RU2404477C1 - Клистрон - Google Patents
Клистрон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404477C1 RU2404477C1 RU2009142654/07A RU2009142654A RU2404477C1 RU 2404477 C1 RU2404477 C1 RU 2404477C1 RU 2009142654/07 A RU2009142654/07 A RU 2009142654/07A RU 2009142654 A RU2009142654 A RU 2009142654A RU 2404477 C1 RU2404477 C1 RU 2404477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solenoids
- klystron
- energy
- magnetic field
- resonators
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Изобретение «Клистрон» относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения. Клистрон содержит установленный в вакуумной камере и подключенный к внешнему источнику питания катод, анод, систему резонаторов, коллектор, устройство для создания ведущего магнитного поля, а также вывод энергии. Особенностью клистрона является то, что устройство для создания ведущего магнитного поля состоит из последовательно включенных соленоидов двух типов, имеющих разную индуктивность, установленных таким образом, что соленоиды с меньшей индуктивностью расположены напротив зазоров резонаторов. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности использования энергии пучка электронов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения.
В качестве аналога рассмотрим клистрон, описанный в [1] (Лебедев И.В., под ред. Девяткова Н.Д. Техника и приборы сверхвысоких частот. Изд. 2-ое. Учебник для вузов по специальности «Электронные приборы», М.: «Высшая школа», 1972, с.129). В данном устройстве немодулированный электронный поток, выходящий из катода, поступает в первый резонатор, между сетками которого имеется продольное электрическое поле сверхвысокой частоты. Это поле производит скоростную модуляцию электронного потока. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки. Эти сгустки поступают во второй резонатор с частотой, равной частоте входного сигнала, и наводят ток, протекающий по внутренней поверхности стенок второго резонатора. Появляющееся между сетками резонатора электрическое поле тормозит электроны. Кинетическая энергия электронов, полученная ими от источника ускоряющего напряжения, преобразуется в энергию СВЧ-колебаний и поступает через вывод энергии в выходную нагрузку.
Недостатком данной конструкции является малый КПД генерации излучения.
Более близким по техническому решению к предлагаемому устройству является релятивистский многорезонаторный клистрон, описанный в [2] (IEEE Transactions on Plasma Science, vol.22, №5, October 1994, p.692). В двухрезонаторном клистроне препятствием для дальнейшего повышения КПД является ограничение по максимальной модуляции пучка. В многорезонаторном клистроне электронный поток, поступающий из катода в первый резонатор, модулируется по скорости, при этом, если модулирующее напряжение мало, то во второй резонатор поступают лишь слабо сформированные сгустки. На зазоре второго резонатора наводится напряжение, значительно превышающее напряжение на первом зазоре. Это напряжение, в свою очередь, производит скоростную модуляцию электронного потока. Аналогичные процессы протекают в каждом промежуточном резонаторе многорезонаторного клистрона. Таким образом, амплитудная модуляция электронного пучка значительно увеличивается, благодаря чему увеличивается КПД генератора. Однако в релятивистском клистроне невозможно применять сетки в зазорах резонаторов, так как из-за высокой энергии электронного пучка они будут очень быстро сгорать. В связи с этим линии электрического поля имеют максимальную плотность непосредственно в зазоре, и эта плотность уменьшается ближе к оси резонатора. Поэтому нужно провести пучок максимально близко к поверхности резонатора, чтобы взаимодействие пучка и электрического поля было максимальным, однако слишком близко провести не удается, так как пучок садится на стенки резонатора.
Таким образом, основной недостаток данного генератора заключается в малом КПД генерации излучения, обусловленном низкой эффективностью преобразования энергии пучка электронов в СВЧ-излучение.
Задачей предлагаемого изобретения является создание усовершенствованного СВЧ-генератора с целью повышения КПД генерации излучения.
Техническим результатом данного решения является увеличение эффективности использования энергии пучка электронов.
Технический результат в заявляемом устройстве достигается за счет того, что в отличие от известного клистрона, содержащего установленный в вакуумной камере и подключенный к внешнему источнику питания катод, анод, систему резонаторов, коллектор, средство вывода излучения, а также устройство для создания ведущего магнитного поля, в предлагаемом клистроне устройство для создания ведущего магнитного поля состоит из последовательно включенных соленоидов двух типов, имеющих разную индуктивность, установленных таким образом, что соленоиды с меньшей индуктивностью расположены напротив зазоров резонаторов.
За счет этого улучшается взаимодействие пучка электронов с электрическим полем резонаторов, что позволяет увеличить эффективность преобразования энергии электронного пучка в СВЧ-излучение.
Посредством сравнения прототипа с заявляемым устанавливаем, что принцип действия устройства основан на следующем. Диаметр катода выбирается с таким расчетом, чтобы электроны пучка не осаждались на стенки трубы дрейфа, поэтому при обычной конфигурации магнитного поля пучок проходит на значительном расстоянии от резонаторов, из-за чего электроны неэффективно взаимодействуют с электрическим полем резонаторов. В заявляемом генераторе за счет уменьшения магнитного поля в районе зазоров резонаторов, обеспечиваемого определенной последовательностью размещения соленоидов различного типа, траектория движения электронов изгибается и проходит вблизи зазоров, что повышает эффективность их взаимодействия с электрическим полем резонаторов.
Таким образом, за счет применения соленоидов с разной индуктивностью и особенностью их размещения более эффективно используется энергия пучка электронов и поэтому повышается КПД генерации СВЧ-излучения.
На фиг.1 схематически изображен клистрон и подключение питания к устройству, на фиг.2 более детально изображена траектория движения пучка электронов в электрическом поле зазора резонатора.
Заявляемый генератор представляет собой расположенный в вакуумной камере 4 катод 2, анод 3, резонаторы 6 и коллектор для сбора электронов 10. Траектория движения пучка электронов 5 совпадает с силовыми линиями магнитного поля, создаваемого последовательностью соленоидов двух типов 7 и 8, имеющих разную индуктивность. При этом индуктивность соленоидов 7 больше, чем индуктивность соленоидов 8, которые расположены в местах установки резонаторов, благодаря чему пучок эффективней взаимодействует с электрическим полем 11 резонаторов. Энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-колебаний и поступает через вывод энергии 9 в атмосферу. К диоду прикладывается высоковольтное напряжение от внешнего источника питания 1.
В качестве источника питания можно использовать генератор импульсного напряжения, выполненного, например, по схеме Аркадьева-Маркса [2] (Месяц Г.А. "Генерирование мощных наносекундных импульсов", М.: Атомиздат, 1972).
Устройство работает следующим образом. При подаче импульсного напряжения от внешнего источника питания 1 на катод 2 с поверхности катода инжектируется пучок электронов. С целью транспортировки пучка вдоль резонаторов до коллектора используется продольное магнитное поле. Соленоиды 8 имеют меньшую индуктивность по сравнению с соленоидами 7 и, соответственно, создают меньшее магнитное поле, при этом соленоиды 8 расположены напротив зазоров резонаторов. Благодаря этому траектория движения пучка электронов 5 изгибается в районе зазоров, электроны проходят ближе к зазорам, там, где сильнее электрическое поле (фиг.2). Таким образом, взаимодействие электронного пучка с электрическим полем зазора резонатора увеличивается, электроны отдают больше энергии резонатору для преобразования ее в высокочастотную электромагнитную энергию. Таким образом, увеличивается эффективность преобразования энергии пучка электронов в СВЧ-излучение. Излучение выводится в атмосферу через вывод энергии 9.
В примере выполнения предложенного СВЧ-генератора катод выполнен из тонкостенной нержавеющей стали, резонаторы изготовлены из меди. Коллектор, предназначенный для сбора электронов, прошедших зазор последнего резонатора, и рассеивания в виде тепла оставшейся кинетической энергии пучка, представляет собой толстостенный медный цилиндр. Внутренние полости генератора вакуумируются до давления остаточного газа ~10-5 Тор.
Таким образом, благодаря повышению эффективности преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения за счет улучшения условий взаимодействия пучка с электрическим полем зазоров резонаторов КПД генератора увеличен.
Claims (1)
- Клистрон, содержащий установленный в вакуумной камере и подключенный к внешнему источнику питания катод, анод, систему резонаторов, коллектор, устройство для создания ведущего магнитного поля, а также средство вывода излучения, отличающийся тем, что устройство для создания ведущего магнитного поля состоит из последовательно включенных соленоидов двух типов, имеющих разную индуктивность, установленных таким образом, что соленоиды с меньшей индуктивностью расположены напротив зазоров резонаторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142654/07A RU2404477C1 (ru) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | Клистрон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142654/07A RU2404477C1 (ru) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | Клистрон |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2404477C1 true RU2404477C1 (ru) | 2010-11-20 |
Family
ID=44058537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009142654/07A RU2404477C1 (ru) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | Клистрон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2404477C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449467C1 (ru) * | 2011-04-26 | 2012-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Сверхмощное свч устройство |
RU2507625C1 (ru) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Клистрон |
RU218274U1 (ru) * | 2022-02-14 | 2023-05-18 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") | Магнетронная электронная пушка клистрона |
-
2009
- 2009-11-18 RU RU2009142654/07A patent/RU2404477C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IEEE Transactions on Plasma Science, vol.22, №5, October 1994, p.692. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449467C1 (ru) * | 2011-04-26 | 2012-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Сверхмощное свч устройство |
RU2507625C1 (ru) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Клистрон |
RU218274U1 (ru) * | 2022-02-14 | 2023-05-18 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") | Магнетронная электронная пушка клистрона |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3886399A (en) | Electron beam electrical power transmission system | |
Wang et al. | Experimental investigation of a super klystron-like relativistic backward wave oscillator operating with low magnetic field | |
RU2404477C1 (ru) | Клистрон | |
Miao et al. | Experimental demonstration of dual-mode relativistic backward wave oscillator with a beam filtering ring packaged with permanent magnet | |
Saraph et al. | Design of a single-stage depressed collector for high-power, pulsed gyroklystron amplifiers | |
RU2343584C1 (ru) | Клистрон | |
RU2379783C1 (ru) | Лампа бегущей волны | |
RU2507625C1 (ru) | Клистрон | |
US3886398A (en) | Electron beam electrical power transmission system | |
Balkcum et al. | High-power coaxial ubitron oscillator: Theory and design | |
Wang et al. | Efficiency enhancement of a klystron-like relativistic backward wave oscillator with waveguide reflection and bunching promotion | |
Naqvi et al. | High-efficiency TWT design using traveling-wave bunch compression | |
JP4756283B2 (ja) | 電子ビーム発生装置、x線発生装置及びx線利用装置 | |
Teryaev et al. | 100 kW CW highly-efficient multi-beam klystron for a future electron-ion collider | |
Jun-Tao et al. | A new low-impedance high power microwave source | |
RU2760284C1 (ru) | Источник рентгеновского излучения с циклотронным авторезонансом | |
RU2278439C1 (ru) | Клистрон | |
RU2494490C2 (ru) | Лампа бегущей волны | |
GB2315363A (en) | Microwave pulse generators | |
Hüning et al. | An electron linac injector with a hybrid buncher structure | |
RU2738394C1 (ru) | Лампа бегущей волны линеаризованного усилителя свч-мощности | |
RU103056U1 (ru) | Линейный резонансный ускоритель электронов | |
Liu et al. | Design and Simulation of Electron Optics System for 340 GHz Extended Interaction Klystron | |
Belyavskiy et al. | Analytical Nonlinear Adiabatic Theory of the Autophase Microwave Tube | |
US4229677A (en) | High-power hyperfrequency emission tube |