RU2507626C1 - Multibeam microwave device of o-type - Google Patents
Multibeam microwave device of o-type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507626C1 RU2507626C1 RU2012130721/07A RU2012130721A RU2507626C1 RU 2507626 C1 RU2507626 C1 RU 2507626C1 RU 2012130721/07 A RU2012130721/07 A RU 2012130721/07A RU 2012130721 A RU2012130721 A RU 2012130721A RU 2507626 C1 RU2507626 C1 RU 2507626C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resonator
- input
- active
- groups
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной СВЧ технике, а именно к мощным многолучевым СВЧ приборам O-типа, например к многолучевым клистронам (МЛК), предназначенным для работы преимущественно в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.The invention relates to electronic microwave equipment, namely to powerful O-type multipath microwave devices, for example to multipath klystrons (MLK), designed to operate mainly in the shortwave part of the centimeter wavelength range.
Важнейшими требованиями, которые предъявляются при создании современных конструкций усилительных клистронов, являются: увеличение средней и импульсной выходной мощности, расширение полосы рабочих частот, а также увеличение КПД клистрона. При этом должны обеспечиваться высокие эксплуатационные характеристики приборов, такие как низкие питающие напряжения и малые массогабаритные характеристики.The most important requirements for creating modern designs of amplifying klystrons are: an increase in the average and pulsed output power, an expansion of the operating frequency band, and an increase in the efficiency of the klystron. At the same time, high operational characteristics of devices, such as low supply voltages and small overall dimensions, should be ensured.
Также одним из основных требований к клистрону с управлением по специальному электроду электронной пушки (управляющей сетке), является необходимость обеспечения его высокой электрической прочности (минимального числа пробоев в пушке). Следует отметить, что с увеличением рабочей частоты МЛК, а следовательно, уменьшением длины волны, обеспечение баланса внутри комплекса вышеуказанных параметров значительно усложняется за счет уменьшения физических размеров резонаторов электродинамической системы.Also one of the main requirements for a klystron controlled by a special electrode of an electron gun (control grid) is the need to ensure its high electric strength (minimum number of breakdowns in the gun). It should be noted that with an increase in the operating frequency of the MLK, and, consequently, with a decrease in the wavelength, the balance within the complex of the above parameters is significantly complicated by reducing the physical dimensions of the resonators of the electrodynamic system.
Известны мощные многолучевые клистроны с электродинамической системой, содержащей резонаторы на основном виде колебаний [1]. В таких клистронах электронные лучи проходят через отдельные пролетные каналы в общей пролетной трубе, размещенной в тороидальном резонаторе. Низкопервеансные с малым током электронные лучи легче фокусируются, группируются и с большой эффективностью передают свою энергию высокочастотному полю. Выходная мощность образуется в результате суммирования мощностей, отдаваемых полю многими слаботочными лучами. В результате удается существенно уменьшить рабочее напряжение и в ряде случаев уменьшить габариты и массу клистрона и его источников питания. Кроме того, с увеличением суммарного первеанса может быть существенно увеличена полоса усиления такого клистрона.Powerful multi-beam klystrons with an electrodynamic system containing resonators based on the main mode of oscillation are known [1]. In such klystrons, electron beams pass through separate passage channels in a common passage pipe placed in a toroidal resonator. Low-current, low-current electron beams are easier to focus, group, and transfer their energy to the high-frequency field with high efficiency. The output power is formed by summing the powers given to the field by many low-current rays. As a result, it is possible to significantly reduce the operating voltage and, in some cases, reduce the dimensions and mass of the klystron and its power sources. In addition, with an increase in the total perveance, the gain band of such a klystron can be significantly increased.
Однако при создании клистронов с уровнем средней мощности более 10 кВт в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн, использование многолучевой конструкции с резонаторами на основном виде колебаний наталкивается на трудности, связанные с необходимостью решения противоречивых задач. Для обеспечения широкой полосы усиления необходимо уменьшать диаметр пролетной трубы, а для обеспечения большого уровня мощности, хорошего теплорассеяния, низкой плотности тока с катода и высокой электропрочности прибора, необходимо увеличивать число лучей, а, следовательно, увеличивается и диаметр пролетной трубы.However, when creating klystrons with an average power level of more than 10 kW in the short-wavelength part of the centimeter wavelength range, the use of a multi-beam design with resonators based on the main mode of oscillation encounters difficulties associated with the need to solve conflicting problems. To ensure a wide gain band, it is necessary to reduce the diameter of the span pipe, and to ensure a large power level, good heat dissipation, low current density from the cathode and high electric strength of the device, it is necessary to increase the number of rays, and, consequently, the diameter of the span pipe also increases.
При использовании традиционных резонаторов тороидального типа максимальные размеры диаметра пролётной трубы составляют примерно половину рабочей длины волны. При этом парциальные лучи расположены по одной или более окружностям. Использование пролётной трубы большого диаметра приводит к изменению амплитуды электрического поля по радиусу. Это приводит к снижению эффективности взаимодействия электронного потока и к неоднородности модуляции электронных лучей во внешних и во внутренних рядах пролётных каналов, а, следовательно, к падению КПД.When using traditional toroidal resonators, the maximum diameter of the span tube is approximately half the operating wavelength. In this case, partial rays are located on one or more circles. The use of a span pipe of large diameter leads to a change in the amplitude of the electric field along the radius. This leads to a decrease in the efficiency of the interaction of the electron beam and to the heterogeneity of the modulation of electron beams in the outer and inner rows of the passage channels, and, consequently, to a decrease in the efficiency.
При уменьшении рабочей длины волны клистрона допустимый диаметр пролетной трубы соответственно уменьшается. Соответственно уменьшается достижимая величина импульсной и средней мощности при сохранении требуемой электропрочности.With a decrease in the working wavelength of the klystron, the permissible diameter of the span tube decreases accordingly. Accordingly, the achievable value of the pulsed and average power is reduced while maintaining the required electrical strength.
Электропрочность определяется рядом факторов: величиной напряжённости электрического поля в межэлектродных промежутках электронной пушки, качеством поверхности электродов, уровнем вакуума в приборе и т.д. Величина напряжённости электрического поля, зависит от первеанса одного луча и величины ускоряющего напряжения, которые при известном числе лучей полностью определяют выходную мощность клистрона.Electrical strength is determined by a number of factors: the magnitude of the electric field in the interelectrode gaps of the electron gun, the surface quality of the electrodes, the level of vacuum in the device, etc. The magnitude of the electric field depends on the perveance of one beam and the magnitude of the accelerating voltage, which, with a known number of rays, completely determine the output power of the klystron.
Известна конструкция клистрона средней мощности имеющего в общей вакуумной оболочке два парциальных МЛК [2]. Входные и выходные резонаторы парциальных МЛК попарно связаны между собой, образуя входной и выходной активные резонаторы клистрона (двухтрубные резонаторы), а промежуточные резонаторы (однотрубные резонаторы) парциальных МЛК не связаны с соседними резонаторами. Все резонаторы являются двухзазорными коаксиальными (работающими на противофазном виде). Такая конструкция позволяет иметь более широкую полосу частот по сравнению с однозазорными резонаторами. Однако диаметр пролетной трубы в таком типе резонаторов может быть не более четверти длины волны, что ограничивает уровень выходной мощности каждого парциального МЛК. Обеспечение большого уровня выходной мощности так же невозможно из-за трудности теплоотвода от средних перемычек двухзазорных резонаторов.A known design of a medium-power klystron having two partial MLK in a common vacuum shell [2]. Partial MLK input and output resonators are paired with each other, forming klystron active and output klystron resonators (two-tube resonators), and partial resonators (single-tube resonators) of partial MLK are not connected with neighboring resonators. All resonators are double-gap coaxial (operating in antiphase form). This design allows you to have a wider frequency band compared to single-gap resonators. However, the diameter of the span tube in this type of resonator can be no more than a quarter of the wavelength, which limits the level of output power of each partial MLK. Ensuring a large level of output power is also impossible due to the difficulty of heat removal from the middle jumpers of double-gap resonators.
Данная конструкция имеет уровень выходной импульсной мощности порядка 15 кВт в полосе 500 МГц и КПД прибора ~15%.This design has an output pulse power level of about 15 kW in the 500 MHz band and the efficiency of the device is ~ 15%.
Используемые в такой конструкции клистрона двухтрубные входные и выходные резонаторы имеют повышенную чувствительность распределения электрического поля к неоднородностям, возникающим при нагрузке входного и выходного резонаторов, что снижает КПД клистрона.The two-pipe input and output resonators used in such a klystron design have an increased sensitivity of the distribution of the electric field to inhomogeneities that occur when the input and output cavities are loaded, which reduces the efficiency of the klystron.
Известна конструкция клистрона большой импульсной и средней мощности, содержащего электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую входной и выходной активные резонаторы, в каждом из которых размещены по две многолучевые пролетные трубы, промежуточные активные резонаторы и первый выходной пассивный резонатор, электромагнитно связанный с выходным активным резонатором, при этом входной, выходной и промежуточные активные резонаторы, в каждом из которых размещены по две многолучевые пролетные трубы, выполнены в виде отрезков волноводов с рабочим видом колебаний H201 а диаметр D каждой многолучевой пролетной трубы выбран из условия D=(0,4÷0,45)λ, где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора.The known design of a klystron of large pulsed and medium power, containing an electron gun, input and output of energy, a collector and an electrodynamic system, including input and output active resonators, each of which contains two multipath span tubes, intermediate active resonators and the first output passive resonator, electromagnetically coupled to the output active resonator, while the input, output and intermediate active resonators, each of which contains two multipath span the pipes are made in the form of segments of waveguides with a working mode of oscillation H 201 and the diameter D of each multipath span pipe is selected from the condition D = (0.4 ÷ 0.45) λ, where λ is the wavelength corresponding to the center frequency of the instrument working band.
Данная конструкция позволяет обеспечить высокий уровень выходной мощности (импульсной и средней) в достаточно широкой полосе частот в средней части сантиметрового диапазона.This design allows you to provide a high level of output power (pulsed and medium) in a fairly wide frequency band in the middle of the centimeter range.
Однако, при переходе в коротковолновую часть сантиметрового диапазона диаметр пролётной трубы, зависящий от длины волны, физически уменьшается. В таком резонаторе в коротковолновой части сантиметрового диапазона становится невозможно разместить большое число лучей, что приводит к уменьшению выходной мощности, ухудшению электропрочности и уменьшению срока службы клистрона. Используемые в такой конструкции клистрона двухтрубные входные и выходные резонаторы имеют повышенную чувствительность распределения электрического поля к неоднородностям, возникающим при нагрузке входного и выходного резонаторов, что снижает КПД клистрона.However, when moving to the shortwave part of the centimeter range, the diameter of the span pipe, depending on the wavelength, physically decreases. In such a resonator, it becomes impossible to place a large number of rays in the short-wavelength part of the centimeter range, which leads to a decrease in the output power, a decrease in the electric strength, and a decrease in the service life of the klystron. The two-pipe input and output resonators used in such a klystron design have an increased sensitivity of the distribution of the electric field to inhomogeneities that occur when the input and output cavities are loaded, which reduces the efficiency of the klystron.
Задачей изобретения является создание многолучевого импульсного многорезонаторного СВЧ прибора O-типа (например, клистрона) работающего в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн, обладающего высокими уровнями импульсной и средней выходной мощности в широкой полосе частот при достаточной электропрочности, а также высоким КПД.The objective of the invention is the creation of a multi-beam pulsed multi-resonator microwave device of the O-type (for example, klystron) operating in the short wavelength part of the centimeter wavelength range, which has high levels of pulsed and average output power in a wide frequency band with sufficient electric strength, as well as high efficiency.
В предлагаемом изобретении увеличение выходной мощности прибора достигается путём выбора вида колебаний активных резонаторов и заданной величины диаметра многолучевого электронного пучка, обеспечивающегося определенным размещением индивидуальных пролетных трубок для пропускания электронных лучей в активных резонаторах. При этом предлагаемая конструкция обеспечивает высокий КПД в заданной полосе частот.In the present invention, an increase in the output power of the device is achieved by choosing the type of oscillation of the active resonators and the specified diameter of the multipath electron beam, which is provided by the specific placement of individual span tubes for transmitting electron beams in the active resonators. Moreover, the proposed design provides high efficiency in a given frequency band.
Предлагается многолучевой СВЧ прибор O-типа, содержащий электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую входной, выходной и промежуточные активные резонаторы, первый выходной пассивный резонатор, электромагнитно связанный с выходным активным резонатором, при этом входной, выходной и промежуточные активные резонаторы выполнены в виде отрезков волноводов с рабочим видом колебаний H301, в каждом входном, выходном и промежуточном активном резонаторе для пропускания электронных лучей размещены по три группы индивидуальных пролетных трубок, при этом пролетные трубки каждой из групп имеют аксиально-симметричное размещение в виде, по крайней мере, одного кольцевого ряда, а диаметр окружности D, ограничивающей внешний кольцевой ряд пролетных трубок каждой из групп выбран из условияAn O-type multipath microwave device containing an electron gun, energy input and output, a collector and an electrodynamic system including an input, output, and intermediate active resonators, a first output passive resonator electromagnetically coupled to an output active resonator, with input, output, and intermediate active resonators are in the form of segments of waveguides with a working view oscillations H 301, each input, output and intermediate active cavity for passage of the electron beams has Three groups of individual tubes of spans, wherein each span of tube groups have an axially symmetrical arrangement in the form of at least one annular row, and the diameter of the circle D, bounding the outer annular row of tubes span each of the groups selected from the condition
D=(0.32÷0.42)λ,D = (0.32 ÷ 0.42) λ,
где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора.where λ is the wavelength corresponding to the center frequency of the working band of the device.
В предлагаемом изобретении входной активный резонатор может быть электромагнитно связан с входным волноводом через щель связи, выполненную в их общей стенке, расположенной перпендикулярно плоскости проходящей через оси трех групп пролётных трубок входного активного резонатора.In the present invention, the input active resonator can be electromagnetically coupled to the input waveguide through a coupling slit made in their common wall located perpendicular to the plane passing through the axis of three groups of transit tubes of the input active resonator.
В предлагаемом изобретении входной активный резонатор электромагнитно связан с входным пассивным резонатором через щель связи, выполненную в их общей стенке, расположенной перпендикулярно плоскости, проходящей через оси трех групп пролётных трубок входного активного резонатора.In the present invention, the input active resonator is electromagnetically coupled to the input passive resonator through a coupling slit made in their common wall located perpendicular to the plane passing through the axes of the three groups of transit tubes of the input active resonator.
В предлагаемом изобретении входной активный резонатор может быть электромагнитно связан с входным пассивным резонатором через щель связи, выполненную в их общей стенке, расположенной перпендикулярно плоскости, проходящей через оси трех групп пролётных трубок входного активного резонатора.In the present invention, the input active resonator can be electromagnetically coupled to the input passive resonator through a coupling slit made in their common wall located perpendicular to the plane passing through the axis of three groups of transit tubes of the input active resonator.
В предлагаемом изобретении входной активный резонатор может быть электромагнитно связан с входным пассивным резонатором, выполненным в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний Н301, через три щели связи, которые выполнены напротив центров групп пролётных трубок выходного активного резонатора, в их общей стенке, размещённой параллельно плоскости, проходящей через оси трех групп пролётных трубок входного активного резонатора.In the present invention, the input active resonator can be electromagnetically coupled to the input passive resonator, made in the form of a segment of a rectangular waveguide with a working mode of oscillation H 301 , through three communication slots, which are made opposite the centers of the span tubes of the output active resonator, in their common wall, located parallel to the plane passing through the axis of the three groups of span tubes of the input active resonator.
В последних двух случаях входной пассивный резонатор электромагнитно связан с входным волноводом через щель связи в их общей стенке.In the last two cases, the input passive resonator is electromagnetically coupled to the input waveguide through a coupling gap in their common wall.
В предлагаемом изобретении первый выходной пассивный резонатор может быть выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний Н301 при этом первый выходной пассивный резонатор электромагнитно связан с выходным активным резонатором через три щели связи, которые выполнены напротив центров групп пролётных трубок выходного активного резонатора, в их общей стенке, расположенной параллельно плоскости, проходящей через оси трех групп пролётных трубок выходного активного резонатора, а выходной волновод электромагнитно связан с первым выходным пассивным резонатором через щель связи в их общей стенке.In the present invention, the first output passive resonator can be made in the form of a segment of a rectangular waveguide with a working mode of oscillation H 301, while the first output passive resonator is electromagnetically coupled to the output active resonator through three coupling slots, which are opposite the centers of the span tubes of the output active resonator, in their common wall parallel to the plane passing through the axis of three groups of span tubes of the output active resonator, and the output waveguide is an electromagnet a first output connected to a passive resonator via the communication slot in their common wall.
В предлагаемом изобретении первый выходной пассивный резонатор может быть выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний Н201, при этом первый выходной пассивный резонатор электромагнитно связан с выходной активным резонатором через две щели связи, выполненные напротив центров двух соседних групп пролётных трубок выходного активного резонатора, в их общей стенке, расположенной параллельно плоскости, проходящей через оси трех групп пролётных трубок выходного активного резонатора, а выходной волновод электромагнитно связан с первым выходным пассивным резонатором через щель связи в их общей стенке, при этом щель связи смещена относительно оси первого выходного пассивного резонатора.In the present invention, the first output passive resonator can be made in the form of a segment of a rectangular waveguide with a working mode of oscillation H 201 , while the first output passive resonator is electromagnetically coupled to the output active resonator through two coupling slots made opposite the centers of two adjacent groups of transit tubes of the output active resonator , in their common wall located parallel to the plane passing through the axis of three groups of span tubes of the output active resonator, and the output waveguide is magnetically coupled to the first output passive resonator through a coupling gap in their common wall, wherein the coupling gap is offset relative to the axis of the first output passive resonator.
В предлагаемом изобретении первый выходной пассивный резонатор может быть электромагнитно связан со вторым выходным пассивным резонатором через, по крайней мере, одну щель связи, выполненную в общей стенке этих резонаторов, при этом второй выходной пассивный резонатор электромагнитно связан с выходным волноводом через щель связи в их общей стенке.In the present invention, the first output passive resonator can be electromagnetically coupled to the second output passive resonator through at least one coupling slot made in the common wall of these resonators, while the second output passive resonator is electromagnetically coupled to the output waveguide through the coupling slot in their common the wall.
Использование в предлагаемом изобретении резонаторов с рабочим видом колебаний H301 позволяет использовать три многолучевых электронных пучка, которые проходят через три группы индивидуальных пролетных трубок в каждом резонаторе, что даёт возможность увеличить общее количество лучей, и соответственно, выходную мощность прибора при сохранении требуемой электропрочности. Размещение в активных резонаторах по три группы индивидуальных пролетных трубок также позволяет уменьшить диаметр окружности D, ограничивающей внешний кольцевой ряд пролетных трубок каждой группы (и по сути являющийся аналогом диаметра пролетной трубы), и тем самым, уменьшить неравномерность распределения электрического поля в каждой группе пролетных трубок, что в свою очередь позволяет увеличить КПД и коэффициент усиления клистрона. При этом использование вместо общей пролетной трубы групп индивидуальных пролетных трубок позволяет увеличить характеристическое сопротивление активных резонаторов на величину порядка 10%, что также дает увеличение КПД, коэффициента усиления и полосы рабочих частот клистрона.The use in the proposed invention of resonators with a working mode of oscillation H 301 allows the use of three multipath electron beams that pass through three groups of individual span tubes in each resonator, which makes it possible to increase the total number of rays, and accordingly, the output power of the device while maintaining the required electrical strength. Placing three groups of individual span tubes in active resonators also makes it possible to reduce the diameter of the circle D bounding the outer annular row of span tubes of each group (and in fact being an analog of the diameter of the span pipe), and thereby reduce the uneven distribution of the electric field in each group of span tubes , which in turn allows you to increase the efficiency and gain of the klystron. At the same time, using instead of a common span tube, groups of individual span tubes can increase the characteristic resistance of active resonators by an amount of the order of 10%, which also gives an increase in efficiency, gain, and frequency band of the klystron.
Расчётные и экспериментальные данные показали, что в предлагаемой конструкции прибора диаметр окружности D, ограничивающей внешний кольцевой ряд каждой группы индивидуальных пролетных трубок должен находиться в пределах 0,32÷0,42 длины волны, соответствующей центральной частоте рабочей полосы прибора.The calculated and experimental data showed that in the proposed design of the device, the diameter of the circle D bounding the outer annular row of each group of individual span tubes should be within 0.32 ÷ 0.42 wavelength corresponding to the central frequency of the working band of the device.
Увеличение этого диаметра более 0,42 указанной длины волны приводит к уменьшению характеристического сопротивления резонатора, а также к большой неравномерности распределения электрического поля в группах пролетных трубок и, соответственно, уменьшению КПД и коэффициента усиления клистрона, что приводит к уменьшению выходной мощности.An increase in this diameter of more than 0.42 of the indicated wavelength leads to a decrease in the characteristic resistance of the resonator, as well as to a large uneven distribution of the electric field in the groups of span tubes and, accordingly, a decrease in the efficiency and gain of the klystron, which leads to a decrease in the output power.
Уменьшение диаметра менее 0,32 указанной длины волны приводит к невозможности размещения достаточного числа лучей в группе, что не позволяет обеспечить высокую электропрочность и долговечность прибора при больших уровнях выходной мощности. Конкретное значение диаметра окружности ограничивающей внешний кольцевой ряд каждой группы индивидуальных пролетных трубок прибора выбирается из указанного интервала значений с учётом наиболее плотной упаковки пролетных трубок, которая в свою очередь выбирается исходя из требуемых диаметров и количества каналов, а также из заданного диапазона рабочих частот.A decrease in diameter of less than 0.32 of the indicated wavelength makes it impossible to place a sufficient number of rays in the group, which does not allow for high electrical strength and durability of the device at high levels of output power. The specific value of the diameter of the circle bounding the outer annular row of each group of individual span tubes of the device is selected from the indicated range of values taking into account the densest packing of span tubes, which in turn is selected based on the required diameters and number of channels, as well as from a given range of operating frequencies.
Входной активный резонатор электромагнитно связан с входным волноводом непосредственно или, для увеличения коэффициента усиления, через пассивный входной резонатор. Входной волновод соединён с вводом энергии.The input active cavity is electromagnetically coupled directly to the input waveguide or, to increase the gain, through a passive input cavity. The input waveguide is connected to the input of energy.
Для обеспечения широкополосности прибора выходной активный резонатор электромагнитно связан с выходным волноводом через один или два (для обеспечения большей рабочей полосы прибора) последовательно соединённых пассивных резонатора. Выходной волновод соединён с выводом энергии.To ensure the broadband of the device, the output active resonator is electromagnetically coupled to the output waveguide through one or two passive resonators connected in series to the output band of the device. The output waveguide is connected to the energy output.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 схематично изображён предлагаемый многолучевой многорезонаторный клистрон.Figure 1 schematically shows the proposed multi-beam multi-cavity klystron.
На фиг.2 схематично изображено конструктивное выполнение активного резонатора.Figure 2 schematically shows a structural embodiment of the active resonator.
На фиг.3а и 3б схематично изображены варианты выполнения входного активного резонатора (фиг.3а - входной активный резонатор с входным волноводом, фиг.3б - входной активный резонатор с входным пассивным резонатором и входным волноводом.Figures 3a and 3b schematically illustrate embodiments of an input active resonator (Fig. 3a is an input active resonator with an input waveguide; Fig. 3b is an input active resonator with an input passive resonator and an input waveguide.
На фиг.4 схематично изображен вариант выполнения выходного активного резонатора с первым выходным пассивным резонатором, выполненным в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний H301 и выходным волноводом.Figure 4 schematically shows an embodiment of an output active resonator with a first output passive resonator made in the form of a segment of a rectangular waveguide with a working mode of oscillation H 301 and an output waveguide.
На фиг.5 схематично изображен вариант выполнения выходного активного резонатора с первым выходным пассивным резонатором, выполненным в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний Н201 и выходным волноводом.Figure 5 schematically shows an embodiment of an output active resonator with a first output passive resonator made in the form of a segment of a rectangular waveguide with a working mode of oscillation H 201 and an output waveguide.
На фиг.6 схематично изображен вариант выполнения выходного активного резонатора с двумя выходными пассивными резонаторами и выходным волноводом.6 schematically shows an embodiment of an output active resonator with two output passive resonators and an output waveguide.
Многолучевой многорезонаторный клистрон, схематично изображённый на фиг.1, содержит электронную пушку 1, коллектор 2, ввод энергии 3, вывод энергии 4 и электродинамическую систему 5, включающую входной активный резонатор 6, промежуточные активные резонаторы 7 и выходной активный резонатор 8, каждый из которых содержит три группы индивидуальных пролётных трубок 9.The multi-beam multi-cavity klystron, schematically depicted in figure 1, contains an electron gun 1, a collector 2, an energy input 3, an energy output 4 and an electrodynamic system 5, including an input active resonator 6, intermediate
На фиг.2 изображён активный резонатор 7, содержащий три группы индивидуальных пролётных трубок 9.Figure 2 shows the
На фиг.3а изображён входной активный резонатор 6, электромагнитно связанный непосредственно с входным волноводом 10 через щель связи 11 в их общей стенке 12, расположенной перпендикулярно плоскости, проходящей через оси трех групп индивидуальных пролётных трубок 9.On figa shows the input active resonator 6, electromagnetically directly connected to the
На фиг.3б изображён входной активный резонатор 6, электромагнитно связанный с входным пассивным резонатором 13 через щель связи 14 в их общей стенке 15, расположенной перпендикулярно плоскости, проходящей через оси трех групп индивидуальных пролётных трубок 9, и входным волноводом 10, связанным с входным пассивным резонатором 13 через щель связи 16 в их общей стенке 17.On fig.3b shows the input active resonator 6, electromagnetically connected to the input
На фиг.4 изображён входной активный резонатор 6, электромагнитно связанный с входным пассивным резонатором 11, выполненным в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний H301 через три щели связи 18 в их общей стенке 19, расположенной параллельно плоскости, проходящей через оси трех групп индивидуальных пролётных трубок 9, причём щели связи расположены напротив центров групп индивидуальных пролётных трубок 9. Входной пассивный резонатор 11 электромагнитно связан с входным волноводом 10 через щель связи 16 в их общей стенке 17.Figure 4 shows the input active resonator 6, electromagnetically coupled to the input
На фиг.5 изображён выходной активный резонатор 8, электромагнитно связанный с первым выходным пассивным резонатором 20, выполненным в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний Н201 через две щели связи 21 в их общей стенке 22, расположенной параллельно плоскости, проходящей через оси трех групп индивидуальных пролётных трубок 9, причём щели связи расположены напротив центров двух соседних групп индивидуальных пролётных трубок 9. Первый выходной пассивный резонатор 20 электромагнитно связан с выходным волноводом 23 через щель связи 24 в их общей стенке 25, причём щель связи смещена относительно оси первого выходного пассивного резонатора 20.Figure 5 shows the output
На фиг.6 изображён выходной активный резонатор 8, электромагнитно связанный с первым выходным пассивным резонатором 20, имеющим рабочий вид колебаний H101 через щель связи 26 в их общей стенке 22, расположенной параллельно плоскости, проходящей через оси трех групп индивидуальных пролётных трубок 9, причём щель связи расположена напротив центра группы индивидуальных пролётных трубок 9. Первый выходной пассивный резонатор электромагнитно связан со вторым выходным пассивным резонатором 27 через щель связи 28, выполненную в их общей стенке 29. Второй выходной пассивный резонатор 27 электромагнитно связан с выходным волноводом 23 через щель связи 30 в их общей стенке 31.Figure 6 shows the output
Клистрон, схематично изображённый на фиг. 1, работает следующим образом. Входная СВЧ мощность поступает на ввод энергии 3 и возбуждает во входном активном резонаторе 6 СВЧ колебания. При этом СВЧ энергия подводится от ввода энергии 3 к резонатору 6 либо непосредственно через входной волновод 10 (фиг.3а), либо через последовательно соединённые входной волновод 10 и входной пассивный резонатор 13 (фиг.3б). Электронные лучи проходя через входной активный резонатор 6 модулируются по скорости СВЧ энергией. В пролётных трубках 9 ускоренные электроны догоняют более медленные. В промежуточных активных резонаторах 7 электронные лучи наводят СВЧ поле, которое в свою очередь дополнительно модулирует электронные лучи. В результате этого происходит группировка электронных лучей в сгустки. Отбор энергии от электронных лучей происходит в выходном активном резонаторе 8 путём торможения сгустков электронов в высокочастотном поле этого резонатора. Усиленная СВЧ мощность из выходного активного резонатора 8 выводится из клистрона через вывод энергии 4. При этом СВЧ энергия поступает от резонатора 8 к выводу энергии 4 либо через первый выходной пассивный резонатор 20 и выходной волновод 23, либо через два последовательно соединённых выходных пассивных резонатора 20 и 27 и выходной волновод 23 (фиг.6).The klystron shown schematically in FIG. 1, works as follows. The input microwave power is supplied to the input of energy 3 and excites microwave oscillations in the input active resonator 6. When this microwave energy is supplied from the input of energy 3 to the resonator 6 either directly through the input waveguide 10 (Fig.3A), or through a series-connected
Предлагаемая конструкция опробована в мощных широкополосных клистронах, содержащих восемь активных резонаторов, с рабочим видом колебаний H301 в каждом из которых размещены по три группы из пяти индивидуальных пролетных трубок, имеющих размещение в виде кольцевых рядов с диаметром окружности, ограничивающей кольцевые ряды от 0,34 до 0,41 длины волны, соответствующей, центральной частоте рабочей полосы прибора, и два пассивных выходных резонатора (расположенных согласно фиг.6).The proposed design has been tested in powerful broadband klystrons containing eight active resonators, with a working mode of oscillations H 301 , each of which contains three groups of five individual span tubes that are arranged in the form of ring rows with a circle diameter bounding the ring rows from 0.34 up to 0.41 wavelength corresponding to the center frequency of the working band of the device, and two passive output resonators (located according to Fig.6).
Получены следующие результаты: при работе в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн обеспечен уровень выходной импульсной мощности более 120 кВт в полосе 200 МГц при высокой электрической прочности. В ранее существовавших конструкциях не удавалось достичь такого комплекса параметров в указанном диапазоне частот.The following results were obtained: when working in the short-wavelength part of the centimeter wavelength range, an output pulse power level of more than 120 kW in the 200 MHz band was provided with high dielectric strength. In pre-existing structures, it was not possible to achieve such a set of parameters in the indicated frequency range.
Предлагаемая конструкция может быть широко использована при создании мощных широкополосных приборов O-типа в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн (например, клистронов) для применения в радиоэлектронной аппаратуре.The proposed design can be widely used to create powerful O-type broadband devices in the short wavelength part of the centimeter wavelength range (for example, klystrons) for use in electronic equipment.
Источники информации:Information sources:
1. В.И. Пугнин Оценка предельной мощности многолучевых клистронов с резонаторами на основном виде колебаний для современных РЛС. «Радиотехника», 2000 г., №2 стр.43-50.1. V.I. Pugnin Assessment of the ultimate power of multi-beam klystrons with resonators in the main mode of oscillation for modern radars. "Radio Engineering", 2000, No. 2 p. 43-50.
2. А.А. Тув. Трехсантиметровый мощный широкополосный низковольтный многолучевой усилительный клистрон двухствольной конструкции. Радиотехника, 2000 г., №2, стр.51-53.2. A.A. Tuv. Three-centimeter powerful broadband low-voltage multi-beam amplification klystron double-barrel design. Radio Engineering, 2000, No. 2, pp. 51-53.
3. А.А. Пугнин, А.Н. Юнаков, Т.Н. Бурдина Патент РФ №2244980 приоритет от 18.08.2003 г. Многолучевой прибор O-типа.3. A.A. Pugnin, A.N. Yunakov, T.N. Burdina RF Patent No.2244980 priority of August 18, 2003. O-type multipath device.
Claims (8)
D=(0,32÷0,42)λ,
где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора.1. An O-type multipath microwave device containing an electron gun, energy input and output, a collector and an electrodynamic system including an input, output and intermediate active resonators, a first output passive resonator electromagnetically coupled to an output active resonator, characterized in that the input output and intermediate active resonators are in the form of segments of waveguides with a working view oscillations H 301 at each input, output and intermediate active cavity for passage of the electron beams is linearly pa mescheny groups of three individual tubes spans, wherein each span of tube groups have an axially symmetrical arrangement in the form of at least one annular row, and the circle diameter D, bounding the outer annular row of tubes span of each group is selected from the condition
D = (0.32 ÷ 0.42) λ,
where λ is the wavelength corresponding to the center frequency of the working band of the device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012130721/07A RU2507626C1 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | Multibeam microwave device of o-type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012130721/07A RU2507626C1 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | Multibeam microwave device of o-type |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012130721A RU2012130721A (en) | 2014-01-27 |
| RU2507626C1 true RU2507626C1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=49956867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012130721/07A RU2507626C1 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | Multibeam microwave device of o-type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2507626C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747579C2 (en) * | 2019-05-08 | 2021-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Powerful broadband klystron |
| RU2793170C1 (en) * | 2022-11-30 | 2023-03-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А. И. Шокина" | O-type multi-beam microwave device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6493424B2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-12-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Multi-mode operation of a standing wave linear accelerator |
| RU2244980C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Multibeam o-type device |
| US20050077831A1 (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-14 | Nec Microwave Tube, Ltd. | Microwave tube system and microwave tube |
| RU2328053C2 (en) * | 2006-07-31 | 2008-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Microwave device of o-type |
| RU2349983C1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Гамма" (ЗАО "НПП "Гамма") | Microwave power emitter (versions) |
| RU2379782C1 (en) * | 2008-05-04 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Device for generating electrical voltage pulses |
-
2012
- 2012-07-18 RU RU2012130721/07A patent/RU2507626C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6493424B2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-12-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Multi-mode operation of a standing wave linear accelerator |
| RU2244980C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Multibeam o-type device |
| US20050077831A1 (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-14 | Nec Microwave Tube, Ltd. | Microwave tube system and microwave tube |
| RU2328053C2 (en) * | 2006-07-31 | 2008-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Microwave device of o-type |
| RU2349983C1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Гамма" (ЗАО "НПП "Гамма") | Microwave power emitter (versions) |
| RU2379782C1 (en) * | 2008-05-04 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Device for generating electrical voltage pulses |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747579C2 (en) * | 2019-05-08 | 2021-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Powerful broadband klystron |
| RU2793170C1 (en) * | 2022-11-30 | 2023-03-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А. И. Шокина" | O-type multi-beam microwave device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012130721A (en) | 2014-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6768265B1 (en) | Electron gun for multiple beam klystron using magnetic focusing | |
| US8179045B2 (en) | Slow wave structure having offset projections comprised of a metal-dielectric composite stack | |
| US5317233A (en) | Vacuum tube including grid-cathode assembly with resonant slow-wave structure | |
| WO2009123593A1 (en) | Hollow beam electron gun for use in a klystron | |
| CN104157538A (en) | High-power continuous wave klystron for Tokamak device | |
| CN105261541A (en) | High power radial line relativistic klystron amplifier | |
| US7446478B2 (en) | Klystron amplifier | |
| RU2507626C1 (en) | Multibeam microwave device of o-type | |
| Lee et al. | A fifty megawatt klystron for the stanford linear collider | |
| Phillips et al. | High-power klystrons for the next linear collider | |
| RU2244980C1 (en) | Multibeam o-type device | |
| CN113838727B (en) | Miniaturized high-power klystron based on single-ridge CeSRR unit | |
| RU95897U1 (en) | O-TYPE MULTI-BEAM DEVICE | |
| RU2328053C2 (en) | Microwave device of o-type | |
| RU2449467C1 (en) | Super-power microwave device | |
| US5521551A (en) | Method for suppressing second and higher harmonic power generation in klystrons | |
| US3248597A (en) | Multiple-beam klystron apparatus with periodic alternate capacitance loaded waveguide | |
| US4742271A (en) | Radial-gain/axial-gain crossed-field amplifier (radaxtron) | |
| RU2793170C1 (en) | O-type multi-beam microwave device | |
| CN113725053B (en) | Plane cascade klystron | |
| RU2152102C1 (en) | Shf electronic device-istron | |
| RU2804521C1 (en) | Multibeam klystron | |
| RU2623096C2 (en) | MULTI-BEAM KLYSTRON WITH RING RESONATORS WORKING IN FORM OF E0n0 FLUCTUATIONS | |
| RU2150765C1 (en) | Method and device for producing broad-band, high- power, superhigh-frequency quasi-noise signals | |
| RU2554106C1 (en) | Klystron-type superpower multibeam uhf instrument |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |