RU2539973C2 - Compact magnetron structure having forced air cooling - Google Patents
Compact magnetron structure having forced air cooling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539973C2 RU2539973C2 RU2012125472/07A RU2012125472A RU2539973C2 RU 2539973 C2 RU2539973 C2 RU 2539973C2 RU 2012125472/07 A RU2012125472/07 A RU 2012125472/07A RU 2012125472 A RU2012125472 A RU 2012125472A RU 2539973 C2 RU2539973 C2 RU 2539973C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode block
- anode
- cooling
- cooling radiator
- magnetron
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в приборах СВЧ М-типа, в частности в мощных и (или) сверхмощных магнетронах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.The invention relates to electronic equipment and can be used in microwave devices of the M-type, in particular in powerful and (or) heavy-duty magnetrons of millimeter and submillimeter wavelength ranges.
Для того чтобы сравнивать магнетроны между собой мы использовали известное из литературы соотношение
При продвижении в коротковолновую часть миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн уменьшаются размеры пространства взаимодействия и увеличиваются потери в анодной замедляющей системе. В результате этого происходит резкое уменьшение коэффициента полезного действия (КПД) магнетрона до значений менее 10%. Подводимая мощность в цепи анода более чем на 90% преобразуется в тепло, которое необходимо рассеивать, чтобы избежать перегрева анодного блока, других элементов конструкции и неприятностей, связанных с ухудшением вакуумного состояния в приборе, искрениями, пробоями, уменьшению времени безотказной работы магнетрона. Важной проблемой, возникающей при конструировании магнетронов подобного класса, является обеспечение необходимой минимально возможной температуры анодного блока в работающем приборе.When advancing into the short-wavelength part of the millimeter and submillimeter wavelength ranges, the dimensions of the interaction space decrease and the losses in the anode slowdown system increase. As a result of this, there is a sharp decrease in the coefficient of performance (COP) of the magnetron to values less than 10%. The supplied power in the anode circuit is converted by more than 90% into heat, which must be dissipated in order to avoid overheating of the anode block, other structural elements and the troubles associated with the deterioration of the vacuum state in the device, sparks, breakdowns, reduction of the magnetron uptime. An important problem that arises in the design of magnetrons of this class is the provision of the required minimum possible temperature of the anode block in a working device.
Известно, что в настоящее время для охлаждения элементов конструкции прибора используется специальная жидкость, прокачиваемая по каналам анодного блока [3]. Однако такие системы с жидкостным принудительным охлаждением анодного блока имеют серьезные недостатки в эксплуатации:It is known that at present, a special fluid is used to cool the structural elements of the device, pumped through the channels of the anode block [3]. However, such systems with liquid forced cooling of the anode block have serious drawbacks in operation:
- Жидкость, применяемая для охлаждения анодного блока, должна сохранять свои свойства и эффективно работать в интервале рабочих температур от минус 60°C до плюс 100°C. Однако используемые составы жидкостей при минусовых температурах, как правило, загустевают, имеют большую вязкость, и запустить систему охлаждения без дополнительного подогрева жидкости не представляется возможным.- The liquid used to cool the anode block must retain its properties and operate efficiently in the range of operating temperatures from minus 60 ° C to plus 100 ° C. However, the used liquid compositions at minus temperatures tend to thicken, have a high viscosity, and it is not possible to start the cooling system without additional heating of the liquid.
- Известна конструкция магнетрона [4], в которой авторы стремятся использовать жидкость в системе для одновременного охлаждения анодного блока и катода, находящегося под высоким потенциалом. Так как система жидкостного принудительного охлаждения представляет собой замкнутый объем, в котором происходит постоянная прокачка насосом жидкости через каналы анодного блока и катода, то жидкость должна иметь высокое электрическое сопротивление и сохранять его во время всей работы магнетрона. В противном случае в процессе работы появляются большие токи утечки и происходит изменение режимов и электрических параметров прибора.- A known magnetron design [4], in which the authors strive to use liquid in the system for simultaneous cooling of the anode block and the cathode, which is at high potential. Since the liquid forced cooling system is a closed volume in which the pump constantly pumps liquid through the channels of the anode block and cathode, the liquid must have a high electrical resistance and maintain it during the entire operation of the magnetron. Otherwise, large leakage currents appear during operation and the modes and electrical parameters of the device change.
- Используемые системы охлаждения громоздки, энергоемки, неудобны в эксплуатации.- The used cooling systems are bulky, energy-consuming, inconvenient to operate.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание мощного и (или) сверхмощного магнетрона указанных диапазонов длин волн, обеспечивающих высокую надежность и стабильность эксплуатационных параметров при работе с воздушным принудительным охлаждением.The problem to which the invention is directed, is the creation of a powerful and (or) heavy duty magnetron of the indicated wavelength ranges, providing high reliability and stability of operational parameters when working with forced air cooling.
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении эффективности передачи и рассеивания тепла.The technical result achieved in the claimed invention is to increase the efficiency of heat transfer and dissipation.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнетроне, состоящем из анодного блока и коаксиально размещенного внутри него катода, находящегося в пространстве взаимодействия электромагнитных полей, согласно изобретению, на корпус анодного блока посажен коаксиально с ним магнитопровод, а на него посажен коаксиально радиатор охлаждения. Все три элемента закреплены цилиндрическими теплопроводящими стержнями. Один конец каждого стержня закреплен в корпусе анода, другой пропущен через отверстие магнитопровода и закреплен в радиаторе охлаждения, охлаждаемого воздушным потоком.The specified technical result is achieved by the fact that in a magnetron, consisting of an anode block and a cathode coaxially placed inside it, located in the space of interaction of electromagnetic fields, according to the invention, a magnetic circuit is coaxially mounted on the casing of the anode block and a cooling radiator is mounted coaxially on it. All three elements are fixed by cylindrical heat-conducting rods. One end of each rod is fixed in the anode casing, the other is passed through the hole of the magnetic circuit and is fixed in a cooling radiator cooled by air flow.
В другом варианте магнетрона, состоящего из анодного блока и коаксиально размещенного внутри него катода, находящегося в пространстве взаимодействия электромагнитных полей, согласно изобретению, анодный блок с радиатором охлаждения размещен внутри внешнего магнитопровода цилиндрической конструкции, в которой предусмотрены входное и выходное окна для охлаждающего воздушного потока, проходящего сквозь радиатор охлаждения.In another embodiment of the magnetron, consisting of an anode block and a cathode coaxially placed inside it, located in the space of interaction of electromagnetic fields, according to the invention, the anode block with a cooling radiator is placed inside an external magnetic circuit of a cylindrical structure, in which there are inlet and outlet windows for cooling air flow, passing through a cooling radiator.
На фиг. 1 приведена модель конструкции анодного блока с встроенным магнитопроводом, то есть на корпус анодного блока (4), изготовленного из меди, посажен коаксиально с ним магнитопровод (3), изготовленный из стального или другого железосодержащего материала, а на него посажен коаксиально радиатор охлаждения (5), выполненный в виде ребер, либо игольчатых стержней или любых других конфигураций, изготовленных из меди или другого хорошо проводящего тепло материала, все три элемента закреплены цилиндрическими теплопроводящими стержнями (2), изготовленными из меди или другого хорошо проводящего тепло материала. Один конец стержня припаян или закреплен любым другим способом, обеспечивающим контакт в корпусе анода, другой пропущен через отверстие магнитопровода и припаян или закреплен любым другим способом, обеспечивающим контакт в радиаторе охлаждения, позволяющем производить эффективный съем тепла направленным воздушным потоком, сформированным, например, вентилятором. Теплопередача осуществляется от источника нагрева, которым является катод (1), к корпусу анодного блока (4), далее по теплопроводящим элементам конструкции - стержням (2), входящим в отверстие магнитопровода (3), к радиатору охлаждения (5) с дальнейшим охлаждением их воздушным потоком.In FIG. Figure 1 shows the design model of the anode block with an integrated magnetic circuit, that is, on the casing of the anode block (4) made of copper, a magnetic circuit (3) made of steel or other iron-containing material is coaxially mounted with it, and a cooling radiator is mounted coaxially on it (5 ), made in the form of ribs, or needle rods or any other configurations made of copper or other material that conducts heat well, all three elements are fixed by cylindrical heat-conducting rods (2), made mi of copper or other good heat conductive material. One end of the rod is soldered or secured in any other way that provides contact in the anode body, the other is passed through the hole of the magnetic circuit and soldered or secured in any other way that provides contact in the cooling radiator, which allows efficient heat removal by directed air flow formed, for example, by a fan. Heat transfer is carried out from the heating source, which is the cathode (1), to the body of the anode block (4), then along the heat-conducting structural elements - rods (2) entering the hole of the magnetic circuit (3), to the cooling radiator (5) with their further cooling air flow.
Для создания эффективной теплопередачи стержни (2) представляют собой цилиндры, длина спая которых в корпусе связана соотношением с их диаметром, как L=D/2. Суммарная площадь сечения теплопроводящих элементов составляет не менее 10% от площади боковой поверхности корпуса анодного блока.To create effective heat transfer, the rods (2) are cylinders whose junction length in the housing is related by the ratio with their diameter, as L = D / 2. The total cross-sectional area of the heat-conducting elements is at least 10% of the lateral surface area of the anode block housing.
На фиг. 2 представлена модель конструкции магнетрона, в которой корпус анодного блока (4) и радиатор охлаждения (5) цилиндрической конструкции составляют единое целое, изготовлены из меди или другого хорошо проводящего тепло материала и находятся внутри внешнего магнитопровода (3), изготовленного из стального или другого железосодержащего материала, имеющего входное окно с подсоединенным воздуховодом (7) и выходное окно (8) для прохождения воздушного потока, охлаждающего корпус прибора. Радиатор охлаждения (5) может быть выполнен в виде ребер, либо игольчатых стержней или любых других конфигураций, позволяющих производить эффективный съем тепла направленным воздушным потоком. Теплопередача осуществляется от источника нагрева - катода (1) к корпусу анодного блока (4) и радиатору охлаждения (5) с дальнейшим охлаждением их воздушным потоком. Площадь поверхности выходного окна в 1,3-1,4 раза больше входного для обеспечения необходимого истечения потока воздуха. Общая площадь окон должна составлять величину не более 15% от площади поверхности внешнего магнитопровода.In FIG. Figure 2 shows a model of the magnetron design, in which the anode block body (4) and the cylindrical cooling radiator (5) are integral, made of copper or other heat-conducting material and are located inside the external magnetic circuit (3) made of steel or other iron-containing material having an inlet window with a connected duct (7) and an outlet window (8) for the passage of air flow, cooling the housing of the device. The cooling radiator (5) can be made in the form of ribs, or needle rods or any other configurations that allow efficient heat removal by directed air flow. Heat transfer is carried out from the heating source - the cathode (1) to the anode block body (4) and the cooling radiator (5) with further cooling by their air flow. The surface area of the outlet window is 1.3-1.4 times larger than the inlet to ensure the necessary air flow. The total area of the windows should be no more than 15% of the surface area of the external magnetic circuit.
S1+S2≤0,15·πDв·h,S 1 + S 2 ≤0.15 · πD in
гдеWhere
S1 - площадь поверхности входного окна;S 1 - surface area of the input window;
S2 - площадь поверхности выходного окна;S 2 - surface area of the output window;
Dв, h - указаны на фиг. 2.D c , h are indicated in FIG. 2.
При таком соотношении потеря магнитного поля за счет окон составляет не более 2,5%.With this ratio, the loss of magnetic field due to windows is not more than 2.5%.
Практическая реализация изобретения.Practical implementation of the invention.
Пример 1. Для исследования процесса эффективности теплопередачи и определения температуры на корпусе анодного блока использовались магнетроны 2x мм. диапазона длин волн с параметрами:Example 1. To study the process of heat transfer efficiency and determine the temperature on the body of the anode block, 2 x mm magnetrons were used. wavelength range with parameters:
Модель соответствовала конструктивному варианту, изображенному на фиг 1. Для создания воздушного потока использовался вентилятор марки 20ВЦ-10-2А. Температура забираемого для обдува воздуха составляла +25°C. Магнетрон помещался в цилиндрическую закрытую камеру, в которой с одной стороны предусмотрено входное окно с фланцем для подсоединения вентилятора, а с другой диаметрально противоположной стороны - окно для выхода воздуха. Место крепления термопары (6) указано на фиг.1.The model corresponded to the constructive version depicted in Fig 1. To create an air flow, a fan of 20VTs-10-2A brand was used. The temperature taken for blowing air was + 25 ° C. The magnetron was placed in a cylindrical closed chamber, in which on one side there was an inlet window with a flange for connecting a fan, and on the other diametrically opposite side there was a window for air outlet. The mounting location of the thermocouple (6) is indicated in figure 1.
В режиме генерации с работающим вентилятором примерно через 15 мин температура на корпусе в месте крепления термопары составляла не более 55°C.In the generation mode with the fan running, after about 15 minutes the temperature on the case at the attachment point of the thermocouple was no more than 55 ° C.
Пример 2. Для исследования процесса эффективности теплопередачи и определения температуры на корпусе анодного блока конструктивного варианта, изображенного на фиг. 2, использовались магнетроны с идентичными электрическими параметрами и тем же вентилятором, подсоединенным к фланцу воздуховода. В режиме генерации с работающим вентилятором примерно в тех же временных интервалах максимальная температура в указанной точке (6) составляла не более 68°C.Example 2. To study the process of heat transfer efficiency and determine the temperature on the body of the anode block of the constructive embodiment depicted in FIG. 2, magnetrons with identical electrical parameters and the same fan connected to the duct flange were used. In the generation mode with the fan running, at approximately the same time intervals, the maximum temperature at the indicated point (6) was no more than 68 ° C.
Источники информацииInformation sources
1. Петроченков В.И. Расчет электрических характеристик магнетрона на основе приближенной аналитической модели. - Радиотехника и электроника, 1994, №11, с. 1825-1844.1. Petrochenkov V.I. Calculation of the electrical characteristics of a magnetron based on an approximate analytical model. - Radio engineering and electronics, 1994, No. 11, p. 1825-1844.
2. Петроченков В.И. Оптимизация характеристик магнетрона. - Электронная техника, сер. 1, СВЧ-техника, вып. 2 (505), 2010.2. Petrochenkov V.I. Optimization of magnetron characteristics. - Electronic technology, ser. 1, Microwave technology, vol. 2 (505), 2010.
3. Патент Япония №192459 (приоритет 29.09.2011 г.).3. Japan patent No. 192459 (priority 29.09.2011).
4. А.В. Ляшенко, А.А. Солопов, Е.А. Федоренко, В.П. Еремин, А.В. Пастухов, Е.И. Булдаков. «Мощный импульсный 2-мм магнетрон с долговечностью 2000 часов». ОАО «Тантал», г. Саратов. Материалы XVII координационного научно технического семинара по СВЧ технике. Нижегородская обл., п. Хахалы, сентябрь 2011 г.4. A.V. Lyashenko, A.A. Solopov, E.A. Fedorenko, V.P. Eremin, A.V. Pastukhov, E.I. Buldakov. “Powerful, pulsed 2 mm magnetron with a durability of 2000 hours.” Tantal OJSC, Saratov. Materials of the XVII coordination scientific and technical seminar on microwave technology. Nizhny Novgorod Region, Khakhaly, September 2011
Пояснения к фигурам.Explanations for the figures.
1. Фигура 1. Анодный блок.1. Figure 1. Anode block.
1 - источник нагрева - катод; 2 - теплопроводящие элементы конструкции - стержни; 3 - магнитопровод; 4 - корпус анода; 5 - радиатор охлаждения; 6 - место крепления термопары.1 - heating source - cathode; 2 - heat-conducting structural elements - rods; 3 - magnetic circuit; 4 - anode body; 5 - cooling radiator; 6 - place of attachment of the thermocouple.
2. Фигура 2. Анодный блок.2. Figure 2. Anode block.
1 - источник нагрева - катод; 3 - внешний магнитопровод; 4 - корпус анода; 5 - радиатор охлаждения; 6 - место крепления термопары; 7 - входное отверстие с воздуховодом; 8 - выходное отверстие.1 - heating source - cathode; 3 - external magnetic circuit; 4 - anode body; 5 - cooling radiator; 6 - place of fastening of the thermocouple; 7 - inlet with air duct; 8 - outlet.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125472/07A RU2539973C2 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Compact magnetron structure having forced air cooling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125472/07A RU2539973C2 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Compact magnetron structure having forced air cooling |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012125472A RU2012125472A (en) | 2013-12-27 |
RU2539973C2 true RU2539973C2 (en) | 2015-01-27 |
Family
ID=49785790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012125472/07A RU2539973C2 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Compact magnetron structure having forced air cooling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539973C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2160750A (en) * | 1984-06-19 | 1985-12-24 | Sharp Kk | Ventilating microwave oven components |
GB2291322A (en) * | 1994-07-12 | 1996-01-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Microwave oven |
US5814793A (en) * | 1995-05-16 | 1998-09-29 | Lg Electronics Inc. | Air flow system for microwave ovens |
-
2012
- 2012-06-20 RU RU2012125472/07A patent/RU2539973C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2160750A (en) * | 1984-06-19 | 1985-12-24 | Sharp Kk | Ventilating microwave oven components |
GB2291322A (en) * | 1994-07-12 | 1996-01-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Microwave oven |
RU94033105A (en) * | 1994-07-12 | 1996-07-20 | Самсунг Электроникс Ко. | Microwave oven |
US5814793A (en) * | 1995-05-16 | 1998-09-29 | Lg Electronics Inc. | Air flow system for microwave ovens |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
А.В.Ляшенко, А.А.Солопов, Е.А.Федоренко, В.П.Еремин, А.В.Пастухов, Е.И.Булдаков. "Мощный импульсный 2-мм магнетрон с долговечностью 2000 часов". ОАО "Тантал", г.Саратов Материалы XVII координационного научно технического семинара по СВЧ технике. Нижегородская обл., п.Хахалы сентябрь 2011 г. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012125472A (en) | 2013-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shu et al. | Study of a 0.2-THz extended interaction oscillator driven by a pseudospark-sourced sheet electron beam | |
Pilossof et al. | 95-GHz gyrotron with room temperature dc solenoid | |
RU2539973C2 (en) | Compact magnetron structure having forced air cooling | |
JP6323260B2 (en) | High frequency power supply | |
Jiang et al. | Experiment and power capacity investigation for a Ku-band continuous-wave gyro-TWT | |
KR100783407B1 (en) | Magnetron having choke filter | |
Ge et al. | A compact relativistic backward-wave oscillator with metallized plastic components | |
Luo et al. | Operation of a Ka-band harmonic-multiplying gyrotron traveling-wave tube | |
Bardineshin et al. | Design and Simulation of a Water-Cooling System for a Magnetron with 2. 45 GHz Frequency and 1 KW Power | |
NL7906002A (en) | MICROWAVE DEVICE OF THE MAGNETIC RON TYPE. | |
Blank et al. | An investigation of X-band gyrotwystron amplifiers | |
Vyas | Thermal design of megawatt power-level X-band coaxial magnetron | |
Liu et al. | Experimental study of a Q-band gyro-TWT | |
Jiang et al. | Dielectric Loss Dissipation and Power Capacity Analysis for W Band Gyro-TWT | |
Blank et al. | Development and demonstration of a broadband W-band gyro-TWT amplifier | |
Jiang et al. | Design of curved collector for Q band gyro-TWT | |
Ganji et al. | The Impact of the Resonator Shape of a Combline Travelling Wave Antenna on its RF and Thermal Performance | |
Wang et al. | Simulation of transverse field sweeping system and thermal analysis of an undepreesed collector for a gyrotron | |
Ge et al. | Long-pulse high-efficiency relativistic Cherenkov oscillators at L-and S-bands | |
Deng et al. | Design and experiment of a 34GHz TE01 gyro-TWT | |
Joo et al. | Heavily-loaded wideband helix traveling wave tube | |
Samsonov et al. | Gyro-TWTs and gyro-BWOs with helically corrugated waveguides | |
Denisov et al. | Prospective gyro-devices for technological applications | |
Lingwood et al. | High efficiency multiple beam klystron (MBK) stability | |
JPS6471097A (en) | Plasma device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150621 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160727 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180621 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190805 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20191014 |