RU2507625C1 - Клистрон - Google Patents
Клистрон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507625C1 RU2507625C1 RU2012133004/07A RU2012133004A RU2507625C1 RU 2507625 C1 RU2507625 C1 RU 2507625C1 RU 2012133004/07 A RU2012133004/07 A RU 2012133004/07A RU 2012133004 A RU2012133004 A RU 2012133004A RU 2507625 C1 RU2507625 C1 RU 2507625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron beam
- output
- cavities
- cavity
- energy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения. Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов, полостей. Резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля. В выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту. Технический результат - повышение 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] (IEEE Transactions on Plasma Science, vol.22, №5, October 1994, p.692). Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из одной полости, внешней по отношению к пучку электронов, средство вывода излучения, а также устройство для формирования ведущего магнитного поля. В данном устройстве немодулированный электронный поток, выходящий из катода, поступает в первый резонатор, в зазоре которого имеется продольное электрическое поле сверхвысокой частоты. Это поле производит скоростную модуляцию электронного потока. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки. В выходном резонаторе происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию СВЧ с последующим выводом энергии в выходную нагрузку.
Недостатком данной конструкции является малый КПД генерации излучения.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству является триаксиальный клистрон, описанный также в [1] (p.698). Как и в аналоге, данное устройство содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру, средство вывода излучения, а также устройство для формирования ведущего магнитного поля. Резонансная структура данного клистрона отличается от структуры аналога выходным резонатором, который образован не одной полостью, а двумя, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов, причем вывод энергии в выходную нагрузку осуществляется только посредством внутренней полости.
Недостатком данного генератора является малый КПД генерации излучения, обусловленный 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 установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов полостей, из которых внутренняя имеет средство вывода излучения, резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля, в предлагаемом клистроне в выходном резонаторе помимо внутренней полости, внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту.
За счет организации в прототипе по сравнению с аналогом дополнительной, внутренней полости, настроенной на такую же частоту, что и внешняя, значительно уменьшается пространство взаимодействия 11 (см. фиг.2а и 2б) и тем самым уменьшается угол пролета , где
ω - круговая частота;
d - величина пространства взаимодействия;
ϑ0 - скорость электронного потока.
В свою очередь, уменьшение угла пролета приводит к увеличению коэффициента связи электронного потока m с резонатором и, как следствие, к увеличению электронного КПД, который пропорционален m.
Посредством сравнения прототипа с заявляемым, устанавливаем, что принцип действия устройства основан на следующем. Если внешняя полость резонатора не имеет узла вывода энергии (средства вывода излучения), как это организовано в прототипе, то в ней непрерывно нарастает электрическое поле, что непременно приводит к пробою резонатора. После пробоя скачкообразно возрастает угол пролета, и пока во внешней полости резонатора электрическое поле не достигло величины, равной величине поля во внутренней полости, угол пролета остается не оптимальным и, как следствие этого, КПД клистрона низок. В заявляемом устройстве и во внутренней, и во внешней полостях выходного резонатора происходит отбор кинетической энергии электронов и преобразование ее в энергию СВЧ с последующим выводом энергии в выходную нагрузку. За счет отбора энергии в выходную нагрузку, пробоя резонатора не происходит, и угол пролета остается оптимальным. Вторым важным фактором увеличения КПД является наличие двух каналов в средстве вывода излучения, что значительно уменьшает пробойные явления в трактах вывода излучения.
Таким образом, за счет организации и использования заявляемым образом выводного резонатора с внутренней и внешней полостями, снабженными средством вывода излучения, более эффективно используется энергия пучка электронов и повышается КПД генерации СВЧ-излучения.
На фиг.1 схематически изображен клистрон и подключение питания к устройству. На фиг.2 подробно изображена область взаимодействия электронного пучка с электрическим полем резонатора; 2а - аналог, 2б - прототип и заявляемое устройство.
Заявляемый генератор представляет собой расположенные в вакуумной камере 4 катод 2, анод 3, модулирующие резонаторы 6. Траектория движения пучка электронов 5 проходит между внутренней 8 и внешней 9 полостями выходного резонатора, настроенными на одну частоту. Энергия пучка электронов преобразуется в энергию СВЧ колебаний и посредством двух каналов системы вывода излучения 10 поступает из внутренней и наружной полостей выходного резонатора в атмосферу. Устройство для формирования ведущего магнитного поля 7 обеспечивает прохождение пучка электронов вдоль оси резонаторов. К катоду 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 5, который транспортируется вдоль оси резонаторов 6 с помощью магнитного поля, создаваемого устройством для формирования ведущего магнитного поля 7. Далее, промодулированный резонаторами 6 пучок пролетает между внутренней 8 и внешней 9 полостями выходного резонатора. В пространстве взаимодействия 11 происходит контакт пучка электронов с электрическим полем полостей резонатора, создавая в них СВЧ излучение (эквипотенциальные поверхности электрического поля изображены на фиг.2, позиция 12). Излучение из внутренней и наружной полостей выходного резонатора выводится в атмосферу через два канала системы вывода излучения 10. Таким образом, электронный пучок отдает дополнительную энергию внешней полости выходного резонатора для преобразования ее в высокочастотную электромагнитную энергию. То есть, увеличивается эффективность преобразования энергии пучка в СВЧ-излучение.
В примере выполнения предложенного СВЧ-генератора катод выполнен из тонкостенной нержавеющей стали, анод и резонаторы изготовлены из меди. Внутренние полости генератора вакуумируются до давления остаточного газа ~10-5 Top.
Таким образом, благодаря повышению эффективности преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения за счет усовершенствования резонансной структуры, КПД генератора увеличен.
Claims (1)
- Клистрон, содержащий установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов полостей, из которых внутренняя имеет средство вывода излучения, резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля, отличающийся тем, что в выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012133004/07A RU2507625C1 (ru) | 2012-08-01 | 2012-08-01 | Клистрон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012133004/07A RU2507625C1 (ru) | 2012-08-01 | 2012-08-01 | Клистрон |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012133004A RU2012133004A (ru) | 2014-02-10 |
RU2507625C1 true RU2507625C1 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=50031898
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012133004/07A RU2507625C1 (ru) | 2012-08-01 | 2012-08-01 | Клистрон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507625C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU186470U1 (ru) * | 2018-04-23 | 2019-01-22 | Демидова Елена Викторовна | Источник СВЧ излучения высокой мощности |
RU191221U1 (ru) * | 2018-09-28 | 2019-07-30 | Демидова Елена Викторовна | Источник СВЧ-излучения |
RU2782362C1 (ru) * | 2022-06-09 | 2022-10-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ формирования квазинепрерывного узкополосного излучения дециметрового диапазона длин волн |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6768265B1 (en) * | 2000-08-01 | 2004-07-27 | Calabazas Creek Research, Inc. | Electron gun for multiple beam klystron using magnetic focusing |
US7365493B2 (en) * | 2001-03-02 | 2008-04-29 | Kist Europe Korea Institute Of Science And Technology Europe Forschungsgesellschaft Mbh | Device for producing high frequency microwaves |
RU2334302C2 (ru) * | 2006-10-09 | 2008-09-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Сверхвысокочастотный генератор магнетронного типа |
RU2342733C1 (ru) * | 2007-07-23 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Устройство для генерирования электрических импульсов напряжения |
RU2404477C1 (ru) * | 2009-11-18 | 2010-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Клистрон |
-
2012
- 2012-08-01 RU RU2012133004/07A patent/RU2507625C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6768265B1 (en) * | 2000-08-01 | 2004-07-27 | Calabazas Creek Research, Inc. | Electron gun for multiple beam klystron using magnetic focusing |
US7365493B2 (en) * | 2001-03-02 | 2008-04-29 | Kist Europe Korea Institute Of Science And Technology Europe Forschungsgesellschaft Mbh | Device for producing high frequency microwaves |
RU2334302C2 (ru) * | 2006-10-09 | 2008-09-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Сверхвысокочастотный генератор магнетронного типа |
RU2342733C1 (ru) * | 2007-07-23 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Устройство для генерирования электрических импульсов напряжения |
RU2404477C1 (ru) * | 2009-11-18 | 2010-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Клистрон |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IEEE Transactions on Plasma Science, vol.22, N5, October 1994, p.692, 698. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU186470U1 (ru) * | 2018-04-23 | 2019-01-22 | Демидова Елена Викторовна | Источник СВЧ излучения высокой мощности |
RU191221U1 (ru) * | 2018-09-28 | 2019-07-30 | Демидова Елена Викторовна | Источник СВЧ-излучения |
RU2782362C1 (ru) * | 2022-06-09 | 2022-10-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ формирования квазинепрерывного узкополосного излучения дециметрового диапазона длин волн |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012133004A (ru) | 2014-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Singh et al. | Gyrotron and its electron beam source: A review | |
Wang et al. | Experimental investigation of a super klystron-like relativistic backward wave oscillator operating with low magnetic field | |
Du et al. | Development of a magnetic cusp gun for terahertz harmonic gyrodevices | |
RU2507625C1 (ru) | Клистрон | |
Miao et al. | Experimental demonstration of dual-mode relativistic backward wave oscillator with a beam filtering ring packaged with permanent magnet | |
RU2343584C1 (ru) | Клистрон | |
Migliore et al. | Novel configuration for a C-band axial vircator with high output power | |
RU2404477C1 (ru) | Клистрон | |
RU2396632C1 (ru) | Клистронный генератор | |
Dang et al. | A Ku-band compact disk-beam relativistic klystron oscillator operating at low guiding magnetic field | |
Loza et al. | Increase in the average radiation power of a plasma relativistic microwave generator | |
Bekhovskaya et al. | The use of a high-current electron beam in plasma relativistic microwave oscillators | |
Chen et al. | Design of multi-gap extended output cavity for W band Sheet beam EIK | |
Jun-Tao et al. | A new low-impedance high power microwave source | |
Ginzburg et al. | Production of ultra-short high-power microwave pulses in Čerenkov backward-wave systems | |
Akafyeva et al. | Some results of investigation of power multi-beam monotron oscillator | |
RU2760284C1 (ru) | Источник рентгеновского излучения с циклотронным авторезонансом | |
RU128057U1 (ru) | Ускоритель электронов | |
Reddy et al. | 14.5: PIC simulation of a gyrotron-traveling-wave tube amplifier | |
Heid et al. | Compact solid state direct drive RF linac | |
Luo et al. | Electron acceleration efficiency enhancement with tapered magnetic field by circularly polarized microwave | |
Hüning et al. | An electron linac injector with a hybrid buncher structure | |
Friedman et al. | The physics and applications of modulated intense relativistic electron beams | |
Chernousov et al. | Accelerated electron-beam formation with a high capture coefficient in a parallel coupled accelerating structure | |
Simonov et al. | Principles for design of high power pulsed microwave devices and devices with low operating voltage for accelerators |