RU2579430C2 - Cathode preheating unit - Google Patents

Cathode preheating unit Download PDF

Info

Publication number
RU2579430C2
RU2579430C2 RU2014116305/07A RU2014116305A RU2579430C2 RU 2579430 C2 RU2579430 C2 RU 2579430C2 RU 2014116305/07 A RU2014116305/07 A RU 2014116305/07A RU 2014116305 A RU2014116305 A RU 2014116305A RU 2579430 C2 RU2579430 C2 RU 2579430C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
individual
height
module
cylinders
Prior art date
Application number
RU2014116305/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014116305A (en
Inventor
Владимир Алексеевич Резнев
Елена Валерьевна Канаева
Андрей Васильевич Федотов
Валентина Александровна Легенкина
Татьяна Анатольевна Приставко
Лариса Николаевна Мотова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Priority to RU2014116305/07A priority Critical patent/RU2579430C2/en
Publication of RU2014116305A publication Critical patent/RU2014116305A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579430C2 publication Critical patent/RU2579430C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electronic engineering. Cathode preheating unit for powerful klystron cathode contains several separate modules of a given size, each of which consists of a cathode block elementary cathode heater, holder, screen and are coaxially arranged drift tube klystron. Part of the cathode of each module to a height of (0.2-2.0) mm from the end opposite the working - emitting - a surface formed with a diameter greater than the diameter of the cathode module (0.2-10.0) mm. Warming cathode assembly is further provided with two cylinders - external and internal, with a given diameter, height - external, equal to the height of the cathode a separate module, or no more than two of its height, the inner - equal to the height of the cathode module, or - at least 0.5 of its height Each wall thickness (0.3-0.8) mm, the cylinders are arranged coaxially one inside the other in the working plane - emitting - cathode surface modules. Each individual cathode unit is additionally provided with a separate cylinder placed therein with a gap and secured by said holder part, with a separate barrel is diameter, which mate of cathode modules, height, at the height of the cathode module (1.0-5.0) mm, with a wall thickness equal to (0.2-0.6) mm, at the outer end face of each cylinder in the plane of the working - emitting - a surface formed monolithically fastening elements, each in the form of a circular segment with the length of its curve (4.0-8.0) the wall thickness of the individual cylinders in multiples of four and the individual cylinders with individual cathode modules are disposed between the inner and outer cylinders.
EFFECT: technical result - increase durability, power output and efficiency.
5 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике, а именно к катодно-подогревательным узлам для мощных приборов СВЧ, в частности клистронов.The invention relates to electronic equipment, namely to cathode-heating units for high-power microwave devices, in particular klystrons.

Одной из основных задач сегодня является создание мощных и сверхмощных многотрубных клистронов.One of the main tasks today is the creation of powerful and heavy-duty multi-tube klystrons.

Различают однолучевые и многолучевые клистроны.Distinguish single-beam and multi-beam klystrons.

Многолучевые усилительные клистроны (клистроны) являются основой передатчиков современных перспективных бортовых, морских и наземных радиоэлектронных систем.Multipath amplification klystrons (klystrons) are the basis of transmitters of modern perspective airborne, marine and ground electronic systems.

В последнее время известность получили многотрубные клистроны, представляющие собой два и более парциальных многолучевых клистрона, объединенных единой вакуумной оболочкой и едиными вводом и выводом энергии.Recently, multi-tube klystrons have become known, which are two or more partial multi-beam klystrons, combined by a single vacuum shell and a single input and output of energy.

Катодный узел, эмитирующий электроны, является одним из основных элементов клистрона любого типа.The cathode assembly emitting electrons is one of the main elements of any type of klystron.

Одной из основных характеристик катодного узла для мощных многолучевых клистронов является высокий однородный уровень эмиссии всех эмитирующих поверхностей, обеспечивающих высокие и стабильные параметры клистрона.One of the main characteristics of the cathode assembly for high-power multipath klystrons is a high uniform level of emission of all emitting surfaces, providing high and stable parameters of the klystron.

Известны мощные либо сверхмощные клистроны на основе многолучевых электронно-оптических систем, реализованные суммированием многолучевого клистрона, состоящего из восьми групп по восемь лучей в каждой, в которых использованы восемь отдельных катодно-подогревательных узлов, размещенных на общем основании [1].Powerful or heavy duty klystrons based on multi-beam electron-optical systems are known, implemented by summing a multi-beam klystron, consisting of eight groups of eight rays in each, in which eight separate cathode-heating units are used, placed on a common basis [1].

Указанные клистроны являются мощными (до 100 кВт) либо сверхмощными (более 100 кВт).These klystrons are powerful (up to 100 kW) or heavy duty (more than 100 kW).

Однако данные клистроны отличаются не высокой долговечностью и нестабильностью из-заHowever, these klystrons are not very durable and unstable due to

во-первых, неидентичности геометрических размеров отдельных оснований отдельных катодно-подогревательных узлов,firstly, the non-identity of the geometric dimensions of the individual bases of the individual cathode-heating units,

во-вторых, неидентичности геометрических размеров отдельных оснований отдельных катодно-подогревательных узлов и системы элементов - сетка, анод, резонаторный блок клистрона, элементы которой выполнены монолитно,secondly, the non-identity of the geometric dimensions of the individual bases of the individual cathode-heating units and the system of elements - mesh, anode, resonator block klystron, the elements of which are made in one piece,

в-третьих, разброса рабочей температуры отдельных катодно-подогревательных узлов.thirdly, the variation in the operating temperature of individual cathode-heating units.

Это определяет невысокую долговечность и невысокую стабильность отдельных катодно-подогревательных узлов и, соответственно, клистрона.This determines the low durability and low stability of individual cathode-heating units and, accordingly, klystron.

Более того данная конструкция клистрона трудно реализуема.Moreover, this klystron design is difficult to implement.

Известен катодно-подогревательный узел для мощного клистрона, содержащий два отдельных катодных модуля, каждый из которых состоит из катодного блока элементарных катодов, подогревателя, держателя и которые торцами, противоположными торцам с рабочей - эмитирующей - поверхностью расположены на одном отдельном основании, выполненном из тугоплавкого материала и при этом соосно пролетным трубам клистрона [2] - прототип.Known cathode-heating unit for a powerful klystron, containing two separate cathode modules, each of which consists of a cathode block of elementary cathodes, a heater, a holder and which end faces opposite to the ends with a working - emitting - surface are located on one separate base made of refractory material and at the same time coaxially to the klystron span tubes [2] - prototype.

Данная конструкция благодаря указанной компановке элементов (двухтрубной) позволила значительно увеличить количество лучей клистрона и соответственно его выходную мощность в импульсном режиме.This design due to the specified arrangement of elements (two-pipe) allowed to significantly increase the number of rays of the klystron and, accordingly, its output power in pulsed mode.

Однако указанные выше недостатки аналога в целом сохранились, а именно неидентичность геометрических размеров отдельных оснований отдельных катодно-подогревательных узлов, неидентичность геометрических размеров отдельных оснований отдельных катодно-подогревательных узлов и системы элементов - сетка, анод, резонаторный блок клистрона, элементы которой выполнены монолитно, разброс рабочей температуры отдельных катодно-подогревательных узлов.However, the above disadvantages of the analogue as a whole remained, namely, the non-identity of the geometric dimensions of the individual bases of the individual cathode-heating units, the non-identity of the geometric dimensions of the individual bases of the individual cathode-heating units and the system of elements — the grid, the anode, the resonator block of the klystron, the elements of which are made in one piece, the spread operating temperature of individual cathode-heating units.

Более того, наличие торцевых сварочных швов на значительном линейном расстоянии от рабочей - эмитирующей - поверхности при разогреве катода до рабочей температуры (~1100°C) приводит дополнительно к изменению первоначально установленных геометрических размеров.Moreover, the presence of butt welds at a significant linear distance from the working - emitting - surface when the cathode is heated to a working temperature (~ 1100 ° C) additionally leads to a change in the initially set geometric dimensions.

Это определяет, как и в аналоге, невысокую долговечность катодно-подогревательного узла и, соответственно, ограничения по выходной мощности в импульсном режиме и коэффициенту полезного действия мощного клистрона.This determines, as in the analogue, the low durability of the cathode-heating unit and, accordingly, the restrictions on the output power in pulsed mode and the efficiency of a powerful klystron.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение долговечности катодно-подогревательного узла путем повышения идентичности геометрических размеров его элементов и снижения разброса рабочей температуры отдельных катодно-подогревательных узлов, уменьшение массогабаритных характеристик и, соответственно, повышение выходной мощности, коэффициента полезного действия, расширение функциональных возможностей мощного клистрона.The technical result of the claimed invention is to increase the durability of the cathode-heating unit by increasing the identity of the geometric dimensions of its elements and reducing the variation in the operating temperature of individual cathode-heating units, reducing the weight and size characteristics and, accordingly, increasing the output power, efficiency, expanding the functionality of a powerful klystron.

Технический результат достигается катодно-подогревательным узлом для мощного клистрона, содержащим несколько отдельных катодных модулей заданного размера, каждый из которых состоит из катодного блока элементарных катодов, подогревателя, держателя, экрана и которые расположены соосно пролетным трубам клистрона, в которомThe technical result is achieved by a cathode-heating unit for a powerful klystron, containing several individual cathode modules of a given size, each of which consists of a cathode block of elementary cathodes, a heater, a holder, a screen and which are aligned with the klystron span tubes, in which

катодно-подогревательный узел содержит отдельные катодные модули, кратные четырем,the cathode-heating unit contains individual cathode modules that are multiples of four,

часть держателя каждого отдельного катодного модуля на высоту (0,2-2,0) мм с торца, противоположного рабочей - эмитирующей - поверхности, выполнена диаметром, превышающим диаметр катодного модуля на (0,2-10,0) мм,part of the holder of each individual cathode module to a height of (0.2-2.0) mm from the end opposite the working - emitting - surface is made with a diameter exceeding the diameter of the cathode module by (0.2-10.0) mm,

катодно-подогревательный узел дополнительно снабжен двумя цилиндрами - внешним и внутренним, с заданными диаметрами соответственно, высотой - внешний, равной высоте отдельного катодного модуля либо не более двух его высот, внутренний - равной высоте катодного модуля либо не менее 0,5 его высоты, каждый с толщиной стенки (0,3-0,8) мм, при этом цилиндры соосно расположены один в другом в плоскости рабочей - эмитирующей - поверхности катодных модулей,the cathode-heating unit is additionally equipped with two cylinders - external and internal, with given diameters, respectively, height - external, equal to the height of an individual cathode module or not more than two of its heights, internal - equal to the height of the cathode module or not less than 0.5 of its height, each with a wall thickness of (0.3-0.8) mm, while the cylinders are coaxially located one in the other in the plane of the working - emitting - surface of the cathode modules,

каждый отдельный катодный модуль дополнительно снабжен отдельным цилиндром, размещен в нем с зазором и закреплен посредством упомянутой части держателя, при этом отдельный цилиндр выполнен диаметром, обеспечивающим сопряжение всех катодных модулей, высотой, меньшей высоты катодного модуля на (1,0-5,0) мм, с толщиной стенки, равной (0,2-0,6) мм, на внешней поверхности торца каждого отдельного цилиндра в плоскости расположения рабочей - эмитирующей - поверхности выполнены монолитно элементы крепления, каждый в виде кругового сегмента, с длиной его кривой (4,0-8,0) от толщины стенки отдельного цилиндра, в количестве, кратном четырем,each individual cathode module is additionally equipped with a separate cylinder, placed therein with a gap and secured by the aforementioned part of the holder, while a separate cylinder is made with a diameter that ensures the coupling of all cathode modules with a height less than the height of the cathode module by (1.0-5.0) mm, with a wall thickness equal to (0.2-0.6) mm, on the outer surface of the end face of each individual cylinder in the plane of the working - emitting - surface, the mounting elements are made integral, each in the form of a circular segment, with length e about the curve (4.0-8.0) from the wall thickness of an individual cylinder, in an amount multiple of four,

а отдельные цилиндры с отдельными катодными модулями расположены между внешним и внутренним цилиндрами с обеспечением совмещения в одной плоскости торцов каждого отдельного цилиндра с отдельными катодными модулями с элементами крепления и торцов внешнего и внутреннего цилиндров и закреплены между собой посредством элементов крепления в точках контакта, кратных четырем, заданные диаметры внешнего и внутреннего цилиндров, диаметр превышающей части держателя определяются из выражений соответственноand individual cylinders with separate cathode modules are located between the outer and inner cylinders to ensure that the ends of each individual cylinder are aligned in the same plane with the individual cathode modules with fasteners and ends of the outer and inner cylinders and are fixed to each other by fasteners at contact points that are multiples of four, the specified diameters of the outer and inner cylinders, the diameter of the exceeding part of the holder are determined from the expressions, respectively

Dвнеш.ц=Dц.пр.труб+Dотд.цилиндр.к.м.Dext.c = Dc.pr.pipe + Ddec. cylinder.km.

Dвнутр.ц=Dц.пр.труб-Dотд.цилиндр.к.м.Dvts.ts = Dts.pr.pipe-Dotd. cylindrical km.

Dпр.ч.д.=Dотд.цилиндр.к.м.-2×S, гдеDpr.h.d. = Ddend cylinder.km.-2 × S, where

Dц.пр.труб - диаметр расположения центров пролетных труб клистрона, мм,Dts.pr.pipe - the diameter of the location of the centers of the passage pipes of the klystron, mm,

Dотд.цилиндр.к.м - диаметр отдельного цилиндра катодного модуля, мм,Dotd. cyl.km - the diameter of the individual cylinder of the cathode module, mm,

S - толщина стенки отдельного цилиндра катодного модуля, мм, причем все упомянутые элементы выполнены из тугоплавкого материала.S is the wall thickness of the individual cylinder of the cathode module, mm, and all of the mentioned elements are made of refractory material.

Заданные размеры отдельных катодных модулей определяются техническими характеристиками клистрона.The specified dimensions of the individual cathode modules are determined by the technical characteristics of the klystron.

Отдельный цилиндр каждого отдельного катодного модуля монолитно с элементами крепления на внешней поверхности торца в плане плоскости расположения его рабочей - эмитирующей - поверхности выполнены, например, методом штамповки и методом электроискровой обработки соответственно.A separate cylinder of each individual cathode module is monolithic with fastening elements on the outer surface of the end face in terms of the plane of the location of its working - emitting - surface made, for example, by stamping and electric spark processing, respectively.

Отдельные цилиндры с отдельными катодными модулями, расположенные между внешним и внутренним цилиндрами, закреплены между собой посредством элементов крепления в точках контакта, кратных четырем, например, методом сварки.Separate cylinders with separate cathode modules located between the outer and inner cylinders are fixed to each other by fastening elements at the contact points that are multiples of four, for example, by welding.

Тугоплавким материалом может быть молибден, тантал.Refractory material can be molybdenum, tantalum.

Внешний и внутренний цилиндры могут быть выполнены с ребрами жесткости.The outer and inner cylinders can be made with stiffeners.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Совокупность существенных признаков заявленного катодно-подогревательного узла для мощного клистрона, а именно когда:The set of essential features of the claimed cathode-heating unit for a powerful klystron, namely when:

часть держателя каждого отдельного катодного модуля на высоту (0,2-2,0) мм с торца противоположного рабочей - эмитирующей - поверхности выполнена диаметром, превышающим диаметр катодного модуля на (0,2-10,0) мм,part of the holder of each individual cathode module to a height of (0.2-2.0) mm from the end of the opposite working - emitting - surface is made with a diameter exceeding the diameter of the cathode module by (0.2-10.0) mm,

катодно-подогревательный узел дополнительно снабжен двумя цилиндрами - внешним и внутренним, с заданными диаметрами, высотой - внешний, равной высоте отдельного катодного модуля либо не более двух его высот, внутренний - равной высоте катодного модуля либо не менее 0,5 его высоты, каждый с толщиной стенки (0,3-0,8) мм, при этом цилиндры соосно расположены один в другом в плоскости рабочей - эмитирующей - поверхности катодных модулей,The cathode-heating unit is additionally equipped with two cylinders - external and internal, with predetermined diameters, height - external, equal to the height of an individual cathode module or not more than two of its heights, internal - equal to the height of the cathode module or not less than 0.5 of its height, each with wall thickness (0.3-0.8) mm, while the cylinders are coaxially located one in the other in the plane of the working - emitting - surface of the cathode modules,

каждый отдельный катодный модуль дополнительно снабжен отдельным цилиндром, размещен в нем с зазором и закреплен посредством упомянутой части держателя, при этом отдельный цилиндр выполнен диаметром, обеспечивающим сопряжение всех катодных модулей, высотой, меньшей высоты катодного модуля на (1,0-5,0) мм, с толщиной стенки, равной (0,2-0,6) мм,each individual cathode module is additionally equipped with a separate cylinder, placed therein with a gap and secured by the aforementioned part of the holder, while a separate cylinder is made with a diameter that ensures the coupling of all cathode modules with a height less than the height of the cathode module by (1.0-5.0) mm, with a wall thickness equal to (0.2-0.6) mm,

на внешней поверхности торца каждого отдельного цилиндра в плоскости расположения рабочей - эмитирующей - поверхности выполнены монолитно элементы крепления, каждый в виде кругового сегмента, с длиной его кривой (4,0-8,0) от толщины стенки отдельного цилиндра, в количестве, кратном четырем,on the outer surface of the end face of each individual cylinder in the plane of the working - emitting - surface, the mounting elements are made in one piece, each in the form of a circular segment, with a length of its curve (4.0-8.0) from the wall thickness of an individual cylinder, in an amount multiple of four ,

а отдельные цилиндры с отдельными катодными модулями расположены между внешним и внутренним цилиндрами с обеспечением совмещения в одной плоскости торцов каждого отдельного цилиндра с отдельными катодными модулями с элементами крепления и торцов внешнего и внутреннего цилиндров и закреплены между собой посредством элементов крепления в точках контакта, кратных четырем.and individual cylinders with separate cathode modules are located between the outer and inner cylinders to ensure that the ends of each individual cylinder are aligned in the same plane with the individual cathode modules with fasteners and ends of the outer and inner cylinders and are fixed to each other by fasteners at the contact points that are multiples of four.

Это обеспечит:This will provide:

жесткость без зазоров посадки элементов катодно-подогревательного узла как в самом отдельном цилиндре, так и при последующей их посадке в катодный модуль, и тем самым стабильность их геометрических размеров, и тем самым максимальную соосность расположения отдельных цилиндров с отдельными катодными модулями относительно пролетных труб клистрона,rigidity without landing gaps of the elements of the cathode-heating unit both in the individual cylinder and when they are subsequently planted in the cathode module, and thereby the stability of their geometric dimensions, and thereby the maximum alignment of the location of the individual cylinders with the individual cathode modules relative to the klystron span tubes,

надежное монолитное соединение без зазоров элементов катодно-подогревательного узла и тем самым максимально достаточную прочность всех его элементов,reliable monolithic connection without gaps of the elements of the cathode-heating unit and thereby the maximum sufficient strength of all its elements,

практически полное исключение перепада температур между рабочей - эмитирующей - поверхностью и внешним и внутренними цилиндрами и тем самым - максимальную стабилизацию теплового поля в области рабочей - эмитирующей - поверхности.almost complete exclusion of the temperature difference between the working - emitting - surface and the external and internal cylinders and thereby - the maximum stabilization of the thermal field in the region of the working - emitting - surface.

возможность экранировки нерабочих - эмитирующих участков поверхности и тем самым дальнейшую стабилизацию теплового поля в области рабочей - эмитирующей поверхности,the ability to shield non-working - emitting surface areas and thereby further stabilizing the thermal field in the area of the working - emitting surface,

возможность значительного увеличения компановки эмитирующих элементов клистрона вплоть до 64-лучевого клистрона и более,the possibility of a significant increase in the composition of the emitting elements of the klystron up to 64-ray klystron and more,

возможность работы как в импульсном, так и непрерывном режиме.the ability to work both in pulsed and continuous mode.

И, как следствие: -And as a consequence: -

во-первых, повышение долговечности катодно-подогревательного узла и соответственно - мощного клистрона,firstly, increasing the durability of the cathode-heating unit and, accordingly, a powerful klystron,

во-вторых, значительное повышение выходной мощности и коэффициента полезного действия клистрона,secondly, a significant increase in the output power and efficiency of the klystron,

в-третьих, снижение массогабаритных характеристик катодно-подогревательного узла и соответственно - мощного клистрона,thirdly, a decrease in the overall dimensions of the cathode-heating unit and, accordingly, a powerful klystron,

в-четвертых, расширение функциональных возможностей мощного клистрона.fourthly, the expansion of the functionality of a powerful klystron.

Определение заданных диаметров внешнего и внутреннего цилиндров согласно указанным математическим выражениям обеспечивает оптимальные размеры элементов конструкции катодно-подогревательного узла и тем самым максимальную фазовую синхронизацию клистрона и, как следствие, - повышение выходной мощности и коэффициента полезного действия мощного клистрона.The determination of the specified diameters of the outer and inner cylinders according to the specified mathematical expressions ensures the optimal dimensions of the structural elements of the cathode-heating unit and thereby the maximum phase synchronization of the klystron and, as a result, an increase in the output power and efficiency of a powerful klystron.

Выполнение части держателя каждого отдельного катодного модуля с превышающим диаметром на указанной высоте является оптимальным для последующего соединения с отдельным цилиндром с точки зрения оптимального конструкционного исполнения.The implementation of the holder part of each individual cathode module with a larger diameter at a specified height is optimal for subsequent connection with a separate cylinder from the point of view of optimal structural design.

Выполнение катодного модуля с превышением диаметра с торца, противоположного рабочей - эмитирующей - поверхности, как менее 0,2 мм, так и более 10,0 мм недопустимо из-за нарушения теплового баланса.The implementation of the cathode module with an excess of the diameter from the end opposite to the working - emitting - surface, both less than 0.2 mm and more than 10.0 mm is unacceptable due to the violation of the heat balance.

Выполнение внешнего цилиндра высотой менее высоты отдельного катодного модуля недопустимо из-за ухудшения его экранировки, а более двух его высот не имеет смысла.The implementation of an external cylinder with a height less than the height of a single cathode module is unacceptable due to the deterioration of its screening, and more than two of its heights does not make sense.

Выполнение внутреннего цилиндра высотой менее 0,5 высоты катодного модуля не желательно из-за снижения жесткости конструкции, а более - его высоты не имеет смысла.The implementation of the inner cylinder with a height of less than 0.5 of the height of the cathode module is not desirable due to the decrease in structural rigidity, and more - its height does not make sense.

Выполнение внешнего и внутреннего цилиндров каждого с толщиной стенки менее 0,3 мм недопустимо из-за нарушения жесткости и надежности конструкции, а более 0,8 мм - не имеет смысла.The execution of the outer and inner cylinders of each with a wall thickness of less than 0.3 mm is unacceptable due to violation of the rigidity and reliability of the structure, and more than 0.8 mm does not make sense.

Выполнение отдельного цилиндра высотой, меньшей высоты катодного модуля как на 1,0 мм, так и на 5,0 мм, недопустимо, в первом случае из-за возникновения электрического пробоя, во втором - из-за нарушения теплового баланса.The execution of a separate cylinder with a height lower than the height of the cathode module by 1.0 mm or 5.0 mm is unacceptable, in the first case due to the occurrence of electrical breakdown, in the second - due to a violation of the heat balance.

Выполнение отдельного цилиндра с толщиной стенки как менее 0,2, так более 0,6 мм не желательно, в первом случае из-за нарушения жесткости, во втором из-за нарушения пластичности элементов крепления и, соответственно, затруднения последующего соединения.The implementation of a separate cylinder with a wall thickness of less than 0.2 or more than 0.6 mm is not desirable, in the first case due to a violation of stiffness, in the second because of a violation of the plasticity of the fastening elements and, consequently, difficulties in the subsequent connection.

Выполнение элементов крепления в количестве, меньшем кратного четырем, в виде кругового сегмента, с длиной его кривой как менее 4,0, так более 8,0 от толщины стенки отдельного цилиндра недопустимо,The implementation of the fastening elements in an amount less than a multiple of four, in the form of a circular segment, with a curve length of less than 4.0, more than 8.0 of the wall thickness of an individual cylinder is unacceptable,

в первом случае из-за недостаточности точек контакта, во втором из-за возможного нарушения конструкции элементов крепления.in the first case due to the lack of contact points, in the second because of a possible violation of the design of the fastening elements.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На фиг. дан частный случай выполнения заявленного катодно-подогревательного узла для мощного 64-лучевого клистрона, общий вид с выровом (фиг. 1а), общий вид в разрезе (фиг. 1б), вид сверху (фиг. 1в) и где:In FIG. a particular case of the claimed cathode-heating unit for a powerful 64-beam klystron is given, a general view with a cut-out (Fig. 1a), a general sectional view (Fig. 1b), a top view (Fig. 1c), and where:

- отдельный катодный модуль - 1,- a separate cathode module - 1,

- катодный блок элементарных катодов - 2,- cathode block of elementary cathodes - 2,

- подогреватель - 3,- heater - 3,

- держатель - 4,- holder - 4,

- экран - 5- screen - 5

- расположение центров пролетных труб клистрона - 6,- the location of the centers of the passage pipes klystron - 6,

- два цилиндра, внешний - 7, внутренний - 8,- two cylinders, external - 7, internal - 8,

- отдельный цилиндр каждого отдельного модуля - 9 с монолитно выполненными элементами крепления 10.- a separate cylinder of each individual module - 9 with integral elements of fastening 10.

Примеры конкретного выполнения заявленного модуля катодного-подогревательного узла для мощных клистронов.Examples of specific performance of the claimed module of the cathode-heating unit for powerful klystrons.

Пример 1. Рассмотрен частный случай выполнения заявленного катодно-подогревательного узла для мощного 64-лучевого клистрона (фиг. 1а, б, в).Example 1. A special case of the implementation of the claimed cathode-heating unit for a powerful 64-beam klystron is considered (Fig. 1a, b, c).

Технические требования мощного 64-лучевого клистрона задают:The technical requirements of the powerful 64-beam klystron are set by:

Диаметр расположения центров пролетных труб клистрона 6, равный 60,0 мм,The diameter of the arrangement of the centers of the passage pipes of the klystron 6, equal to 60.0 mm,

Диаметр отдельного катодного модуля 1, равный 17,0 мм.The diameter of the individual cathode module 1, equal to 17.0 mm.

Высоту отдельного катодного модуля 1, равную 18,0 мм.The height of the individual cathode module 1, equal to 18.0 mm

Толщину стенки отдельного цилиндра катодного модуля 9, равную 0,4 мм.The wall thickness of the individual cylinder of the cathode module 9, equal to 0.4 mm

Определяют:Determine:

Определяют диаметр отдельного цилиндра 9 каждого отдельного модуля 1, обеспечивающий сопряжение всех катодных модулей.The diameter of the individual cylinder 9 of each individual module 1 is determined, which ensures the coupling of all cathode modules.

Dотд.ц.к.м. равен 23 мм, что соответствует расстоянию между центрами двух сопрягающихся пролетных труб.Dot.ts.k.m. equal to 23 mm, which corresponds to the distance between the centers of two mating span pipes.

Диаметр внешнего 7 и внутреннего 8 дополнительных цилиндров исходя из диаметра расположения центров пролетных труб клистрона 6.The diameter of the outer 7 and inner 8 additional cylinders based on the diameter of the centers of the span tubes of the klystron 6.

Dвнеш.ц=Dц.пр.труб+Dотд.цилиндр.к.м.=60+23=83 ммDext.c = Dc.sp.tube + Ddec. Cylinder = 60 + 23 = 83 mm

Dвнутр.ц=Dц.пр.труб-Dотд.цилиндр.к.м.=60-23=37 ммInner = Dts.pr.pipe -Dot.dr. cylinder = 60-23 = 37 mm

Диаметр превышающей части держателя 4 катодного модуля.The diameter of the greater part of the holder 4 of the cathode module.

Dпр.ч.д.=Dотд.цилиндр.к.м.-2×S=23-(2×0,4)=22,2Dpro.ch.d. = Dde. cyl.km.-2 × S = 23- (2 × 0.4) = 22.2

(Согласно математическим выражениям, указанным в формуле изобретения соответственно).(According to the mathematical expressions indicated in the claims, respectively).

Изготавливают два цилиндра - внешний 7 и внутренний 8 с диаметрами 83,0 мм и 37,0 мм соответственно, каждый с толщиной стенки 0,6 мм, высотой 27,0 мм и 13,5 мм соответственно из листа тугоплавкого материала - тантала ТУ647РКЗ 0054230-311-2000 (далее тантала) методом штамповки и располагают соосно один в другом в плоскости рабочей - эмитирующей поверхности катодных модулей 1.Two cylinders are made - outer 7 and inner 8 with diameters of 83.0 mm and 37.0 mm, respectively, each with a wall thickness of 0.6 mm, a height of 27.0 mm and 13.5 mm, respectively, from a sheet of refractory material - tantalum TU647RKZ 0054230 -311-2000 (hereinafter referred to as tantalum) by stamping and placed coaxially in one another in the plane of the working - emitting surface of the cathode modules 1.

Изготавливают держатель 4 из тантала. Часть держателя каждого отдельного катодного модуля на высоту 1,1 мм с торца, противоположного рабочей - эмитирующей - поверхности, выполняют диаметром 22,2 (превышение диаметра составляет 5,2 мм).A holder 4 is made of tantalum. Part of the holder of each individual cathode module to a height of 1.1 mm from the end opposite to the working - emitting - surface is 22.2 mm in diameter (5.2 mm in excess of the diameter).

Изготавливают отдельные цилиндры 9 в количестве восьми штук из тантала, диаметром 23 мм, высотой 14,0 мм (соразмерными отдельному катодному модулю 1, при этом высота отдельных катодных модулей определяется массогабаритными характеристиками клистрона), с толщиной стенки 0,4 мм методом штамповки.Separate cylinders 9 are made in the amount of eight pieces of tantalum, 23 mm in diameter, 14.0 mm high (commensurate with the individual cathode module 1, while the height of the individual cathode modules is determined by the mass and size characteristics of the klystron), with a wall thickness of 0.4 mm by stamping.

На внешней поверхности торца каждого отдельного цилиндра 9 в плоскости расположения рабочей - эмитирующей - поверхности выполнены монолитно элементы крепления 10, каждый в виде кругового сегмента, с длиной его кривой 2,4 мм (что соответствует 6,0 от толщины стенки отдельного цилиндра - 0,4 мм), в количестве, кратном четырем, методом электроискровой обработки на станке типа АРТА122.On the outer surface of the end face of each individual cylinder 9 in the plane of the working - emitting - surface, the fastening elements 10 are made integral, each in the form of a circular segment, with a curve length of 2.4 mm (which corresponds to 6.0 from the wall thickness of an individual cylinder - 0, 4 mm), in an amount that is a multiple of four, by the method of electrospark processing on a machine like ARTA122.

Отдельные цилиндры 9 с отдельными катодными модулями 1 располагают между внешним 7 и внутренним 8 цилиндрами с обеспечением совмещения в одной плоскости торцов каждого отдельного цилиндра 9 с отдельными катодными модулями 1 с элементами крепления 10 и торцов внешнего и внутреннего цилиндров 7 и 8 и закрепляют между собой по скользящей посадке посредством элементов крепления 10 в точках контакта, кратных четырем (8×4), методом лазерной сварки (Тип Nd:YAG).Separate cylinders 9 with separate cathode modules 1 are positioned between the outer 7 and inner 8 cylinders to ensure that the ends of each individual cylinder 9 are aligned in the same plane with the individual cathode modules 1 with fasteners 10 and the ends of the outer and inner cylinders 7 and 8 and are fixed together laser landing by means of fastening elements 10 at contact points that are multiples of four (8 × 4) by laser welding (Type Nd: YAG).

Примеры 2-5. Аналогично примеру 1 выполнены образцы катодно-подогревательного узла для мощного 64-х многолучевого клистрона, но при других конструкционных параметрах, указанных в формуле изобретения (примеры 2-3) и выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения (примеры 4-5).Examples 2-5. Analogously to example 1, samples of the cathode-heating unit for a powerful 64 multi-beam klystron were made, but with other design parameters specified in the claims (examples 2-3) and beyond the limits specified in the claims (examples 4-5).

Пример 6 - соответствует конструкции катодно-подогревательного узла прототипа, использованного в 30-лучевом клистроне.Example 6 - corresponds to the design of the cathode-heating unit of the prototype used in a 30-beam klystron.

Изготовленные образцы модулей катодно-подогревательного узла были опробованы в указанном выше мощном 64-лучевом клистроне.The manufactured samples of the modules of the cathode-heating unit were tested in the powerful 64-beam klystron indicated above.

При этом была измерена выходная мощность в импульсном режиме (ГОСТ 2027.1-91).In this case, the output power was measured in a pulsed mode (GOST 2027.1-91).

Долговечность (РД 11.0770-90).Durability (RD 11.0770-90).

Определен КПД.Efficiency determined.

Данные представлены в таблице.The data are presented in the table.

Как видно из таблицы, выходная мощность в импульсном режиме мощного клистрона с образцами катодно-подогревательного узла, изготовленными согласно конструкционным параметрам, указанным в формуле изобретения, составляет порядка 2500 кВт, долговечность порядка 10000 ч, коэффициент полезного действия (КПД) - порядка 50% (примеры 1-3).As can be seen from the table, the output power in pulsed mode of a powerful klystron with samples of the cathode-heating unit, made according to the design parameters specified in the claims, is about 2500 kW, durability is about 10,000 hours, the efficiency (efficiency) is about 50% ( examples 1-3).

В отличие от упомянутого клистрона с образцами катодно-подогревательного узла, изготовленными за пределами, указанными в формуле изобретения, выходная мощность которого составляет менее 1500 кВт, долговечность 5000 ч, коэффициент полезного действия (КПД) - порядка 40 процентов (пример 5) и образца-прототипа, выходная мощность которого составляет порядка 700 кВт, КПД порядка 30 процентов. Образец катодно-подогревательного узла не обеспечивает жесткости конструкции (пример 4).In contrast to the mentioned klystron with samples of the cathode-heating unit made outside the limits indicated in the claims, the output power of which is less than 1500 kW, the durability of 5000 hours, the efficiency (efficiency) is about 40 percent (example 5) and the sample prototype, whose output power is about 700 kW, efficiency of about 30 percent. A sample of the cathode-heating unit does not provide structural rigidity (example 4).

Таким образом, заявленный катодно-подогревательный узел обеспечит по сравнению с катодно-подогревательным узлом прототипаThus, the claimed cathode-heating unit will provide in comparison with the cathode-heating unit of the prototype

- повышение долговечности катодно-подогревательного узла и соответственно - мощного клистрона,- increase the durability of the cathode-heating unit and, accordingly, a powerful klystron,

- значительное повышение мощности клистрона более чем в 3 раза и коэффициента полезного действия порядка 50 процентов (в импульсном режиме),- a significant increase in the power of the klystron by more than 3 times and the efficiency of about 50 percent (in pulsed mode),

- снижение массогабаритных характеристик катодно-подогревательного узла и соответственно - мощного клистрона,- reduction of weight and size characteristics of the cathode-heating unit and, accordingly, a powerful klystron,

- расширение функциональных возможностей, благодаря возможности работы как в импульсном, так и непрерывном режиме.- expansion of functionality, thanks to the ability to work in both pulsed and continuous mode.

Источники информацииInformation sources

1. B.C. Медовников. Создание мощных и сверхмощных клистронов на основе многолучевых электронно-оптических систем // «Радиотехника», 2000 г. №2, с. 58-61 //.1. B.C. Medovnikov. The creation of powerful and heavy-duty klystrons based on multipath electron-optical systems // Radio Engineering, 2000, No. 2, p. 58-61 //.

2. Б.Ч. Дюбуа и др. Катоды для мощных многолучевых вакуумных приборов СВЧ. // СВЧ-Техника, Вып. 1, 2011, с. 44-53 - прототип.2. B.Ch. Dubois et al. Cathodes for high-power multipath microwave vacuum devices. // Microwave Technology, Vol. 1, 2011, p. 44-53 is a prototype.

Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (5)

1. Катодно-подогревательный узел для мощного клистрона, содержащий несколько отдельных катодных модулей заданного размера, каждый из которых состоит из катодного блока элементарных катодов, подогревателя, держателя, экрана и которые соосно расположены пролетным трубам клистрона, отличающийся тем, что катодно-подогревательный узел содержит отдельные катодные модули, кратные четырем, часть держателя каждого отдельного катодного модуля на высоту (0,2-2,0) мм с торца, противоположного рабочей - эмитирующей - поверхности, выполнена диаметром, превышающим диаметр катодного модуля на (0,2-10,0) мм, катодно-подогревательный узел дополнительно снабжен двумя цилиндрами - внешним и внутренним, с заданными диаметрами соответственно, высотой - внешний, равной высоте отдельного катодного модуля либо не более двух его высот, внутренний - равной высоте катодного модуля либо не менее 0,5 его высоты, каждый с толщиной стенки (0,3-0,8) мм, при этом цилиндры соосно расположены один в другом в плоскости рабочей - эмитирующей - поверхности катодных модулей, каждый отдельный катодный модуль дополнительно снабжен отдельным цилиндром, размещен в нем с зазором и закреплен посредством упомянутой части держателя, при этом отдельный цилиндр выполнен диаметром, обеспечивающим сопряжение всех катодных модулей, высотой, меньшей высоты катодного модуля на (1,0-5,0) мм, с толщиной стенки, равной (0,2-0,6) мм, на внешней поверхности торца каждого отдельного цилиндра в плоскости расположения рабочей - эмитирующей - поверхности выполнены монолитно элементы крепления, каждый в виде кругового сегмента, с длиной его кривой (4,0-8,0) от толщины стенки отдельного цилиндра, в количестве, кратном четырем, а отдельные цилиндры с отдельными катодными модулями расположены между внешним и внутренним цилиндрами с обеспечением совмещения в одной плоскости торцов каждого отдельного цилиндра с отдельными катодными модулями с элементами крепления и торцов внешнего и внутреннего цилиндров и закреплены между собой посредством элементов крепления в точках контакта, кратных четырем, заданные диаметры внешнего и внутреннего цилиндров, диаметр превышающей части держателя определяются из выражений соответственно
Dвнеш.ц=Dц.пр.труб+Dотд.цилиндр.к.м.
Dвнутр.ц=Dц.пр.труб-Dотд.цилиндр.к.м.
Dпр.ч.д.=Dотд.цилиндр.к.м.-2×S, где
Dц.пр.труб - диаметр расположения центров пролетных труб клистрона, мм,
Dотд.цилиндр.к.м - диаметр отдельного цилиндра катодного модуля, мм,
S - толщина стенки отдельного цилиндра катодного модуля, мм, причем все упомянутые элементы выполнены из тугоплавкого материала.
1. The cathode-heating unit for a powerful klystron, containing several individual cathode modules of a given size, each of which consists of a cathode block of elementary cathodes, a heater, a holder, a screen and which are coaxially arranged with klystron span tubes, characterized in that the cathode-heating unit contains individual cathodic modules in multiples of four, part of the holder of each individual cathode module to a height of (0.2-2.0) mm from the end opposite to the working - emitting - surface, made with a diameter, p overshot the diameter of the cathode module by (0.2-10.0) mm, the cathode-heating unit is additionally equipped with two cylinders - external and internal, with given diameters, respectively, height - external, equal to the height of an individual cathode module or not more than two its heights, internal - equal to the height of the cathode module or not less than 0.5 of its height, each with a wall thickness (0.3-0.8) mm, while the cylinders are coaxially located one in the other in the plane of the working - emitting - surface of the cathode modules, each cathode module optionally with It is loaded with a separate cylinder, placed in it with a gap and fixed by means of the aforementioned part of the holder, while a separate cylinder is made with a diameter that ensures the coupling of all cathode modules with a height less than the height of the cathode module by (1.0-5.0) mm, with a wall thickness equal to (0.2-0.6) mm, on the outer surface of the end face of each individual cylinder in the plane of the working - emitting - surface, the mounting elements are made integral, each in the form of a circular segment, with its curve length (4.0-8, 0) from the wall thickness of an individual cylinder multiples of four, and individual cylinders with separate cathode modules are located between the outer and inner cylinders to ensure that the ends of each individual cylinder are combined in the same plane with the individual cathode modules with fasteners and ends of the outer and inner cylinders and are fixed to each other by means of fastenings at contact points that are multiples of four, the specified diameters of the outer and inner cylinders, the diameter of the exceeding part of the holder are determined from the expressions, respectively
Dext.c = Dc.pr.pipe + Ddec. cylinder.km.
Dvts.ts = Dts.pr.pipe-Dotd. cylindrical km.
Dpr.h.d. = Ddend cylinder.km.-2 × S, where
Dts.pr.pipe - the diameter of the location of the centers of the passage pipes of the klystron, mm,
Dotd. cyl.km - the diameter of the individual cylinder of the cathode module, mm,
S is the wall thickness of the individual cylinder of the cathode module, mm, and all of the mentioned elements are made of refractory material.
2. Катодно-подогревательный узел для мощного клистрона по п. 1, отличающийся тем, что отдельный цилиндр каждого отдельного катодного модуля монолитно с элементами крепления на внешней поверхности торца в плане плоскости расположения его рабочей - эмитирующей - поверхности выполнены, например, методом штамповки и методом электроискровой обработки соответственно.2. The cathode-heating unit for a powerful klystron according to claim 1, characterized in that the separate cylinder of each individual cathode module is integral with fastening elements on the outer surface of the end face in terms of the plane of its working - emitting surface - for example, the stamping method and the method spark processing, respectively. 3. Катодно-подогревательный узел для мощного клистрона по п. 1, отличающийся тем, что отдельные цилиндры с отдельными катодными модулями, расположенные между внешним и внутренним цилиндрами, закреплены между собой посредством элементов крепления в точках контакта, кратных четырем, например, методом сварки.3. The cathode-heating unit for a powerful klystron according to claim 1, characterized in that the individual cylinders with separate cathode modules located between the outer and inner cylinders are fixed to each other by fasteners at contact points that are multiples of four, for example, by welding. 4. Катодно-подогревательный узел для мощного клистрона по п. 1, отличающийся тем, что тугоплавким материалом может быть молибден, тантал.4. The cathode-heating unit for a powerful klystron according to claim 1, characterized in that the refractory material can be molybdenum, tantalum. 5. Катодно-подогревательный узел для мощного клистрона по п. 1, отличающийся тем, что внешний и внутренний цилиндры могут быть выполнены с ребрами жесткости. 5. The cathode-heating unit for a powerful klystron according to claim 1, characterized in that the outer and inner cylinders can be made with stiffeners.
RU2014116305/07A 2014-04-22 2014-04-22 Cathode preheating unit RU2579430C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014116305/07A RU2579430C2 (en) 2014-04-22 2014-04-22 Cathode preheating unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014116305/07A RU2579430C2 (en) 2014-04-22 2014-04-22 Cathode preheating unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014116305A RU2014116305A (en) 2015-10-27
RU2579430C2 true RU2579430C2 (en) 2016-04-10

Family

ID=54362664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014116305/07A RU2579430C2 (en) 2014-04-22 2014-04-22 Cathode preheating unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579430C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770840C1 (en) * 2021-08-20 2022-04-22 Вячеслав Васильевич Копылов Cathode-heating unit for multibeam klystrons

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2285973C1 (en) * 2005-05-20 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") Dispenser cathode
RU2331135C1 (en) * 2006-12-20 2008-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Multi-beam electron gun
US8547006B1 (en) * 2010-02-12 2013-10-01 Calabazas Creek Research, Inc. Electron gun for a multiple beam klystron with magnetic compression of the electron beams

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2285973C1 (en) * 2005-05-20 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") Dispenser cathode
RU2331135C1 (en) * 2006-12-20 2008-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Multi-beam electron gun
US8547006B1 (en) * 2010-02-12 2013-10-01 Calabazas Creek Research, Inc. Electron gun for a multiple beam klystron with magnetic compression of the electron beams

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СВЧ-Техника, вып.1, 2011, с.44-55. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770840C1 (en) * 2021-08-20 2022-04-22 Вячеслав Васильевич Копылов Cathode-heating unit for multibeam klystrons

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014116305A (en) 2015-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7893621B2 (en) Eggbeater transparent cathode for magnetrons and ubitrons and related methods of generating high power microwaves
CN206022297U (en) Terahertz backward wave tube electron gun assembles calibration tool
RU2579430C2 (en) Cathode preheating unit
US9196449B1 (en) Floating grid electron source
Wang et al. Experimental study of a 6 kW W-band PCM focused sheet beam EIO
EP1508151B1 (en) High power density collector
CN104134598A (en) Multi-electron-beam inductive output tube
Malygin et al. Design and 3-D simulations of a 10-kW/28-GHz gyrotron with a segmented emitter based on controlled porosity-reservoir cathodes
Latha et al. Design and development of a novel, compact, and light-weight multistage depressed collector for space TWTs
CN101859674B (en) Method for testing electron beam pass rate of periodic magnetic focusing system of multiple traveling wave tubes
CN105470074B (en) Magnetically insulated transmission line oscillator
Ruess et al. Tolerance studies on an inverse magnetron injection gun for a 2-MW 170-GHz coaxial-cavity gyrotron
Virostek et al. Design and Analysis of the PIXIE CW Radio-Frequency Quadrupole (RFQ)
Galdetskiy On the opportunity of bandwidth increasing in multibeam klystron with planar layout of the beams
KR101909795B1 (en) Magnetron
RU2014121444A (en) METHOD FOR COOLING TURBINE BLADES OF A GAS-TURBINE UNIT
CN105895475A (en) Composite cold cathode for orthogonal field microwave tube and manufacturing method thereof
RU2008145410A (en) KLISTRON GENERATOR
EP3244438B1 (en) Magnetron and method of adjusting resonance frequency of magnetron
Virostek et al. Final Design of a CW Radio-Frequency Quadrupole (RFQ) for the Project X Injector Experiment (PXIE)
Ivanov et al. W-band pulsed TWT family with different output power
Pan et al. Development of 220 GHz and 340 GHz TWTs
Burtsev et al. Forming of high current density electron beams for terahertz vacuum amplifiers
Benjamin et al. Statistical Analysis and Solid-Density Plasma Diagnosis with the Ti Lyα Resonance Line
Chong et al. Development of high power K/Ka-Band helix TWT

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant