гальванически (омически) соединена с размещенным в полости резонатора проводящим штырем, свободный (выступающий из резонатора) конец которого введен в отрезок волновода вывода СВЧ-энергии. Гальваническое соединение второй полой проводящей насадки с проводящим штырем обеспечивает устойчивую работу излучателя СВЧ-энергии. Как и в третьем варианте изобретения, использование в конструкции элементов емкостной связи и гальванической связи обеспечивает возможность получения больших амплитуд электрического поля в ВЧ зазоре объемного резонатора и получения высокой выходной импульсной СВЧ-мощности. В этом варианте изобретения также отсутствуют фокусирующая магнитная система и коллектор, что упрощает конструкцию и повышает общий КПД излучателя СВЧ-энергии.In contrast to the third embodiment, in the fourth embodiment of the invention the microwave energy output is made in the form of a segment of a rectangular waveguide, which allows a higher level of output power to be transferred to the external load compared to the microwave energy output made in the form of a coaxial line. In this case, to remove microwave power from a half-wave coaxial resonator into a segment of a microwave output waveguide, the second hollow conductive nozzle is galvanically (ohmically) connected to a conductive pin located in the cavity of the cavity, the free (protruding from the resonator) end of which is inserted into the segment of the microwave output waveguide energy. The galvanic connection of the second hollow conductive nozzle with a conductive pin ensures the stable operation of the microwave energy emitter. As in the third embodiment of the invention, the use of capacitive coupling and galvanic coupling elements in the design makes it possible to obtain large amplitudes of the electric field in the RF gap of the cavity resonator and to obtain a high output pulsed microwave power. The focusing magnetic system and the collector are also absent in this embodiment of the invention, which simplifies the design and increases the overall efficiency of the microwave energy emitter.

Размещение в промежутке между внешним проводником коаксиального резонатора и его внутренними проводниками дополнительного цилиндрического диэлектрического изолятора, выполненного из вакуумно-плотной керамики и вакуумно-плотно соединенного с внутренними проводниками резонатора через соединительные кольца, позволяет создать в области ВЧ-зазора (и в прилегающей к нему области резонатора) дополнительную вакуумированную полость и за счет этого повысить электрическую прочность ВЧ-зазора и увеличить выходную мощность излучателя СВЧ-энергии.Placing in the gap between the outer conductor of the coaxial resonator and its inner conductors an additional cylindrical dielectric insulator made of vacuum-tight ceramic and vacuum-tightly connected to the inner conductors of the resonator through the connecting rings, allows you to create in the region of the RF gap (and in the adjacent region cavity) additional evacuated cavity and thereby increase the dielectric strength of the RF gap and increase the output power of the microwave emitter WGIG.

Размещение в отрезке прямоугольного волновода вывода СВЧ-энергии дополнительного диэлектрического изолятора в виде колпака из вакуумно-плотной керамики, вакуумно-плотно соединенного своим основанием с примыкающей к резонатору широкой стенкой волновода, позволяет отделить объединенный объем резонатора и окруженной колпаком части волновода от объема остальной части прямоугольного волновода. Этот объединенный объем можно сделать вакуумированным или заполнить инертным газом. Это позволяет повысить электрическую прочность всего резонатора и увеличить выходную мощность излучателя.Placing an additional dielectric insulator in the form of a cap made of vacuum-dense ceramics, vacuum-tightly connected with its base to the wide wall of the waveguide adjacent to the resonator, in a segment of a rectangular waveguide for outputting microwave energy, allows to separate the combined volume of the resonator and the part of the waveguide surrounded by the cap from the volume of the rest of the rectangular waveguide. This combined volume can be made evacuated or filled with an inert gas. This allows you to increase the dielectric strength of the entire resonator and increase the output power of the emitter.

Выполнение внешнего и внутренних проводников полуволнового коаксиального резонатора из сверхпроводящего материала позволяет существенно повысить добротность резонатора и выходную импульсную мощность излучателя СВЧ-энергии.The implementation of the external and internal conductors of the half-wave coaxial resonator from a superconducting material can significantly increase the quality factor of the resonator and the output pulse power of the microwave energy emitter.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена конструкция излучателя СВЧ-энергии согласно первому варианту изобретения.Figure 1 shows the design of the emitter of microwave energy according to the first embodiment of the invention.

На фиг.2 изображена конструкция излучателя СВЧ-энергии согласно второму варианту изобретения.Figure 2 shows the construction of a microwave energy emitter according to a second embodiment of the invention.

На фиг.3 изображена конструкция излучателя СВЧ-энергии согласно третьему варианту изобретения.Figure 3 shows the construction of a microwave energy emitter according to a third embodiment of the invention.

На фиг.4 изображен первый пример выполнения конструкции излучателя СВЧ-энергии согласно четвертому варианту изобретения.FIG. 4 shows a first embodiment of a microwave energy emitter according to a fourth embodiment of the invention.

На фиг.5 изображен второй пример выполнения конструкции излучателя СВЧ-энергии согласно четвертому варианту изобретения.5 shows a second embodiment of a microwave energy emitter according to a fourth embodiment of the invention.

Излучатель СВЧ-энергии согласно первому варианту изобретения, показанный на фиг.1, содержит следующие элементы:The microwave energy emitter according to the first embodiment of the invention, shown in figure 1, contains the following elements:

1 - четвертьволновой коаксиальный резонатор,1 - quarter-wave coaxial resonator,

2 - высокочастотный зазор резонатора 1,2 - high-frequency gap of the resonator 1,

3 - внешний проводник резонатора 1,3 - external conductor of the resonator 1,

4, 5 - первая и вторая торцевые стенки резонатора 1,4, 5 - the first and second end walls of the resonator 1,

6 - внутренний проводник резонатора 1,6 - the inner conductor of the resonator 1,

7, 8 - первая и вторая торцевые стенки внутреннего проводника 6,7, 8 - the first and second end walls of the inner conductor 6,

9 - СВЧ-тетрод,9 - microwave tetrode,

10 - электронная пушка СВЧ-тетрода 9,10 - electron gun of the microwave tetrode 9,

11 - подогреватель катода СВЧ-тетрода 9,11 - heater cathode microwave tetrode 9,

12 - катод СВЧ-тетрода 9,12 - cathode of the microwave tetrode 9,

13 - управляющая сетка СВЧ-тетрода 9,13 - the control grid of the microwave tetrode 9,

14 - экранная сетка СВЧ-тетрода 9,14 - screen grid of a microwave tetrode 9,

15 - радиальный анод СВЧ-тетрода 9,15 - radial anode of a microwave tetrode 9,

16 - изолятор вывода радиального анода 15,16 - insulator output radial anode 15,

17 - торообразная насадка,17 - toroidal nozzle,

18 - опорный диэлектрический изолятор,18 - reference dielectric insulator,

19 - отрезок коаксиальной линии вывода СВЧ-энергии,19 is a segment of a coaxial microwave energy output line,

20 - внешний проводник коаксиальной линии 19,20 - external conductor of the coaxial line 19,

21 - внутренний проводник коаксиальной линии 19,21 - the inner conductor of the coaxial line 19,

22 - расширение на конце внутреннего проводника 21,22 - expansion at the end of the inner conductor 21,

23 - изолирующая шайба,23 - insulating washer,

24 - рубашки охлаждения радиального анода 15,24 - cooling jacket radial anode 15,

25 - трубки для ввода/вывода охлаждающей жидкости,25 - tubes for input / output of coolant,

26 - вакуумированная часть резонатора 1,26 - evacuated part of the resonator 1,

27 - фланцы,27 - flanges,

28 - сквозные отверстия в торообразной насадке,28 - through holes in the toroidal nozzle,

29 - сквозное отверстие во внутреннем проводнике 6.29 - a through hole in the inner conductor 6.

Электронная пушка 10 СВЧ-тетрода 9 встроена в первую торцевую стенку 4 четвертьволнового коаксиального резонатора 1. На размещенном в вакуумированной части 26 резонатора 1 участке электронной пушки 10 СВЧ-тетрода 9 закреплены электрически изолированные друг от друга с помощью диэлектрических изоляторов концентрично установленные подогреватель 11, катод 12, управляющая 13 и экранная 14 сетки СВЧ-тетрода. При этом экранная сетка 14 электрически соединена с торцевой стенкой 4 резонатора 1. Выступающий за пределы резонатора 1 в атмосферу участок электронной пушки 10 снабжен концентрично расположенными выводами подогревателя, катода и сеток, что удобно для подсоединения к ним коаксиальных разъемов внешних устройств, в том числе разъемов источников питания и цепи обратной связи.An electron gun 10 of the microwave tetrode 9 is embedded in the first end wall 4 of the quarter-wave coaxial resonator 1. A concentrically mounted heater 11, cathode, electrically isolated from each other by means of dielectric insulators, mounted in the evacuated part 26 of the resonator 1, is mounted on the portion of the electron gun 10 of the microwave tetrode 9 12, the control 13 and the screen 14 of the grid of the microwave tetrode. In this case, the screen grid 14 is electrically connected to the end wall 4 of the resonator 1. The section of the electron gun 10 extending beyond the cavity 1 into the atmosphere is equipped with concentrically located leads of the heater, cathode, and grids, which is convenient for connecting coaxial connectors of external devices, including connectors power supplies and feedback circuits.

Система охлаждения радиального анода 15 СВЧ-тетрода 9 включает рубашки охлаждения 24 и трубки для ввода/вывода охлаждающей жидкости 25, которые используют одновременно и как вывод радиального анода 15. При этом торообразная насадка 17 охватывает рубашки охлаждения. Для выравнивания давления внутри и снаружи торообразной насадки 17 в ней выполнены сквозные отверстия 28. Для выравнивания давления внутри и снаружи внутреннего проводника 6 резонатора 1 во внутреннем проводнике 6 выполнено сквозное отверстие 29.The cooling system of the radial anode 15 of the microwave tetrode 9 includes cooling jackets 24 and tubes for input / output of cooling fluid 25, which are used simultaneously and as the output of the radial anode 15. Moreover, the toroidal nozzle 17 covers the cooling jackets. To equalize the pressure inside and outside the toroidal nozzle 17, through holes 28 are made in it. To equalize the pressure inside and outside the inner conductor 6 of the resonator 1, a through hole 29 is made in the inner conductor 6.

Электронная пушка 10 СВЧ-тетрода 9 и внешний проводник 20 коаксиальной линии 19 герметично закреплены (например, путем сварки или пайки) соответственно в торцевых стенках 4 и 5 резонатора 1. Внешний 20 и внутренний 21 проводники коаксиальной линии 19 жестко скреплены друг с другом с помощью изолирующей шайбы 23.The electron gun 10 of the microwave tetrode 9 and the outer conductor 20 of the coaxial line 19 are hermetically fixed (for example, by welding or soldering) respectively in the end walls 4 and 5 of the resonator 1. The outer 20 and inner 21 conductors of the coaxial line 19 are rigidly fastened to each other with insulating washers 23.

Внутренний проводник 6 резонатора 1, радиальный анод 15 с торообразной насадкой 17 жестко скреплены друг с другом и образуют единый узел, который с помощью опорного диэлектрического изолятора 18 жестко закреплен во внешнем проводнике 3 резонатора 1. Опорный диэлектрический изолятор 18 выполнен из вакуумно-плотной керамики и вакуумно-плотно соединен с внешним проводником 3 и внутренним проводником 6 резонатора 1. При этом полость резонатора 1, ограниченная его первой торцевой стенкой 4, опорным диэлектрическим изолятором 18, размещенным между ними участком внешнего проводника 3 резонатора 1 и второй торцевой стенкой 8 внутреннего проводника 6 резонатора 1, образует вакуумированную часть 26 резонатора 1. Конструкция излучателя обеспечивает высокую механическую прочность и виброустойчивость.The inner conductor 6 of the resonator 1, the radial anode 15 with the toroidal nozzle 17 are rigidly fastened to each other and form a single unit, which, using the reference dielectric insulator 18, is rigidly fixed in the outer conductor 3 of the resonator 1. The reference dielectric insulator 18 is made of vacuum-dense ceramic and vacuum-tightly connected to the outer conductor 3 and the inner conductor 6 of the resonator 1. In this case, the cavity of the resonator 1, bounded by its first end wall 4, supporting dielectric insulator 18 placed between it and a portion of the outer conductor 3 of the resonator 1 and the second end wall 8 of the inner conductor 6 of the resonator 1, forms the evacuated portion 26 of the resonator 1. The design of the emitter provides high mechanical strength and vibration resistance.

Излучатель СВЧ-энергии согласно второму варианту изобретения, показанный на фиг.2, включает полуволновый коаксиальный резонатор 30, содержащий внешний проводник 31, а также разделенные высокочастотным зазором 32 первый 33 и второй 34 внутренние проводники резонатора 30, причем первый внутренний проводник 33 снабжен первой 35 и второй 36 торцевыми стенками.The microwave energy emitter according to the second embodiment of the invention shown in FIG. 2 includes a half-wave coaxial resonator 30 comprising an external conductor 31, as well as first internal 33 and second 34 internal conductors of the resonator 30 separated by a high-frequency gap 32, the first internal conductor 33 having a first 35 and the second 36 end walls.

Между вторым внутренним проводником 34 и первой торцевой стенкой 37 резонатора 30, размещен СВЧ-тетрод 9, включающий (так же, как в первом варианте изобретения) электронную пушку 10 (содержащую подогреватель 11, катод 12, управляющую сетку 13, экранную сетку 14) и радиальный анод 15, окруженный торообразной насадкой 17. С внешней стороны радиального анода 15 размещены рубашки охлаждения 24, соединенные с трубками для ввода/вывода охлаждающей жидкости 25.Between the second inner conductor 34 and the first end wall 37 of the resonator 30, a microwave tetrode 9 is placed, including (as in the first embodiment of the invention) an electron gun 10 (containing a heater 11, a cathode 12, a control grid 13, a screen grid 14) and a radial anode 15 surrounded by a toroidal nozzle 17. On the outside of the radial anode 15 there are cooling jackets 24 connected to the pipes for input / output of cooling liquid 25.

Между внешним проводником 31 и первым внутренним проводником 33 резонатора 30 установлен опорный диэлектрический изолятор 38.Between the outer conductor 31 and the first inner conductor 33 of the resonator 30, a reference dielectric insulator 38 is mounted.

Полость резонатора 30, ограниченная его первой торцевой стенкой 37, диэлектрическим изолятором 38, размещенным между ними участком внешнего проводника 31 резонатора и второй торцевой стенкой 36 первого внутреннего проводника 33 резонатора, образует вакуумированную часть 39 резонатора 30.The cavity of the resonator 30, limited by its first end wall 37, a dielectric insulator 38, placed between them by a portion of the outer conductor 31 of the resonator and the second end wall 36 of the first inner conductor 33 of the resonator, forms the evacuated part 39 of the resonator 30.

Вывод СВЧ-энергии выполнен (так же, как в первом варианте изобретения) в виде отрезка коаксиальной линии 19, внешний проводник 20 которой соединен со второй торцевой стенкой 40 резонатора 30. Внутренний проводник 21 коаксиальной линии 9 выполнен с расширением 22 на конце, введенном в полость второго внутреннего проводника 34 резонатора 30. Проводники 20 и 21 отделены друг от друга изолирующей шайбой 23.The output of microwave energy is made (as in the first embodiment of the invention) in the form of a segment of a coaxial line 19, the outer conductor 20 of which is connected to the second end wall 40 of the resonator 30. The inner conductor 21 of the coaxial line 9 is made with an extension 22 at the end inserted into the cavity of the second inner conductor 34 of the resonator 30. The conductors 20 and 21 are separated from each other by an insulating washer 23.

В излучателе СВЧ-энергии согласно третьему варианту изобретения, показанному на фиг.3, электронная пушка и радиальный анод СВЧ-тетрода 9 размещены в вакуумированной части 39 резонатора 30.In the microwave energy emitter according to the third embodiment of the invention shown in FIG. 3, the electron gun and the radial anode of the microwave tetrode 9 are placed in the evacuated portion 39 of the resonator 30.

Этот излучатель СВЧ-энергии в отличие от второго варианта изобретения дополнительно снабжен второй торообразной насадкой 41, соединенной со вторым внутренним проводником 34 полуволнового коаксиального резонатор 30 через полый проводящий держатель 42. Между внешним проводником 31 и вторым внутренним проводником 34 резонатора 30 размещен второй опорный диэлектрический изолятор 43. Второй внутренний проводник 34 резонатора 30 на конце, обращенном в сторону высокочастотного зазора 32, снабжен торцевой стенкой 44.This microwave energy emitter, in contrast to the second embodiment of the invention, is further provided with a second toroidal nozzle 41 connected to the second inner conductor 34 of the half-wave coaxial resonator 30 through the hollow conductive holder 42. A second reference dielectric insulator is placed between the outer conductor 31 and the second inner conductor 34 of the resonator 30. 43. The second inner conductor 34 of the resonator 30 at the end facing the high-frequency gap 32 is provided with an end wall 44.

Вывод СВЧ-энергии, так же как в предыдущих вариантах изобретения, выполнен в виде отрезка коаксиальной линии 19, внешний проводник 20 которой соединен со второй торцевой стенкой 40 резонатора 30. Внутренний проводник 21 коаксиальной линии 19 введен в полость резонатора 30 и гальванически соединен со второй торообразной насадкой 41. Проводники 20 и 21 отделены друг от друга изолирующей шайбой 23.The microwave energy output, as in the previous embodiments of the invention, is made in the form of a segment of the coaxial line 19, the outer conductor 20 of which is connected to the second end wall 40 of the resonator 30. The inner conductor 21 of the coaxial line 19 is inserted into the cavity of the resonator 30 and is galvanically connected to the second toroidal nozzle 41. The conductors 20 and 21 are separated from each other by an insulating washer 23.

В излучателе СВЧ-энергии согласно четвертому варианту изобретения, примеры выполнения которого показаны на фиг.4 и фиг.5, электронная пушка и радиальный анод СВЧ-тетрода 9 размещены в вакуумированной части 39 резонатора 30.In the microwave energy emitter according to the fourth embodiment of the invention, examples of which are shown in FIGS. 4 and 5, the electron gun and the radial anode of the microwave tetrode 9 are placed in the evacuated portion 39 of the resonator 30.

В отличие от третьего варианта изобретения в этом варианте изобретения вывод СВЧ-энергии выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода 45, примыкающего широкой стенкой 46 ко второй торцевой стенке 40 полуволнового коаксиального резонатора 30. В резонаторе 30 размещен проводящий штырь 47, один конец которого введен в отрезок прямоугольного волновода 45 через сквозное отверстие 48, выполненное в примыкающих друг к другу широкой стенке 46 отрезка прямоугольного волновода 45 и второй торцевой стенке 40 резонатора 30. Размещенный в резонаторе 30 второй конец штыря 47 гальванически соединен со второй торообразной насадкой 41.Unlike the third embodiment of the invention, in this embodiment of the invention, the microwave energy output is made in the form of a segment of a rectangular waveguide 45 adjacent by a wide wall 46 to the second end wall 40 of the half-wave coaxial resonator 30. A conductive pin 47 is placed in the resonator 30, one end of which is inserted into the segment a rectangular waveguide 45 through a through hole 48 made in adjacent to each other wide wall 46 of a segment of a rectangular waveguide 45 and a second end wall 40 of the resonator 30. The second in the resonator 30 the end of the pin 47 is galvanically connected to the second toroidal nozzle 41.

В показанном на фиг.5 втором примере выполнения излучателя СВЧ-энергии согласно четвертому варианту изобретения в промежутке между внешним проводником 31 и внутренними проводниками 33, 34 резонатора 30 размещен расположенный соосно с резонатором 30 дополнительный цилиндрический диэлектрический изолятор 49 из вакуумно-плотной керамики, вакуумно-плотно соединенный с основаниями внутренних проводников 33, 34 через расположенные перпендикулярно этим проводникам (и соосно с резонатором 30) соединительные кольца 50. Кроме того, показанная на фиг.5 конструкция излучателя СВЧ-энергии содержит размещенный в отрезке прямоугольного волновода 45 вывода СВЧ-энергии дополнительный диэлектрический изолятор в виде колпака 51, который расположен соосно резонатору 30 и обращен вогнутой частью в сторону проводящего штыря 47. Колпак 51 выполнен из вакуумно-плотной керамики и вакуумно-плотно соединен своим основанием с широкой стенкой 46 отрезка прямоугольного волновода 45. Для повышения добротности полуволнового коаксиального резонатора 30 его внешний 31 и внутренние 33, 34 проводники могут быть выполнены из сверхпроводящего материала, например из ниобия, при этом излучатель СВЧ-энергии погружают в гелиоазотную ванну. Это позволяет получить импульсную мощность излучателя СВЧ-энергии до 100 МВт на частоте порядка 300 МГц при напряжении питания порядка 15-20 кВ.In the second embodiment of the microwave energy emitter shown in FIG. 5, according to the fourth embodiment of the invention, an additional cylindrical dielectric insulator 49 made of vacuum-dense ceramic, located coaxially with the resonator 30, is located in the gap between the outer conductor 31 and the inner conductors 33, 34 of the resonator 30 tightly connected to the bases of the inner conductors 33, 34 through connecting rings 50 located perpendicular to these conductors (and coaxially with the resonator 30). In addition, shown in FIG. The microwave energy emitter design includes an additional dielectric insulator in the form of a cap 51 located in a segment of a rectangular waveguide 45 for outputting microwave energy, which is located coaxially to the resonator 30 and faces the concave part toward the conductive pin 47. The cap 51 is made of vacuum-dense ceramic and vacuum tightly connected with its base with a wide wall 46 of a segment of a rectangular waveguide 45. To increase the quality factor of a half-wave coaxial resonator 30, its external 31 and internal 33, 34 conductors can be made us of a superconducting material such as niobium, wherein the microwave energy emitter gelioazotnuyu immersed in the bath. This allows you to get the pulse power of the microwave energy emitter up to 100 MW at a frequency of about 300 MHz with a supply voltage of about 15-20 kV.

Излучатель СВЧ-энергии согласно первому варианту изобретения, показанный на фиг.1, работает следующим образом.The microwave energy emitter according to the first embodiment of the invention, shown in figure 1, operates as follows.

На подогреватель 11 катода 12 СВЧ-тетрода 9 подают ток накала катода, на управляющую сетку 13 и радиальный анод 15 подают соответствующие сеточное и анодное напряжения. Катод 12 СВЧ-тетрода эмитирует электроны, которые проходят через управляющую сетку 13, затем проходят через соединенную с торцевой стенкой 4 экранную сетку 14 и попадают на радиальный анод 15. При этом возбуждается СВЧ-тетрод, и на высокочастотном зазоре 2 резонатора 1, образованном между торцом внутреннего проводника 6 резонатора 1 и торцом внутреннего проводника 21 коаксиальной линии 19 вывода СВЧ-энергии, а также второй торцевой стенкой 5 резонатора 1, возникает напряжение высокочастотных колебаний. Благодаря емкостной связи между торцами внутренних проводников 6 и 21 в коаксиальной линии 19 вывода СВЧ-энергии наводится высокочастотный ток и СВЧ-мощность выводится из излучателя СВЧ-энергии.The cathode glow current is supplied to the heater 11 of the cathode 12 of the microwave tetrode 9, and the corresponding grid and anode voltages are supplied to the control grid 13 and the radial anode 15. The cathode 12 of the microwave tetrode emits electrons that pass through the control grid 13, then pass through the screen grid 14 connected to the end wall 4 and enter the radial anode 15. In this case, the microwave tetrode is excited, and at the high-frequency gap 2 of the resonator 1 formed between the end of the inner conductor 6 of the resonator 1 and the end of the inner conductor 21 of the coaxial line 19 of the output of microwave energy, as well as the second end wall 5 of the resonator 1, there is a voltage of high-frequency oscillations. Due to capacitive coupling between the ends of the inner conductors 6 and 21, a high-frequency current is induced in the coaxial line 19 for outputting microwave energy and the microwave power is output from the microwave energy emitter.

Излучатель СВЧ-энергии согласно второму варианту изобретения, показанный на фиг.2, работает аналогичным образом. Как и в первом варианте изобретения возбуждают СВЧ-тетрод 9 и на высокочастотном зазоре 32 полуволнового коаксиального резонатора 30, образованном торцами внутренних проводников 33, 34 резонатора 30, возникает напряжение высокочастотных колебаний. Благодаря емкостной связи между торцами внутреннего проводника 33 резонатора 30 и внутреннего проводника 21 коаксиальной линии 19 вывода СВЧ-энергии в коаксиальной линии 19 наводится высокочастотный ток, и СВЧ-мощность выводится из излучателя СВЧ-энергии.The microwave energy emitter according to the second embodiment of the invention shown in FIG. 2 operates in a similar manner. As in the first embodiment of the invention, a microwave tetrode 9 is excited and a high-frequency voltage voltage arises at the high-frequency gap 32 of the half-wave coaxial resonator 30 formed by the ends of the inner conductors 33, 34 of the resonator 30. Due to the capacitive coupling between the ends of the inner conductor 33 of the resonator 30 and the inner conductor 21 of the coaxial microwave power output line 19, a high-frequency current is induced in the coaxial line 19, and the microwave power is output from the microwave energy emitter.

Так же, как во втором варианте изобретения, при работе излучателя СВЧ-энергии по третьему варианту изобретения, показанному на фиг.3, напряжение высокочастотных колебаний возникает на высокочастотном зазоре 32 полуволнового коаксиального резонатора 30, образованном торцами его внутренних проводников 33, 34. Внутренний проводник 34, изолированный от внешнего проводника 31 резонатора 30 с помощью второго опорного диэлектрического изолятора 43, имеет емкостную связь с внешним проводником 31 через вторую торообразную насадку 41. Это позволяет осуществить гальваническое соединение внутреннего проводника 21 коаксиальной линии 19 вывода СВЧ-энергии с внутренним проводником 34 резонатора 30, в результате чего они находятся под одним потенциалом. Таким образом, в коаксиальной линии 19 наводится высокочастотный ток и СВЧ-мощность выводится из излучателя СВЧ-энергии.As in the second embodiment of the invention, when the microwave energy emitter according to the third embodiment of the invention is shown in FIG. 3, the voltage of high-frequency oscillations occurs at the high-frequency gap 32 of the half-wave coaxial resonator 30 formed by the ends of its inner conductors 33, 34. Inner conductor 34, isolated from the outer conductor 31 of the resonator 30 by means of a second reference dielectric insulator 43, is capacitively coupled to the outer conductor 31 through a second toroidal nozzle 41. This allows tweets galvanic connection of the inner conductor 21 of the coaxial output line 19 of the microwave energy with the inner conductor 34 of the resonator 30, whereby they are at the same potential. Thus, a high-frequency current is induced in the coaxial line 19 and the microwave power is output from the microwave energy emitter.

В отличие от третьего варианта при работе излучателя СВЧ-энергии по четвертому варианту изобретения, показанному на фиг.4 и 5, СВЧ-мощность выводится из полуволнового коаксиального резонатора 30 в отрезок прямоугольного волновода 45 с помощью проводящего штыря 47, а затем через открытый конец отрезок прямоугольного волновода 45 она выводится из излучателя СВЧ-энергии.In contrast to the third embodiment, when operating the microwave energy emitter according to the fourth embodiment of the invention shown in FIGS. 4 and 5, the microwave power is extracted from the half-wave coaxial resonator 30 into a segment of a rectangular waveguide 45 using a conductive pin 47, and then through the open end of the segment rectangular waveguide 45 it is derived from the emitter of microwave energy.

Предлагаемые варианты конструкции высокоэнергетичного излучателя СВЧ-энергии позволяют значительно повысить его выходную импульсную мощность и КПД, упростить конструкцию, снизить массу и габариты, обеспечить устойчивость к пробоям, а также повысить надежность и долговечность. Конструкция технологична в изготовлении и эксплуатации.The proposed design options for a high-energy microwave energy emitter can significantly increase its output pulse power and efficiency, simplify the design, reduce weight and dimensions, provide resistance to breakdowns, and also increase reliability and durability. The design is technologically advanced in manufacturing and operation.

Предлагаемый излучатель СВЧ-энергии позволяет получить импульсную мощность 1-100 МВт на частоте порядка 300 МГц при напряжении питания порядка 15-20 кВ.The proposed emitter of microwave energy allows to obtain a pulsed power of 1-100 MW at a frequency of about 300 MHz with a supply voltage of about 15-20 kV.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №4480210, МКИ H01J 25/00, опубл. 30.10.1984 г.1. US patent No. 4480210, MKI H01J 25/00, publ. 10/30/1984

2. Патент РФ №2152102, МКИ H01J 25/10, опубл. 27.06.2000 г.2. RF patent No. 2152102, MKI H01J 25/10, publ. 06/27/2000

Claims

1. A microwave energy emitter comprising a microwave source, a volume resonator and output of microwave energy in the form of a coaxial line segment, characterized in that the volume resonator is made in the form of a high-quality quarter-wave coaxial resonator, the outer conductor and the hollow inner conductor of which is provided with end walls vacuum-tightly connected to the supporting dielectric insulator located between them, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing an electron gun and coaxially surrounding it an adial anode placed in the cavity between the inner conductor and the first end wall of the resonator and coaxially with it, the inner conductor of the resonator connected to the radial anode, and the capacitive coupling element of the inner and outer conductors of the resonator, made in the form of a hollow conducting toroidal, is also placed in the cavity of the resonator nozzles coaxially surrounding the radial anode, while mounted outside the resonator and coaxially with it, the outer conductor of the coaxial microwave energy output line is connected it is not hermetically sealed with the second end wall of the resonator, and the inner conductor of the coaxial microwave energy output line is made with an extension at the end facing the electron gun of the microwave tetrode, while the inner conductor of the resonator is separated from the inner conductor of the coaxial microwave energy output line and the second end cavity walls with a high-frequency gap.

2. The microwave energy emitter according to claim 1, characterized in that the end wall of the inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy closes the end of this conductor in whole or in part.

3. The microwave energy emitter according to claim 1, characterized in that the end face of the microwave conductor of the coaxial microwave energy output line is located in the plane coinciding with the plane of the inner surface of the second end wall of the resonator.

4. The microwave energy emitter according to claim 1, characterized in that the reference dielectric insulator is made in the form of a hollow truncated cone located coaxially with the resonator, the larger base of which faces the electron gun of the microwave tetrode.

5. The emitter of microwave energy according to claim 1, characterized in that on the outer side of the radial anode placed cooling jacket.

6. A microwave energy emitter comprising a microwave source, a volume resonator and a microwave output in the form of a segment of a coaxial line, characterized in that the volume resonator is made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, the first and second hollow internal conductors of which are located coaxially and are separated from each other by a high-frequency gap, while the outer conductor and the first inner conductor of the resonator provided with end walls are vacuum-tightly connected to the supporting dielectric between them By means of an insulator, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing an electron gun and a radial anode coaxially surrounding it, placed in and adjacent to the resonator in the evacuated part of the resonator and the first end wall of the resonator, the first internal resonator conductor being connected to radial anode, the base of the second inner conductor of the resonator is connected to the second end wall of the resonator, in the cavity of the resonator there is also a capacitive coupling element of the first internally of the outer and outer conductors of the resonator, made in the form of a hollow conductive toroidal nozzle, coaxially surrounding the radial anode, while mounted on the outside of the resonator and coaxially with it, the outer conductor of the coaxial microwave output line is sealed to the second end wall of the resonator, and the inner conductor of the coaxial output line Microwave energy is introduced into the cavity of the second inner conductor of the resonator and is made with expansion at the end facing the electron gun of the microwave tetrode, To the side of the electron gun, the ends of the inner conductor of the coaxial microwave energy output line and the second inner resonator conductor are located in the same plane.

7. The microwave energy emitter according to claim 6, characterized in that the end wall of the first inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy closes the end of this conductor in whole or in part.

8. The microwave energy emitter according to claim 6, characterized in that the reference dielectric insulator is made in the form of a hollow truncated cone located coaxially with the resonator, the larger base of which faces the electron gun of the microwave tetrode.

9. The microwave energy emitter according to claim 6, characterized in that cooling jackets are placed on the outside of the radial anode.

10. A microwave energy emitter comprising a microwave source, a volume resonator, and outputting microwave energy in the form of a segment of a coaxial line, characterized in that the volume resonator is made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, the first and second hollow internal conductors of which are located coaxially and separated from each other by a high-frequency gap, the outer conductor and the first inner conductor of the resonator provided with end walls are vacuum-tightly connected to the first reference dielectric placed between them an insulator, wherein the outer conductor and the second inner resonator conductor, provided with an end wall at the end facing the microwave source, are connected to the second reference dielectric insulator located between them, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing the gun and the radial anode coaxially surrounding it, located in the evacuated part of the resonator between the first inner conductor and the first end wall of the resonator, the first internal The resonator cathode is connected to the radial anode, in the cavity of the resonator there is also a capacitive coupling element of the first internal and external resonator conductors made in the form of a first hollow conductive toroidal nozzle coaxially surrounding the radial anode, and a capacitive coupling element of the second internal and external resonator conductors made in the form a second hollow conductive toroidal nozzle, the second inner conductor of the resonator connected to the second hollow conductive toroidal nozzle through coaxially a hollow conductive holder located between them, while mounted on the outside of the resonator and coaxially with it, the outer conductor of the coaxial microwave energy output line is connected tightly to the second end wall of the resonator, and the inner conductor of the coaxial microwave energy output line is inserted into the cavity of the resonator and connected to the second cavity conductive toroidal nozzle.

11. The microwave energy emitter of claim 10, characterized in that the end wall of the first inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy and the end wall of the second inner conductor of the resonator facing the electron gun of the microwave tetrode completely or completely closes the ends of the corresponding inner conductors partially.

12. The microwave energy emitter of claim 10, wherein the hollow conductive holder is made in the form of a hollow cylinder or a hollow truncated cone.

13. The microwave energy emitter of claim 10, wherein the first and second reference dielectric insulators are made in the form of hollow truncated cones arranged coaxially with the resonator, the large bases of which are facing the electron gun of the microwave tetrode and towards the output of microwave energy respectively.

14. The emitter of microwave energy according to claim 10, characterized in that on the outer side of the radial anode placed cooling jacket.

15. The microwave energy emitter of claim 10, wherein the outer and inner conductors of the coaxial microwave energy output line are sealed from each other.

16. A microwave energy emitter comprising a microwave source, a cavity resonator and a microwave energy output, characterized in that the cavity resonator is made in the form of a high-quality half-wave coaxial resonator, the first and second hollow internal conductors of which are aligned and separated by a high-frequency gap , the outer conductor and the first inner conductor of the resonator provided with end walls are vacuum-tightly connected to the first reference dielectric insulator located between them, while the outer the water conductor and the second inner conductor of the resonator, provided with an end wall at the end facing the microwave source, are connected to the second reference dielectric insulator located between them, the microwave source is made in the form of a microwave tetrode containing an electron gun and its radial coaxially surrounding the anode placed in the evacuated part of the resonator between the first inner conductor and the first end wall of the resonator and coaxially with it, the first inner conductor of the resonator connected to the radial In the cavity, the capacitive coupling element of the first internal and external conductors of the resonator, made in the form of a first hollow conductive toroidal nozzle coaxially surrounding the radial anode, and the capacitive coupling element of the second internal and external conductors of the resonator, made in the form of a second hollow conductive toroidal nozzles, and the second inner conductor of the resonator is connected to the second hollow conductive toroidal nozzle through the hollow conducting coaxially located between them a holder, wherein the output of microwave energy is made in the form of a segment of a rectangular waveguide mounted outside the resonator connected by a hermetically wide wall to the second end wall of the resonator, the second hollow conductive toroidal nozzle is connected to a pin located in the cavity of the resonator and coaxially with it, the free end of which introduced into the length of the waveguide output microwave energy through the through hole in the connected walls of a segment of the waveguide output microwave energy and the resonator.

17. The microwave energy emitter according to clause 16, characterized in that the end wall of the first inner conductor of the resonator facing the output of microwave energy and the end wall of the second inner conductor of the resonator facing the electron gun of the microwave tetrode completely or partially closes the ends of the respective conductors .

18. The microwave energy emitter according to clause 16, wherein the hollow conductive holder is made in the form of a hollow cylinder or a hollow truncated cone.

19. The microwave energy emitter according to clause 16, wherein the first and second reference dielectric insulators are made in the form of hollow truncated cones arranged coaxially with the resonator, the large bases of which are turned toward the electron gun of the microwave tetrode and towards the output of microwave energy respectively.

20. The microwave energy emitter according to item 16, characterized in that on the outer side of the radial anode placed cooling jacket.

21. The microwave energy emitter according to clause 16, characterized in that in the cavity of the resonator between the outer and inner conductors, an additional cylindrical dielectric insulator is coaxially placed, vacuum tightly connected to the first and second inner resonator conductors through connecting rings located coaxially with the resonator.

22. The microwave energy emitter according to clause 16, characterized in that in the segment of the rectangular waveguide output microwave energy placed an additional dielectric insulator in the form of a cap, which is located coaxially with the resonator and faces the concave part towards the conductive pin, while the cap is vacuum tightly connected its base with a wide wall segment of a rectangular waveguide output microwave energy.

23. The microwave energy emitter according to item 22, wherein the outer and inner conductors of the resonator are made of superconducting material.