RU2352017C1 - Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system - Google Patents

Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system Download PDF

Info

Publication number
RU2352017C1
RU2352017C1 RU2007145945/09A RU2007145945A RU2352017C1 RU 2352017 C1 RU2352017 C1 RU 2352017C1 RU 2007145945/09 A RU2007145945/09 A RU 2007145945/09A RU 2007145945 A RU2007145945 A RU 2007145945A RU 2352017 C1 RU2352017 C1 RU 2352017C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
mpfs
traveling wave
twt
inserts
Prior art date
Application number
RU2007145945/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Павлович Морев (RU)
Сергей Павлович Морев
Андрей Вячеславович Архипов (RU)
Андрей Вячеславович Архипов
Александр Николаевич Дармаев (RU)
Александр Николаевич Дармаев
Дмитрий Александрович Комаров (RU)
Дмитрий Александрович Комаров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий"
Priority to RU2007145945/09A priority Critical patent/RU2352017C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2352017C1 publication Critical patent/RU2352017C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrics.
SUBSTANCE: invention concerns electric vacuum ultra high frequency devices, particularly in O-type traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system (MPFS). Lamp includes MPFS combined with resonance slow-down system and consisting of intermittent axially magnetised ring magnets, polar headpieces and ferromagnetic inserts. To achieve required harmonic component level in magnetic field with non-sinusoid distribution, at least a part of MPFS behind high frequency power input consists of adjoining cells, each including at least one unidirectional magnetisation magnet and three ferromagnetic inserts between polar headpieces. Magnets in each two neighbour cells have opposite magnetisation. Inserts are positioned with gaps against polar headpieces in hubs in the form of step rotation bodies and fixated by annular elements, and form inner cavities of high frequency resonators in slow-down system. Hubs and annular elements are made of non-magnetic material with high heat conductivity and comprise vacuum shell together with polar headpieces.
EFFECT: enhanced current permission of beam in high-performance traveling wave lamp in short-wave part of UHF range due to intense electron stream focusing in transit channel.
3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к устройству лампы бегущей волны (ЛБВ), используемой в качестве генераторов, усилителей, переключателей тока и других устройств.The invention relates to microwave microwave devices, in particular to a traveling wave lamp (TWT) device used as generators, amplifiers, current switches, and other devices.

Одним из требований, предъявляемых к мощным ЛБВ, является обеспечение их работы с высоким уровнем прохождения электронного потока на коллектор. Именно от высокого уровня прохождения пучка через пролетный канал зависят величина выходной высокочастотной мощности, коэффициент полезного действия, а также надежность работы ЛБВ.One of the requirements for powerful TWTs is to ensure their operation with a high level of electron flow through the collector. It is precisely the high level of beam passage through the passage channel that determines the value of the high-frequency output power, the efficiency, and also the reliability of the TWT operation.

Известна широко применяющаяся на практике конструкция ЛБВ, в которой для фокусировки интенсивного электронного потока знакопеременным синусоидальным магнитным полем используется магнитная периодическая фокусирующая система (МПФС) с аксиально-намагниченными кольцевыми магнитами, пространственно совмещенная с замедляющей структурой (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов (Мощные электровакуумные приборы СВЧ, под ред. Л.Клемпитта, М.: Мир, 1974, стр.20). При этом период МПФС равен периоду ЗС. Недостатком такой конструкции является невозможность получения высоких уровней фокусирующего магнитного поля, необходимых для транспортировки интенсивного потока в коротковолновой части СВЧ-диапазона, из-за малой протяженности магнитов в осевом направлении. Кроме того, надежность обеспечения вакуумной плотности ЗС в местах пайки при разработке ЛБВ с высоким коэффициентом усиления снижается из-за большого количества паяных швов (по крайней мере, равного удвоенному числу ячеек резонаторов замедляющей системы).A TWT design is widely known in practice, in which a magnetic periodic focusing system (MPFS) with axially magnetized ring magnets is used spatially combined with a retardation structure (ZS) like a chain of coupled resonators (Powerful Electrovacuum Devices) to focus an intense electron beam with an alternating sinusoidal magnetic field. Microwave, under the editorship of L. Klempitt, M .: Mir, 1974, p. 20). In this case, the period of MPFS is equal to the period of the AP. The disadvantage of this design is the impossibility of obtaining high levels of the focusing magnetic field necessary for transporting intense flux in the short-wave part of the microwave range, due to the small length of the magnets in the axial direction. In addition, the reliability of ensuring the vacuum density of ZS at the soldering sites during the development of TWT with a high gain is reduced due to the large number of soldered seams (at least equal to twice the number of cells of the resonators of the retarding system).

Указанных недостатков лишена известная конструкция ЛБВ с МПФС (патент США №4399389, кл. 315-3.5, 1983), в которой диафрагмы ВЧ-резонаторов выполнены в виде вставок специальной формы из немагнитного материала, размещенных между полюсными наконечниками, вследствие чего период МПФС становится в два раза больше периода ЗС и размеры магнитов становятся достаточными для обеспечения требуемой величины фокусирующего магнитного поля. В этом случае опасность натекания вакуумной оболочки ЛБВ уменьшается за счет меньшего в два раза количества паяных швов.These drawbacks are deprived of the well-known TWT construction with MPFS (US patent No. 4399389, CL 315-3.5, 1983), in which the diaphragms of the RF cavities are made in the form of inserts of a special form of non-magnetic material placed between the pole pieces, as a result of which the MPPS period becomes twice the period of the ES and the size of the magnets becomes sufficient to provide the required magnitude of the focusing magnetic field. In this case, the risk of leakage of the TWT vacuum shell is reduced due to a half of the number of soldered joints.

Однако основным недостатком ЛБВ с МПФС со знакопеременным магнитным полем является наличие чередующихся областей устойчивой и неустойчивой фокусировки электронного пучка, характеризующихся так называемым параметром магнитного поля α, величина которого прямо пропорциональна квадрату произведения амплитуды фокусирующего магнитного поля и его периода и обратно пропорциональна величине потенциала замедляющей системы (ЗС). При некоторых значениях параметра магнитного поля α амплитуда пульсаций потока может неограниченно возрастать по мере продвижения пучка вдоль оси пролетного канала и токопрохождение пучка резко ухудшается. На практике наибольшее распространение получила фокусировка пучка синусоидальным магнитным полем в первой зоне устойчивости, для которой параметр магнитного поля с учетом пространственного заряда должен быть меньше критического значенияHowever, the main drawback of the TWT with MPFS with an alternating magnetic field is the presence of alternating areas of stable and unstable focusing of the electron beam, characterized by the so-called magnetic field parameter α, the magnitude of which is directly proportional to the square of the product of the amplitude of the focusing magnetic field and its period and is inversely proportional to the value of the potential of the slowing system ( AP). For some values of the magnetic field parameter α, the amplitude of the flow pulsations can increase indefinitely as the beam moves along the axis of the passage channel and the beam’s current passage sharply deteriorates. In practice, focusing of the beam by a sinusoidal magnetic field in the first stability zone, for which the magnetic field parameter taking into account the space charge should be less than the critical value, is most widespread.

Figure 00000001
Figure 00000001

Для ЛБВ средней и высокой мощности коротковолновой части СВЧ-диапазона амплитуда магнитного поля, необходимая для получения пучка требуемого диаметра, часто оказывается столь высокой, что не может быть реализована при заданных конструктивных размерах магнитов, а увеличение последних приводит к нарушению требования (1). Фокусировка во второй и следующих зонах устойчивого формирования пучка в синусоидальном поле практически не применяется по причине большой величины пульсаций пучка, возникающих из-за недостаточной крутизны нарастания поля на границах соседних ячеек МПФС при больших периодах.For the TWT of medium and high power of the short-wave part of the microwave range, the magnetic field amplitude necessary to obtain a beam of the required diameter often turns out to be so high that it cannot be realized for given design sizes of magnets, and an increase in the latter leads to a violation of requirement (1). Focusing in the second and subsequent zones of stable beam formation in a sinusoidal field is practically not used due to the large magnitude of the pulsations of the beam arising due to the insufficient steepness of the field growth at the boundaries of neighboring MPPS cells for large periods.

Для повышения области устойчивой фокусировки электронного потока применяют МПФС с несинусоидальным распределением магнитного поля, которое обеспечивается за счет ввода высших гармонических составляющих. Так, для распределения магнитного поля с первой и третьей гармониками оптимальное значение третьей гармоники составляет половину от амплитуды первой гармоники (см. Данович И.А. Анализ фокусировки и устойчивости интенсивных электронных пучков в периодических магнитных полях / Изв. Вузов. Сер. Радиофизика, 1966, т.9, вып.2, с.351-361).To increase the area of stable focusing of the electron beam, MPPS is used with a non-sinusoidal distribution of the magnetic field, which is ensured by introducing higher harmonic components. So, for the distribution of the magnetic field with the first and third harmonics, the optimal value of the third harmonic is half the amplitude of the first harmonic (see Danovich I.A. Analysis of focusing and stability of intense electron beams in periodic magnetic fields / Izv. Vuzov. Ser. Radiophysics, 1966 , vol. 9, issue 2, p. 351-361).

В патенте России №2091898, кл. H01J 25/42, опубликованном 27.09.97 г., описана конструкция ЛБВ с МПФС, в которой для увеличения эффективной фокусирующей величины магнитного поля при сохранении устойчивости фокусировки пучка реализовано несинусоидальное распределение магнитного поля с определенными величинами значений первой, третьей и пятой гармонических составляющих магнитного поля. Однако полюсные наконечники МПФС в данной конструкции ЛБВ размещены вне вакуумной оболочки, что не позволяет получить требуемые значения амплитуды и структуру распределения магнитного поля для фокусировки интенсивного потока в коротковолновой части СВЧ-диапазона.In the patent of Russia No. 2091898, class. H01J 25/42, published on September 27, 1997, describes the construction of the TWT with MPPS, in which a non-sinusoidal magnetic field distribution with certain values of the first, third, and fifth harmonic components of the magnetic field is implemented to increase the effective focusing value of the magnetic field while maintaining beam focus stability . However, the pole tips of the MPPS in this TWT design are placed outside the vacuum shell, which does not allow us to obtain the required amplitude values and the structure of the magnetic field distribution for focusing the intense flux in the short-wave part of the microwave range.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является конструкция ЛБВ с магнитной периодической фокусирующей системой (МПФС), состоящей из чередующихся аксиально-намагниченных кольцевых магнитов, полюсных наконечников со ступицами из ферромагнитного материала, пространственно совмещенных с емкостными втулками резонаторов, диафрагм из немагнитного материала с емкостными втулками, установленных между полюсными наконечниками (US №3324339, Кл. 315-3.5, 1967 г.), в которой требуемая величина магнитного поля достигается за счет увеличения протяженности магнитов в осевом направлении и увеличения вследствие этого периода МПФС по сравнению с периодом ЗС в два раза. Пространственная совместимость конструкции МПФС с ЗС достигается чередованием полюсных наконечников внутри вакуумной оболочки с образующими ВЧ-резонатор медными диафрагмами. Кроме того, в этой конструкции между полюсными наконечниками МПФС размещается один или два кольцевых элемента из ферромагнитного материала, закрепленных на тонкостенных медных дисках диафрагмы ВЧ-резонатора. За счет этого создается несинусоидальное распределение осевой компоненты индукции магнитного поля со значительными положительными величинами третьей или третьей и пятой гармоник.The closest prototype of the present invention is the construction of the TWT with a magnetic periodic focusing system (MPFS), consisting of alternating axially magnetized ring magnets, pole pieces with hubs of ferromagnetic material, spatially aligned with capacitive bushings of resonators, diaphragms made of non-magnetic material between capacitive bushings pole lugs (US No. 3334339, Cl. 315-3.5, 1967), in which the required magnetic field is achieved by increasing con- cern magnets in the axial direction and thereby increase MPFS period compared with the period of AP twice. The spatial compatibility of the MPFS design with the CS is achieved by alternating the pole pieces inside the vacuum shell with the copper diaphragms forming the RF resonator. In addition, in this design, one or two ring elements made of ferromagnetic material are mounted between the pole tips of the MPFS, mounted on thin-walled copper disks of the diaphragm of the RF resonator. Due to this, a non-sinusoidal distribution of the axial component of the magnetic field induction with significant positive values of the third or third and fifth harmonics is created.

Недостаток этой конструкции связан с тем, что при переходе в коротковолновую часть СВЧ-диапазона элементы ЗС становятся миниатюрными и работоспособность конструкции становится проблематичной. Так, для работы ЛБВ в трехсантиметровом диапазоне длин волн при уровне ускоряющих напряжений менее 20000 В кольцевая втулка из ферромагнитного материала имеет следующие типичные размеры: толщина 0,25-0,5 мм, внутренний диаметр втулки 2,0-3,0 мм, протяженность втулки в осевом направлении 3-4 мм. Толщина тонкостенного медного диска составляет ~0,8-1,2 мм. Требуемая для фокусировки интенсивного пучка амплитуда магнитного поля может составлять ~0,3 Тл. При таких размерах материал емкостных кольцевых втулок находится в насыщении и требуемое распределение магнитного поля не обеспечивается. Кроме того, соосное закрепление ферромагнитной кольцевой втулки на тонкостенном медном диске становится нетехнологичным и труднореализуемым при условии обеспечения малых допусков на отклонения размеров ВЧ-резонаторов, обусловленное электродинамическими характеристиками замедляющей системы. Размещение в ЗС большого количества (до нескольких десятков) ферромагнитных кольцевых втулок, расположенных с перекосом их осей друг относительно друга, приводит к уменьшению реального сечения пролетного канала, а также к появлению поперечных составляющих магнитного поля. Ухудшение условий транспортировки электронного потока приводит к уменьшению доли тока пучка, проходящего через пролетный канал ЗС, а также к уменьшению выходной мощности и КПД прибора и тепловой перегрузке ЗС.The disadvantage of this design is that when switching to the short-wave part of the microwave range, the elements of the LC become miniature and the operability of the design becomes problematic. So, for TWT operation in the three-centimeter wavelength range at an accelerating voltage level of less than 20,000 V, the ring sleeve of ferromagnetic material has the following typical dimensions: thickness 0.25-0.5 mm, inner diameter of the sleeve 2.0-3.0 mm, length bushings in the axial direction of 3-4 mm. The thickness of the thin-walled copper disk is ~ 0.8-1.2 mm. The amplitude of the magnetic field required for focusing an intense beam can be ~ 0.3 T. With such dimensions, the material of the capacitive ring bushings is saturated and the required magnetic field distribution is not provided. In addition, the coaxial fastening of the ferromagnetic ring sleeve on a thin-walled copper disk becomes non-technological and difficult to implement, provided that small tolerances for deviations in the size of the RF resonators are provided, due to the electrodynamic characteristics of the slow-wave system. Placing a large number (up to several dozens) of ferromagnetic annular sleeves located in the ZS, with their axes skewed relative to each other, leads to a decrease in the actual cross section of the passage channel, as well as to the appearance of transverse components of the magnetic field. The worsening conditions of electron beam transport leads to a decrease in the fraction of the beam current passing through the span channel of the ZS, as well as to a decrease in the output power and efficiency of the device and thermal overload of the ZS.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение мощности и КПД ЛБВ с МПФС.The task to which the invention is directed is to increase the power and efficiency of TWT with MPPS.

Технический результат использования изобретения заключается в улучшении токопрохождения интенсивного электронного потока через пролетный канал мощной ЛБВ коротковолновой части СВЧ-диапазона за счет уменьшения пульсаций границы пучка в статическом и динамическом режимах работы.The technical result of the use of the invention is to improve the current flow of intense electron flux through the passage channel of a powerful TWT of the short-wave part of the microwave range by reducing ripple of the beam boundary in static and dynamic modes of operation.

Поставленная задача решается таким образом, что в ЛБВ с магнитной периодической фокусирующей системой (МПФС), состоящей из аксиально-намагниченных кольцевых магнитов и полюсных наконечников из ферромагнитного материала, пространственно совмещенных с резонаторной замедляющей системой (ЗС), по крайней мере часть МПФС, расположенная после ввода ВЧ-энергии, состоит из примыкающих друг к другу ячеек, каждая из которых содержит не менее одного магнита с однонаправленной в осевом направлении намагниченностью и три ферромагнитные вставки, расположенные с зазором между полюсными наконечниками и между собой во втулках из немагнитного материала, и закрепленные кольцевыми элементами из немагнитного материала, причем намагниченность магнитов в соседних ячейках МПФС имеет противоположное направление. Кроме того, втулки в ЛБВ с МПФС выполнены в виде ступенчатых тел вращения, состоящих по меньшей мере из двух цилиндрических частей, и образуют вместе с размещенными и закрепленными кольцевыми элементами и вставками внутренние полости ВЧ-резонаторов ЗС, так что отношение периода МПФС к периоду ЗС равно четырем. Кроме того, немагнитные втулки и кольцевые элементы выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, и образуют вместе с полюсными наконечниками вакуумно-плотное соединение.The problem is solved in such a way that in the TWT with a magnetic periodic focusing system (MPFS), consisting of axially magnetized ring magnets and pole pieces made of ferromagnetic material, spatially aligned with a resonator retardation system (ZS), at least part of the MPFS located after input RF energy, consists of adjacent to each other cells, each of which contains at least one magnet with unidirectional axial magnetization and three ferromagnetic inserts, ras laid with a gap between the pole pieces and between each other in bushings made of non-magnetic material, and secured by ring elements made of non-magnetic material, and the magnetization of the magnets in adjacent cells of the MPPS has the opposite direction. In addition, the bushings in the TWT with MPPS are made in the form of stepped bodies of revolution, consisting of at least two cylindrical parts, and together with the placed and fixed ring elements and inserts, the internal cavities of the RF RF resonators are formed, so that the ratio of the MPFS period to the period of the LC equals four. In addition, non-magnetic bushings and ring elements are made of a material with high thermal conductivity, for example, copper, and form a vacuum tight connection together with pole tips.

На фиг.1 схематически изображена ЛБВ заявленной конструкции. На фиг.2-3 представлены варианты различного исполнения ячеек МПФС. На фиг.4-5 представлены контур пучка (1) с током I=4.0 А, потенциалом ЗС U=24000 В в магнитном поле (2) для обычной ЛБВ с МПФС с амплитудой Во=0.246 Тл, периодом МПФС L=21.0 мм (параметр магнитного поля α=0.31), с периодом ЗС LЗС=10.5 мм при протяженности емкостных втулок ЗС и полюсных наконечников lвт=3.5 мм, (фиг.4), и контур пучка (3) для ЛБВ с МПФС заявленной конструкции в экспериментально реализованном магнитном поле (4) с амплитудой Во=0.246 Тл, периодом МПФС L=42 мм (параметр магнитного поля α=1.24) с периодом ЗС LЗС=10.5 мм (фиг.5). На фиг.6, 7 представлены зависимости амплитуды пульсаций пучка δ (1) в области пролетного канала при оптимальном радиусе влета пучка в МПФС Rвх (2) от величины параметра магнитного поля α вплоть до зоны «непропускания» (3) в обычной ЛБВ с МПФС (фиг.6) и в ЛБВ с МПФС заявленной конструкции (фиг.7). На фиг.8, 9 представлены экспериментальные значения тока на ЗС (1) от параметра магнитного поля α (2) для обычной ЛБВ (фиг.8) и для ЛБВ с МПФС заявленной конструкции (фиг.9).Figure 1 schematically shows the TWT of the claimed design. Figure 2-3 presents options for various designs of cells MPS. Figures 4-5 show the beam contour (1) with a current I = 4.0 A, ES potential U = 24000 V in a magnetic field (2) for an ordinary TWT with MPPS with an amplitude Bo = 0.246 T, and a period of MPFS L = 21.0 mm ( the magnetic field parameter α = 0.31), with a period of AP L L ЗС = 10.5 mm with a length of capacitive bushings ЗС and pole pieces l W = 3.5 mm (Fig. 4), and a beam contour (3) for TWT with MPPS of the claimed design in experiment the realized magnetic field (4) with an amplitude Bo = 0.246 T, a period of MPFS L = 42 mm (magnetic field parameter α = 1.24) with a period of LC L ZS = 10.5 mm (Fig. 5). Figures 6 and 7 show the dependences of the amplitude of the pulsation of the beam δ (1) in the region of the passage channel with the optimal radius of the beam in MPPS R in (2) on the value of the magnetic field parameter α up to the “no transmission” zone (3) in a conventional TWT with MPPS (Fig.6) and TWT with MPPS of the claimed design (Fig.7). On Fig, 9 presents the experimental values of the current at the ES (1) from the magnetic field parameter α (2) for the usual TWT (Fig. 8) and for the TWT with MPPS of the claimed design (Fig. 9).

ЛБВ содержит электронную пушку 1, формирующую интенсивный электронный пучок, МПФС, расположенную после ввода ВЧ-энергии 2 и состоящую из чередующихся кольцевых магнитов 3, полюсных наконечников 4, вставок из ферромагнитного материала 5, а также втулок 6 и кольцевых элементов 7, выполненных из немагнитного материала. Кольцевые аксиально-намагниченные магниты 3 вместе с тремя расположенными с зазором вставками из ферромагнитного материала 5, которые закреплены во втулках 6 кольцевыми элементами 7, объединены между полюсными наконечниками 4 и образуют ячейку МПФС. В каждой ячейке МПФС магниты имеют одинаковое направление намагниченности, а намагниченность магнитов в примыкающих соседних ячейках МПФС имеет противоположное направление. Втулки из немагнитного материала 6, в которых размещаются с зазором ферромагнитные вставки 5, закрепленные немагнитными кольцевыми элементами 7, выполнены в виде ступенчатых тел вращения, состоящего по меньшей мере из двух цилиндрических частей, и образуют вместе со вставками внутренние полости ВЧ-резонаторов ЗС. При этом отношение периода МПФС к периоду ЗС равно четырем. Немагнитные втулки 6 и кольцевые элементы 7 выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, и образуют вместе с полюсными наконечниками 4 вакуумно-плотное соединение.TWT contains an electron gun 1, which forms an intense electron beam, MPFS, located after the input of RF energy 2 and consisting of alternating ring magnets 3, pole tips 4, inserts of ferromagnetic material 5, as well as bushings 6 and ring elements 7 made of non-magnetic material. The annular axially magnetized magnets 3 together with three inserts of a ferromagnetic material 5 located with a gap, which are fixed in the bushings 6 by ring elements 7, are joined between the pole pieces 4 and form an MPFS cell. In each MPPS cell, the magnets have the same direction of magnetization, and the magnetization of the magnets in adjacent adjacent MPFS cells has the opposite direction. The bushings of non-magnetic material 6, in which the ferromagnetic inserts 5 are mounted with a gap, fixed by non-magnetic ring elements 7, are made in the form of stepped bodies of revolution, consisting of at least two cylindrical parts, and together with the inserts form the internal cavities of the RF RF resonators. In this case, the ratio of the period of MPPS to the period of AP is four. Non-magnetic bushings 6 and ring elements 7 are made of a material with high thermal conductivity, for example, copper, and form a vacuum tight connection together with pole tips 4.

Расположение ферромагнитных вставок, закрепленных во втулках кольцевыми элементами из немагнитного материала в ячейках МПФС, в соответствии с предложенной конструкцией ЛБВ с МПФС обеспечивает необходимое распределение продольной составляющей магнитной индукции вдоль оси прибора, фокусировку интенсивного электронного пучка с малыми пульсациями (фиг.5) в широком диапазоне изменений параметров ЛБВ с МПФС (фиг.9) и требуемые электродинамические характеристики ЗС.The location of the ferromagnetic inserts fixed in the bushings by ring elements of non-magnetic material in the cells of the MPFS, in accordance with the proposed design of the TWT with MPFS provides the necessary distribution of the longitudinal component of the magnetic induction along the axis of the device, focusing of the intense electron beam with small ripples (figure 5) in a wide range changes in TWT parameters with MPFS (Fig. 9) and the required electrodynamic characteristics of the ES.

Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных результатов (фиг.4-7) показывает, что предложенная конструкция ЛБВ с МПФС обеспечивает существенно меньшие амплитуды пульсаций электронного потока в пролетном канале по сравнению с амплитудами пульсаций пучка в обычной ЛБВ с МПФС. Экспериментальные результаты измерений токооседания на ЗС, представленные на фиг.8-9, показывают, что прохождение пучка через пролетный канал ЗС для ЛБВ заявленной конструкции существенно выше по сравнению с прохождением пучка в пролетном канале обычной ЛБВ.A comparative analysis of the experimental and calculated results (Figs. 4-7) shows that the proposed TWT design with MPPS provides significantly lower amplitudes of pulsations of the electron beam in the span channel compared to the amplitudes of the pulsations of the beam in a conventional TWT with MPPS. The experimental results of measurements of current subsidence at the ES, shown in Fig.8-9, show that the passage of the beam through the span channel ZS for TWT of the claimed design is significantly higher compared to the passage of the beam in the span channel of a conventional TWT.

Так, в ЛБВ с МПФС предлагаемой конструкции и с параметрами электронного потока, соответствующими наиболее часто используемым параметрам магнитного поля 0.2<α<0.35, амплитуда пульсаций пучка в области пролетного канала почти в три раза меньше, чем в ЛБВ с обычной МПФС (фиг.6-7). При изменении параметра магнитного поля в пределах 0.4<α<0.55 фокусировка пучка в обычной ЛБВ с МПФС резко ухудшается (фиг.6, 8), а относительная величина амплитуд пульсаций пучка в ЛБВ с МПФС предлагаемой конструкции не превосходит 10% даже при α=3.0 (фиг.7, 9).So, in the TWT with MPPS of the proposed design and with the parameters of the electron flux corresponding to the most commonly used parameters of the magnetic field 0.2 <α <0.35, the amplitude of the pulsations of the beam in the region of the passage channel is almost three times less than in the TWT with the usual MPFS (Fig. 6 -7). When the magnetic field parameter changes within 0.4 <α <0.55, the beam focusing in a conventional TWT with MPPS sharply worsens (Figs. 6, 8), and the relative magnitude of the beam pulsations in the TWT with MPPS of the proposed design does not exceed 10% even at α = 3.0 (Fig.7, 9).

Профиль ферромагнитных вставок, зазоры между вставками и полюсными наконечниками, а также намагниченности магнитов в ячейках МПФС определяются на основании расчета или эксперимента из условия обеспечения требуемых соотношений между величинами высших гармоник магнитного поля при заданных электродинамических характеристиках ЗС ЛБВ.The profile of the ferromagnetic inserts, the gaps between the inserts and the pole pieces, as well as the magnetization of the magnets in the MPFS cells are determined on the basis of a calculation or experiment from the condition of ensuring the required ratios between the higher harmonics of the magnetic field for given electrodynamic characteristics of the TWTs.

Новым положительным свойством конструкции является повышение эффективности настройки ЛБВ на максимальное токопрохождение за счет возможности размещения без перекосов полюсных наконечников, ферромагнитных вставок, втулок и кольцевых элементов из немагнитного материала. Выбор размеров и материала вставок, а также размещение их в соответствии с предложенной формулой изобретения позволяет снизить влияние поперечных магнитных полей, связанных с неоднородностью намагниченности магнитов в азимутальном направлении.A new positive feature of the design is an increase in the efficiency of tuning the TWT to maximum current flow due to the possibility of placing pole pieces, ferromagnetic inserts, bushings and ring elements of non-magnetic material without distortions. The choice of sizes and material of the inserts, as well as their placement in accordance with the proposed claims, allows to reduce the influence of transverse magnetic fields associated with the heterogeneity of the magnetization of the magnets in the azimuthal direction.

При переходе в коротковолновую часть СВЧ-диапазона вставки из ферромагнитного материала остаются крупноструктурными, могут быть размещены между полюсными наконечниками с требуемой точностью и обеспечивают необходимое для фокусировки интенсивного потока распределение магнитного поля с высшими гармоническими составляющими.Upon transition to the short-wavelength part of the microwave range, inserts of ferromagnetic material remain coarse-grained, can be placed between the pole pieces with the required accuracy and provide the magnetic field distribution with higher harmonic components necessary for focusing the intense flux.

Кроме того, количество паяных швов, необходимых для создания вакуумной оболочки в ЛБВ с МПФС заявленной конструкции, не увеличивается по сравнению с обычной конструкцией ЛБВ.In addition, the number of brazed joints required to create a vacuum shell in the TWT with MPPS of the claimed design does not increase compared to the conventional TWT design.

Практическое изготовление втулок и кольцевых элементов из немагнитного материала, а также вставок из ферромагитного материала в предлагаемой конструкции не требует многочисленных технологических операций и выполняется на стандартном металлообрабатывающем оборудовании, что облегчает промышленную применимость.The practical manufacture of bushings and ring elements of non-magnetic material, as well as inserts of ferromagnetic material in the proposed design does not require numerous technological operations and is performed on standard metalworking equipment, which facilitates industrial applicability.

Анализ конструкций аналогов и прототипа заявляемого устройства показывает, что признаки, связанные с конкретизацией количества вставок из ферромагнитного материала, их закрепления между наконечниками и между собой кольцевыми элементами из немагнитного материала во втулках из немагнитного материала с высокой теплопроводностью, а также признаки, связанные с соотношением между периодом МПФС и периодом ЗС, вызванный этим положительный эффект увеличения токопрохождения в ЛБВ за счет уменьшения амплитуды пульсаций пучка, неизвестны.Analysis of the designs of analogues and the prototype of the claimed device shows that the signs associated with the specification of the number of inserts of ferromagnetic material, their fastening between the tips and each other with ring elements of non-magnetic material in the bushings of non-magnetic material with high thermal conductivity, as well as signs associated with the relationship between the period of MPPS and the period of LC, the resulting positive effect of increasing current flow in the TWT due to a decrease in the amplitude of the pulsations of the beam are unknown.

Применение конструкции ЛБВ с МПФС в соответствии с предложенной формулой изобретения позволило уменьшить потери тока пучка и снизить тепловую нагрузку на замедляющую систему в статическом и динамическом режимах работы при повышенных уровнях эффективного фокусирующего магнитного поля, а также при пониженных величинах ускоряющих потенциалов.The use of the TWT design with MPFS in accordance with the proposed claims made it possible to reduce the beam current loss and to reduce the thermal load on the retarding system in static and dynamic modes of operation at elevated levels of the effective focusing magnetic field, as well as at reduced accelerating potentials.

Таким образом, предлагаемая конструкция ЛБВ обладает следующими преимуществами:Thus, the proposed TWT design has the following advantages:

улучшение токопрохождения в приборах О-типа в статическом режиме работы, вследствие уменьшения величины пульсаций пучка;improved current flow in O-type devices in a static mode of operation, due to a decrease in the magnitude of the pulsations of the beam;

уменьшение динамической расфокусировки за счет возможности увеличивать величину эффективного фокусирующего магнитного поля.decrease in dynamic defocus due to the ability to increase the value of the effective focusing magnetic field.

Claims (3)

1. Лампа бегущей волны, содержащая электронную пушку, ввод высокочастотной энергии, магнитную периодическую фокусирующую систему, состоящую из аксиально-намагниченных кольцевых магнитов и полюсных наконечников из ферромагнитного материала, пространственно совмещенных с высокочастотными резонаторами замедляющей системы, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть магнитной периодической фокусирующей системы, расположенная после ввода высокочастотной энергии, состоит из примыкающих друг к другу ячеек, каждая из которых содержит не менее одного магнита с однонаправленной в осевом направлении намагниченностью, втулки в виде ступенчатого тела вращения из, по меньшей мере, двух цилиндрических частей из немагнитного материала, в которых закреплены кольцевыми элементами из немагнитного материала три ферромагнитные вставки, расположенные с зазором между полюсными наконечниками и между собой, причем намагниченность магнитов в соседних ячейках имеет противоположное направление, а втулки образуют вместе с кольцевыми элементами и ферромагнитными вставками внутренние полости высокочастотных резонаторов замедляющей системы.1. A traveling wave lamp containing an electron gun, high-frequency energy input, a magnetic periodic focusing system consisting of axially magnetized ring magnets and pole pieces made of ferromagnetic material spatially aligned with high-frequency resonators of the retardation system, characterized in that at least the part of the magnetic periodic focusing system located after the input of high-frequency energy consists of adjacent cells, each of which contains not at least one magnet with magnetization unidirectional in the axial direction, bushings in the form of a stepped body of revolution of at least two cylindrical parts of non-magnetic material, in which three ferromagnetic inserts are arranged with ring elements of non-magnetic material, located with a gap between the pole pieces and between each other moreover, the magnetization of the magnets in neighboring cells has the opposite direction, and the bushes form, together with the ring elements and ferromagnetic inserts, internal Lost high-frequency resonators delay system. 2. Лампа бегущей волны по п.1, отличающаяся тем, что отношение периода магнитной периодической фокусирующей системы к периоду замедляющей системы равно четырем.2. The traveling wave lamp according to claim 1, characterized in that the ratio of the period of the magnetic periodic focusing system to the period of the slowing system is four. 3. Лампа бегущей волны по п.1 или 2, отличающаяся тем, что втулки и кольцевые элементы выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например из меди и образуют вместе с полюсными наконечниками вакуумно-плотное соединение. 3. The traveling wave lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the bushings and ring elements are made of a material with high thermal conductivity, for example, copper and form a vacuum tight connection together with the pole pieces.
RU2007145945/09A 2007-12-12 2007-12-12 Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system RU2352017C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007145945/09A RU2352017C1 (en) 2007-12-12 2007-12-12 Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007145945/09A RU2352017C1 (en) 2007-12-12 2007-12-12 Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2352017C1 true RU2352017C1 (en) 2009-04-10

Family

ID=41015081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007145945/09A RU2352017C1 (en) 2007-12-12 2007-12-12 Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2352017C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101789346A (en) * 2010-03-05 2010-07-28 安徽华东光电技术研究所 Helix traveling wave tube magnetic focusing system assembly method
RU2706644C1 (en) * 2019-03-29 2019-11-19 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Traveling-wave tube for linear amplifiers of communication satellite microwave power
RU2738394C1 (en) * 2020-04-24 2020-12-11 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Traveling-wave tube of linearized microwave power amplifier

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101789346A (en) * 2010-03-05 2010-07-28 安徽华东光电技术研究所 Helix traveling wave tube magnetic focusing system assembly method
RU2706644C1 (en) * 2019-03-29 2019-11-19 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Traveling-wave tube for linear amplifiers of communication satellite microwave power
RU2738394C1 (en) * 2020-04-24 2020-12-11 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Traveling-wave tube of linearized microwave power amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0263491B1 (en) Magnetron for microwave oven
RU2352017C1 (en) Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system
US3958147A (en) Traveling-wave tube with improved periodic permanent magnet focusing arrangement integrated with coupled cavity slow-wave structure
US3324339A (en) Periodic permanent magnet electron beam focusing arrangement for traveling-wave tubes having plural interaction cavities in bore of each annular magnet
RU73125U1 (en) RUNNING WAVE LAMP WITH MAGNETIC PERIODIC FOCUSING SYSTEM
US8427057B2 (en) Microwave frequency structure for microwave tube with beam-containing device with permanent magnets and enhanced cooling
RU69680U1 (en) RUNNING WAVE LAMP WITH MAGNETIC PERIODIC FOCUSING SYSTEM
RU2352016C1 (en) Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system
JP5415119B2 (en) Magnetron for microwave oven
US3896329A (en) Permanent magnet beam focus structure for linear beam tubes
US3443146A (en) Conductive elements interconnecting adjacent members of the delay structure in a traveling wave tube
KR101679518B1 (en) Magnetron
US3283200A (en) High frequency electron discharge device having improved permanent magnetic focusing
RU206633U1 (en) MAGNETIC FOCUSING SYSTEM
RU2796977C1 (en) Magnetic focusing system
RU2803328C1 (en) Magnetic periodic focusing system
JP2019186083A (en) Klystron
RU2235384C1 (en) Sectionalized traveling-wave tube and its design alternates
US6693378B1 (en) Magnetron for microwave ovens
RU2091898C1 (en) Travelling-wave tube with periodic magnetic focusing system
RU2039391C1 (en) Periodic focusing magnetic system
RU2074448C1 (en) Magnetic focusing system of o-type microwave device
US6867405B2 (en) Magnetron for microwave ovens
US2648799A (en) Cavity resonator magnetron
Kato et al. An Electron Cyclotron Resonance Ion Source with Cylindrically Comb‐Shaped Magnetic Field Configuration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121213

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150210

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160930

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181213

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20201214