RU2396632C1 - Klystron generator - Google Patents

Klystron generator Download PDF

Info

Publication number
RU2396632C1
RU2396632C1 RU2008145410/09A RU2008145410A RU2396632C1 RU 2396632 C1 RU2396632 C1 RU 2396632C1 RU 2008145410/09 A RU2008145410/09 A RU 2008145410/09A RU 2008145410 A RU2008145410 A RU 2008145410A RU 2396632 C1 RU2396632 C1 RU 2396632C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
klystron
cathode
electron beam
generator
microwave
Prior art date
Application number
RU2008145410/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008145410A (en
Inventor
Борис Васильевич Алехин (RU)
Борис Васильевич Алехин
Вячеслав Вячеславович Воронин (RU)
Вячеслав Вячеславович Воронин
Сергей Анатольевич Виноградов (RU)
Сергей Анатольевич Виноградов
Виктор Дмитриевич Селемир (RU)
Виктор Дмитриевич Селемир
Николай Владимирович Степанов (RU)
Николай Владимирович Степанов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2008145410/09A priority Critical patent/RU2396632C1/en
Publication of RU2008145410A publication Critical patent/RU2008145410A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2396632C1 publication Critical patent/RU2396632C1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: klystron generator includes magnetic field formation system, anode and cathode, which are connected to high voltage source, resonance structure in the form of resonators separated with drift tubes, as well as feedback circuit and radiation output device. Generator differs by the fact that as electron beam source there used is explosive-emission cathode, and geometrical sizes of resonators, drift tubes, cathode, anode have been agreed with parametres of high voltage source and have been chosen so that function of feedback circuit is performed with electron beam.
EFFECT: increasing microwave radiation power at decreasing the dimensional characteristics and simplifying the construction of klystron generator.
1 dwg

Description

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике и может быть использовано при разработке мощных генераторов СВЧ-излучения для целей радиолокации, навигации и техники ускорителей элементарных частиц.The invention relates to microwave technology and can be used in the development of powerful microwave generators for radar, navigation and particle accelerator technology.

Для дециметрового диапазона длин волн весьма актуальной задачей является создание мощных высокоэффективных генераторных приборов СВЧ с улучшенными габаритными характеристиками. В этом спектральном диапазоне в качестве таких источников сверхвысокочастотного излучения в основном используются пролетные усилительные клистроны.For the decimeter wavelength range, a very urgent task is to create powerful high-performance microwave generating devices with improved overall characteristics. In this spectral range, span amplifier klystrons are mainly used as such sources of microwave radiation.

Работа клистронных СВЧ-устройств основана на принципе скоростной модуляции электронного пучка под действием СВЧ-поля резонатора. Дальнейшее движение скоростно-модулированного пучка в пространстве без сверхвысокочастотного поля - пространстве дрейфа - ведет к образованию электронных уплотнений и таким образом постоянный по плотности электронный поток получает переменную составляющую тока. Процесс возникновения переменного тока получил название процесса группировки электронного пучка. Конструктивно, любой клистронный прибор СВЧ содержит электронную пушку, систему транспортировки электронного пучка, резонансную структуру, элементы которой разделены пространствами дрейфа и устройство вывода излучения (Ю.А.Кацман Приборы сверхвысоких частот. М. - Высшая школа. - 1973 [1], И.В.Лебедев Техника и приборы сверхвысоких частот. М. - Высшая школа. - 1972 [2]).The operation of klystron microwave devices is based on the principle of high-speed modulation of the electron beam under the influence of the microwave field of the resonator. Further movement of the velocity-modulated beam in space without a microwave field - the drift space - leads to the formation of electronic seals and thus the electron density constant in density receives an alternating current component. The process of occurrence of alternating current is called the process of grouping an electron beam. Structurally, any microwave klystron device contains an electron gun, an electron beam transport system, a resonant structure, the elements of which are separated by drift spaces and a radiation output device (Yu.A. Katsman Microwave Devices. Higher School. - 1973 [1], I .V. Lebedev Technique and devices of superhigh frequencies. M. - Higher School. - 1972 [2]).

В вышеназванных источниках пучок электронов в клистронных СВЧ-генераторах формируется с помощью накальных термоэмиссионных катодов. Основными недостатками таких классических СВЧ-устройств является относительно низкий коэффициент полезного действия, малая выходная мощность и наличие внешней цепи обратной связи (ОС), соединяющей первый и выходной резонаторы генератора. Кроме того, применение в конструкциях клистронных генераторов электронных пушек на основе термоэмиссии при попытках увеличить выходную мощность до мегаваттного уровня с неизбежностью ведет к резкому увеличению габаритов СВЧ-приборов. Это, в основном, связано с низкими плотностями токов, формируемыми данными пушками, что, как следствие, приводит к необходимости иметь большие площади катодов, а также требует применения протяженных труб дрейфа для эффективной группировки электронного пучка.In the above sources, an electron beam in klystron microwave generators is formed using glow thermionic cathodes. The main disadvantages of such classic microwave devices are the relatively low efficiency, low output power and the presence of an external feedback circuit (OS) connecting the first and output resonators of the generator. In addition, the use of thermionic emission electron guns in the designs of klystron generators when trying to increase the output power to a megawatt level inevitably leads to a sharp increase in the dimensions of microwave devices. This is mainly due to the low current densities generated by these guns, which, as a result, leads to the need to have large cathode areas, and also requires the use of extended drift tubes for efficient electron beam bunching.

За прототип, наиболее близкий к заявляемому клистронному генератору по совокупности признаков, выбран пятирезонаторный клистрон с цепью обратной связи в виде коаксиальной линии передачи (Б.С.Дмитриев, Ю.Д.Жарков, Д.В.Клокотов, Н.М.Рыскин Экспериментальное исследование сложной динамики в многорезонаторном клистронном автогенераторе с запаздывающей обратной связью. ЖТФ. - 2003. - Том 73. - Вып.7. - Стр.105-110).For the prototype closest to the claimed klystron generator in terms of features, a five-cavity klystron with a feedback circuit in the form of a coaxial transmission line was selected (B.S.Dmitriev, Yu.D. Zharkov, D.V. Klokotov, N.M. Ryskin Experimental investigation of complex dynamics in a multi-cavity klystron oscillator with delayed feedback. ZhTF. - 2003. - Volume 73. - Iss. 7. - Pages 105-110).

Прототип содержит систему формирования магнитного поля, подключенные к источнику высокого напряжения анод и катод, являющийся источником пучка электронов, резонансную структуру, состоящую из пяти резонаторов, разделенных трубами дрейфа, цепь обратной связи и средство вывода СВЧ-излучения.The prototype contains a magnetic field generation system, an anode and a cathode connected to a high voltage source, which is a source of an electron beam, a resonant structure consisting of five resonators separated by drift tubes, a feedback circuit, and a microwave radiation output means.

Клистрон, выполненный по схеме прототипа, работает в режиме генератора. Электронный пучок, формируемый термокатодом, в ведущем магнитном поле пропускается вдоль резонансной структуры, взаимодействуя с СВЧ-полем резонаторов. При наличии цепи обратной связи, соединяющей первый и последний резонаторы клистрона, происходит передача части генерируемой СВЧ-мощности в первый резонатор. В результате между сетками первого резонатора наводится СВЧ-напряжение, которое позволяет за счет явления скоростной модуляции обеспечить группировку электронов в области зазора последнего резонатора. Из последнего резонатора микроволновое излучение с помощью устройства вывода передается в нагрузку. Отрезок коаксиального кабеля, соединяющий первый и последний резонатор, выполняет функцию внешней цепи обратной связи, обеспечивающей выполнение амплитудного и фазового условий самовозбуждения клистрона.The klystron, made according to the prototype scheme, works in generator mode. An electron beam formed by a thermal cathode in a leading magnetic field is passed along the resonant structure, interacting with the microwave field of the resonators. In the presence of a feedback circuit connecting the first and last klystron resonators, a part of the generated microwave power is transferred to the first resonator. As a result, a microwave voltage is induced between the grids of the first resonator, which allows the grouping of electrons in the gap region of the last resonator due to the phenomenon of high-speed modulation. From the last resonator, microwave radiation is transmitted to the load using an output device. A piece of coaxial cable connecting the first and last resonator performs the function of an external feedback circuit that ensures the fulfillment of the amplitude and phase conditions of self-excitation of the klystron.

Недостатками клистронного генератора, выбранного в качестве прототипа, являются невысокий уровень генерируемой мощности и наличие специально организованной внешней цепи обратной связи, что ведет к существенному усложнению конструкции всего устройства. Следует особо отметить, что построение по схеме прототипа мощного СВЧ-генератора вызовет еще большие трудности в обеспечении функционирования цепи обратной связи из-за существенно возросшего уровня СВЧ-мощности, а также приведет к неоправданно большим габаритным характеристикам прибора в связи с применением термокатода.The disadvantages of the klystron generator, selected as a prototype, are the low level of generated power and the presence of a specially organized external feedback circuit, which leads to a significant complication of the design of the entire device. It should be noted that the construction of a prototype powerful microwave generator according to the scheme will cause even greater difficulties in ensuring the functioning of the feedback circuit due to the significantly increased level of microwave power, and will also lead to unreasonably large overall characteristics of the device in connection with the use of a thermal cathode.

Как известно, в основе генерации микроволнового излучения с помощью электровакуумных приборов и, в частности клистронов, лежит процесс модуляции плотности электронного пучка. Для обеспечения эффективности данного процесса необходимо обеспечить выполнение ряда условий, которые связывают в единую систему параметры пучка, характеристики резонаторов клистрона и геометрические размеры разделяющих резонаторы труб дрейфа.As you know, the basis for the generation of microwave radiation using electrovacuum devices, and in particular klystrons, is the process of modulating the density of the electron beam. To ensure the efficiency of this process, it is necessary to ensure the fulfillment of a number of conditions that connect the beam parameters, the characteristics of the klystron resonators, and the geometric dimensions of the drift tubes separating the resonators into a single system.

Основным фактором, существенно ограничивающим уровень выходной мощности микроволнового излучения клистронных генераторов, выполненных по схеме прототипа, является относительно невысокий первеанс электронных пучков, используемых в этих СВЧ-устройствах (первеанс - отношение тока пучка к напряжению на катоде в степени 3/2-х). Последнее обстоятельство объясняется применением в этих приборах накальных катодов на основе явления термоэмиссии электронов. Типичные первеансы пучков классических пролетных СВЧ-устройств колеблются в пределах 0,1…7,5 мкА/В3/2.The main factor that significantly limits the output power of microwave radiation of klystron generators made according to the prototype scheme is the relatively low perveance of electron beams used in these microwave devices (perveance is the ratio of the beam current to the voltage at the cathode to the degree of 3/2). The latter circumstance is explained by the use of glow cathodes in these devices based on the phenomenon of electron thermal emission. Typical perveances of the beams of classic span microwave devices range from 0.1 ... 7.5 μA / V 3/2 .

Как следствие, при разработке по классической схеме клистронных СВЧ-генераторов мегаваттного уровня мощности они имеют слишком большие габариты. Последнее обстоятельство объясняется тем, что длины труб дрейфа, после прохождения которых наблюдается оптимальная с точки зрения КПД и выходной мощности группировка электронного пучка, получаются чрезмерно большими. Оптимальная длина труб дрейфа определяется плазменной частотой колебаний электронного потока, которая в основном зависит от плотности тока электронного пучка [1, 2]. В классических клистронах на основе термоэмиссии плотности тока пучка редко превышают единицы-десятки ампер на квадратный сантиметр. Это приводит к тому что, плазменная частота колебаний электронного пучка оказывается достаточно низкой.As a result, when developing megawatt power level klystron microwave generators according to the classical scheme, they are too large. The latter circumstance is explained by the fact that the lengths of the drift tubes, after passing through which there is an optimal bunching of the electron beam in terms of efficiency and output power, are excessively large. The optimal length of drift tubes is determined by the plasma frequency of oscillations of the electron beam, which mainly depends on the current density of the electron beam [1, 2]. In classical klystrons based on thermionic emission, beam current densities rarely exceed several tens of amperes per square centimeter. This leads to the fact that the plasma oscillation frequency of the electron beam is quite low.

Кроме того, при реализации генераторного режима работы электровакуумных приборов необходимо обеспечить передачу части генерируемой в выходном резонаторе мощности посредством цепи обратной связи на вход первого резонатора. Как правило, эта цепь выполняется в виде отрезка коаксиальной линии передачи (коаксиального кабеля), либо отверстий связи в стенках соседних резонаторов. Наличие этих элементов в любом случае ведет к снижению выходных характеристик устройства и усложнению конструкции, что в комплексе существенно ограничивает уровень выходного сигнала, так как для возбуждения мощного СВЧ-генератора по этой цепи необходимо передавать электромагнитные поля достаточно большой амплитуды. Известные авторам клистронные генераторы построены по классической схеме с термокатодами и рассчитаны на генерацию СВЧ-излучения с выходной мощностью в пределах нескольких сотен ватт.In addition, when implementing the generator operating mode of electrovacuum devices, it is necessary to ensure the transfer of a part of the power generated in the output resonator via a feedback circuit to the input of the first resonator. Typically, this circuit is in the form of a segment of a coaxial transmission line (coaxial cable), or communication holes in the walls of adjacent resonators. The presence of these elements in any case leads to a decrease in the output characteristics of the device and complicates the design, which in the complex significantly limits the level of the output signal, since in order to excite a powerful microwave generator, it is necessary to transmit electromagnetic fields of a sufficiently large amplitude along this circuit. The klystron generators known to the authors are built according to the classical scheme with thermal cathodes and are designed to generate microwave radiation with an output power of several hundred watts.

Таким образом, для повышения уровня генерируемой мощности, снижения габаритных характеристик клистронных СВЧ-генераторов и упрощения их конструкции необходимо переходить к более высокопервеансным электронным пучкам и отказу от применения внешних цепей обратной связи.Thus, in order to increase the level of generated power, reduce the overall characteristics of klystron microwave generators and simplify their design, it is necessary to switch to higher-performance electron beams and to abandon the use of external feedback circuits.

Техническая задача состоит в совершенствовании конструкции СВЧ-генератора на базе клистрона, существенном повышении уровня генерируемой им СВЧ-мощности и уменьшении габаритных характеристик.The technical task is to improve the design of the microwave generator based on the klystron, significantly increase the level of the microwave power generated by it and reduce the overall characteristics.

Ожидаемым техническим результатом предлагаемого решения является повышение мощности генерируемого излучения при упрощении конструкции и уменьшении габаритов клистронного генератора.The expected technical result of the proposed solution is to increase the power of the generated radiation while simplifying the design and reducing the size of the klystron generator.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного клистронного генератора, содержащего систему формирования магнитного поля, подключенные к источнику высокого напряжения анод и катод, резонансную структуру в виде резонаторов, разделенных трубами дрейфа, а также цепь обратной связи и средство вывода излучения, в предлагаемом генераторе в качестве источника пучка электронов использован взрывоэмиссионный катод, а геометрические размеры резонаторов, труб дрейфа, катода, анода согласованы с параметрами источника высокого напряжения и выбраны таким образом, что функцию цепи обратной связи выполняет электронный пучок.The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the known klystron generator containing a magnetic field generation system, an anode and a cathode connected to a high voltage source, a resonant structure in the form of resonators separated by drift tubes, as well as a feedback circuit and radiation output means, in the proposed the generator used an explosive emission cathode as the source of the electron beam, and the geometric dimensions of the resonators, drift tubes, cathode, anode are consistent with the parameters of the high voltage and are selected so that the function of the feedback circuit performs electron beam.

Катоды на основе явления взрывной эмиссии дают возможность на порядки по сравнению термокатодами повысить плотность и амплитуду генерируемых токов электронных пучков и, как следствие, выходную СВЧ-мощность клистронных генераторов. Возросшие параметры электронных потоков позволяют за счет правильного выбора геометрии и размеров катода, анода, резонаторов и труб дрейфа резонансной структуры и согласования их с уровнем питающего напряжения обеспечить организацию положительной обратной связи между резонаторами клистронного генератора непосредственно через электронный пучок. Последнее обстоятельство снимает необходимость в организации искусственной внешней цепи ОС и существенно упрощает конструкцию клистронного генератора.Cathodes based on the phenomenon of explosive emission make it possible to increase the density and amplitude of the generated electron beam currents and, as a result, the output microwave power of klystron generators by orders of magnitude compared to thermal cathodes. The increased parameters of the electron fluxes, due to the correct choice of the geometry and dimensions of the cathode, anode, resonators and drift tubes of the resonant structure and matching them with the supply voltage level, ensure the organization of positive feedback between the resonators of the klystron generator directly through the electron beam. The latter circumstance removes the need to organize an artificial external circuit of the OS and significantly simplifies the design of the klystron generator.

Кроме того, при большой плотности тока при соответствующем выборе длин зазоров резонаторов образуются отраженные электроны, за счет которых, как показывают расчеты, также возможна реализация внутренней обратной связи посредством электронного пучка.In addition, at a high current density with an appropriate choice of cavity gap lengths, reflected electrons are formed, due to which, as calculations show, it is also possible to realize internal feedback by means of an electron beam.

Применение в клистронных генераторах высокопервеансных электронных пучков, источником которых является катод на основе явления взрывной эмиссии, дополнительно позволяет существенно сократить габаритные характеристики СВЧ-приборов. Как известно, оптимальная длина труб дрейфа, разделяющих соседние резонаторы обратно пропорциональна корню квадратному из плотности тока пучка и прямо пропорциональна корню четвертой степени из напряжения между катодом и анодом. Данная зависимость позволяет при существенном росте плотности тока пучка, достигаемого с помощью взрывоэмиссионных катодов, значительно уменьшить длины труб дрейфа и, как следствие, габариты всего устройства в целом.The use of high-performance electron beams in klystron generators, the source of which is a cathode based on the phenomenon of explosive emission, additionally significantly reduces the overall characteristics of microwave devices. As is known, the optimal length of drift tubes separating adjacent resonators is inversely proportional to the square root of the beam current density and is directly proportional to the fourth degree root of the voltage between the cathode and anode. This dependence makes it possible to significantly reduce the length of the drift tubes and, as a result, the dimensions of the entire device as a whole, with a substantial increase in the beam current density achieved with the help of explosion-emission cathodes.

Таким образом, построение клистрона по предлагаемой схеме позволит достичь технического результата - повышения мощности генерируемого излучения при упрощении конструкции и снижении габаритных характеристик.Thus, the construction of a klystron according to the proposed scheme will achieve a technical result - increasing the power of the generated radiation while simplifying the design and reducing overall characteristics.

На чертеже приведено схематичное изображение заявляемого клистрона,The drawing shows a schematic representation of the inventive klystron,

гдеWhere

1 - источник высокого напряжения;1 - high voltage source;

2 - взрывоэмиссионный катод;2 - explosive emission cathode;

3 - анод;3 - anode;

4 - система ведущего магнитного поля;4 - a system of a leading magnetic field;

5 - электронный пучок;5 - electron beam;

6 - резонансная структура в виде тороидальных резонаторов;6 - resonant structure in the form of toroidal resonators;

7 - трубы дрейфа;7 - drift pipes;

8 - средство вывода СВЧ-излучения.8 - means for outputting microwave radiation.

Заявляемый СВЧ-генератор реализован на практике. В состав макета клистронного генератора, схема которого представлена на чертеже, входят: острокромочный взрывоэмиссионный катод 2, представляющий из себя трубку диаметром 35…45 мм, изготовленную из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, цилиндрический анод 3 диаметром 80 мм, резонансная структура, состоящая из четырех тороидальных резонаторов 6, разделенных трубами дрейфа 7, индуктивное устройство вывода СВЧ-излучения 8, соединенное с коаксиальным радиочастотным кабелем. Взрывоэмиссионный катод в процессе работы формирует тонкостенный кольцевой электронный пучок 5. Вся конструкция размещается в откачиваемом цилиндрическом объеме, который помещается в продольное магнитное поле с индукцией порядка 2,5 кГс, формируемое с помощью соленоида магнитного поля 3. Питание макета осуществлялось от 10-каскадного высоковольтного источника импульсного напряжения 1, каждый каскад которого построен по схеме искусственной формирующей линии.The inventive microwave generator is implemented in practice. The layout of the klystron generator, the diagram of which is shown in the drawing, includes: sharp-edged explosion-emission cathode 2, which is a tube with a diameter of 35 ... 45 mm, made of stainless steel 12X18H10T, a cylindrical anode 3 with a diameter of 80 mm, a resonant structure consisting of four toroidal resonators 6, separated by drift tubes 7, an inductive microwave output device 8 connected to a coaxial RF cable. The explosion-emission cathode during operation forms a thin-walled annular electron beam 5. The entire structure is placed in a pumped cylindrical volume, which is placed in a longitudinal magnetic field with an induction of the order of 2.5 kG, formed using a magnetic field solenoid 3. The breadboard was supplied from a 10-stage high-voltage a pulse voltage source 1, each cascade of which is built according to the scheme of an artificial forming line.

Клистрон работает следующим образом. Импульс высокого напряжения отрицательной полярности от генератора высоковольтных импульсов прикладывается к взрывоэмиссионному катоду. В результате взрыва микроострий на кромке катода формируется интенсивный электронный пучок, который в магнитном поле соленоида проходит вдоль резонансной структуры клистрона. Плотность тока электронного пучка составляет ~200 А/см2, что соответствует первеансу электронного пучка порядка 30…35 мкА/В3/2.Klystron works as follows. A negative-voltage high-voltage pulse from a high-voltage pulse generator is applied to the explosion-emission cathode. As a result of the explosion of the micropoints, an intense electron beam is formed at the cathode edge, which passes along the resonant structure of the klystron in the magnetic field of the solenoid. The electron beam current density is ~ 200 A / cm 2 , which corresponds to the electron beam perveance of the order of 30 ... 35 μA / V 3/2 .

С целью обеспечения максимального уровня выходной СВЧ-мощности для данного клистронного генератора геометрические размеры его основных узлов (диаметр катода, радиальный зазор анод-катод, характеристики резонаторов, диаметры и длины труб дрейфа) согласовывались с амплитудой высоковольтного импульса напряжения и, соответственно, током электронного пучка. Кроме того, размеры щелей резонаторов выбирались на основе компьютерного моделирования процесса взаимодействия электронного пучка и СВЧ-поля резонаторов. Критерием выбора служило появление в области щелей 3-го и 4-го резонаторов отраженных электронов, движущихся в сторону катода. Экспериментальные исследования токопрохождения в заявляемом клистронном генераторе показали, что в оптимальном с точки зрения выходной мощности режиме работы, ток пучка на коллектор имеет форму, характеризуемую наличием выброса на фронте импульса, затем резкого спада и выходом на плато на уровне 0,6…0,7 от амплитудного значения. Зарегистрированная форма импульса тока электронного пучка типична для систем с сильным влиянием объемного заряда на динамику электронов вплоть до образования виртуального катода. Такой режим работы клистрона позволяет обеспечить выполнение электронным пучком функции цепи обратной связи.In order to ensure the maximum level of microwave power output for a given klystron generator, the geometric dimensions of its main nodes (cathode diameter, anode-cathode radial clearance, resonator characteristics, diameters and lengths of drift tubes) were consistent with the amplitude of the high-voltage voltage pulse and, accordingly, the electron beam current . In addition, the sizes of the slots of the resonators were selected on the basis of computer simulation of the interaction of the electron beam and the microwave field of the resonators. The selection criterion was the appearance in the gap region of the 3rd and 4th resonators of reflected electrons moving towards the cathode. Experimental studies of current flow in the inventive klystron generator have shown that in the optimal operating mode from the point of view of output power, the beam current to the collector has a shape characterized by the presence of an ejection at the pulse front, then a sharp decline and reaching a plateau at the level of 0.6 ... 0.7 from the amplitude value. The registered shape of the electron beam current pulse is typical for systems with a strong influence of the space charge on the dynamics of electrons up to the formation of a virtual cathode. This mode of operation of the klystron allows the electron beam to perform the functions of the feedback circuit.

Мощность СВЧ-излучения заявляемого клистронного генератора оценивается величиной порядка 10 МВт.The microwave power of the inventive klystron generator is estimated to be about 10 MW.

Следует особо отметить, что построенный на основании заявляемого решения макет клистронного генератора имеет габаритные размеры (порядка 700 мм) существенно меньше размеров, сравнимых по мощности усилительных клистронов, разработанных с использованием классических подходов. К примеру, промышленный усилительный клистрон КИУ-1 имеет длину более двух метров при сравнимых выходных характеристиках. Сведениями о создании клистронов, работающих в генераторном режиме, с подобными макету выходными параметрами авторы не располагают.It should be specially noted that the model of the klystron generator built on the basis of the proposed solution has overall dimensions (of the order of 700 mm) significantly less than the sizes comparable in power to the amplification klystrons developed using classical approaches. For example, the KIU-1 industrial amplification klystron has a length of more than two meters with comparable output characteristics. The authors do not have information about creating klystrons operating in the generator mode with output parameters similar to the layout.

Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований и компьютерного моделирования было показано, что мощный клистрон с взрывоэмиссионным острокромочным катодом способен эффективно работать в режиме генератора, в котором обратная связь реализована посредством электронного пучка. При этом габаритные характеристики разработанного макета заявляемого устройства существенно меньше размеров классических усилительных клистронов со сравнимыми выходными параметрами при существенном упрощении конструкции.Thus, as a result of experimental studies and computer simulations, it was shown that a powerful klystron with an explosive emission sharp-edged cathode is able to work effectively in the generator mode, in which feedback is realized by means of an electron beam. At the same time, the overall characteristics of the developed layout of the claimed device are significantly smaller than the sizes of classical amplifying klystrons with comparable output parameters with a significant simplification of the design.

Claims (1)

Клистронный генератор, содержащий систему формирования магнитного поля, подключенные к источнику высокого напряжения анод и катод, резонансную структуру в виде резонаторов, разделенных трубами дрейфа, а также цепь обратной связи и средство вывода излучения, отличающийся тем, что в качестве источника пучка электронов использован взрывоэмиссионный катод, а геометрические размеры резонаторов, труб дрейфа, катода, анода согласованы с параметрами источника высокого напряжения и выбраны таким образом, что функцию цепи обратной связи выполняет электронный пучок. A klystron generator containing a magnetic field generation system, anode and cathode connected to a high voltage source, a resonant structure in the form of resonators separated by drift tubes, as well as a feedback circuit and radiation output means, characterized in that an explosive emission cathode is used as an electron beam source and the geometric dimensions of the resonators, drift tubes, cathode, anode are consistent with the parameters of the high voltage source and are selected in such a way that the function of the feedback circuit is There is an electron beam.
RU2008145410/09A 2008-11-17 2008-11-17 Klystron generator RU2396632C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145410/09A RU2396632C1 (en) 2008-11-17 2008-11-17 Klystron generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145410/09A RU2396632C1 (en) 2008-11-17 2008-11-17 Klystron generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008145410A RU2008145410A (en) 2010-05-27
RU2396632C1 true RU2396632C1 (en) 2010-08-10

Family

ID=42679913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008145410/09A RU2396632C1 (en) 2008-11-17 2008-11-17 Klystron generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2396632C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467428C1 (en) * 2011-07-07 2012-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Klystron-type microwave device
RU2723439C1 (en) * 2019-10-22 2020-06-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Klystron

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102573807A (en) 2009-07-21 2012-07-11 凯克斯生物制药公司 Ferric citrate dosage forms

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖТФ, 2003, т.73, вып.7, с.105-107. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467428C1 (en) * 2011-07-07 2012-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Klystron-type microwave device
RU2723439C1 (en) * 2019-10-22 2020-06-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Klystron
RU2723439C9 (en) * 2019-10-22 2020-10-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Klystron

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008145410A (en) 2010-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Korovin et al. Pulsed power-driven high-power microwave sources
Lemke et al. Investigation of a load-limited, magnetically insulated transmission line oscillator (MILO)
Zhang et al. Recent advance in long-pulse HPM sources with repetitive operation in S-, C-, and X-bands
Wang et al. Analysis and simulation of a gigawatt-class Ka-band radial transit time oscillator
RU2396632C1 (en) Klystron generator
Dormidontov et al. Auto-oscillatory system based on dielectric resonator with whispering-gallery modes
Dwivedi et al. Design expressions for the magnetically insulated line oscillator
Zhang et al. Design of an energy recovery system for a gyrotron backward-wave oscillator
Dixit et al. Study on load-side optimization in bifrequency MILO source
Migliore et al. Novel configuration for a C-band axial vircator with high output power
Yang et al. Numerical simulation study and preliminary experiments of a coaxial vircator with radial dual-cavity premodulation
RU2723439C1 (en) Klystron
Qin et al. A novel method to depress higher order mode generation in MILO
Dal Forno et al. Progress on design of radial klystrons
Lang et al. Study of a THz spatial harmonic magnetron
Carlsten et al. Bi-resonant klynac
Teng et al. Generation of beating wave by multi-coaxial relativistic backward wave oscillator
Chung Particle-in-cell code investigation of magnetic field effect on axial vircator
Chen et al. Design of multi-gap extended output cavity for W band Sheet beam EIK
Revolinsky et al. Experiments on a Dual-Frequency, Harmonic, Magnetically Insulated Line Oscillator
Wen et al. Coaxial relativistic backward wave oscillator and coaxial master oscillator-power amplifier
Mimura Invention of the split-anode magnetron
Razavi et al. A 10-kW Output Power Ka-to W-Band Klystron Harmonic Generator
Mendonca et al. 3D ICEPIC simulations of a pulsed relativistic magnetron with transparent cathode: A comparative study
Sumathy et al. Analysis of a multibeam vircator configuration for efficiency enhancement