RU2612028C1 - Электровакуумный прибор СВЧ - Google Patents
Электровакуумный прибор СВЧ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612028C1 RU2612028C1 RU2014153913A RU2014153913A RU2612028C1 RU 2612028 C1 RU2612028 C1 RU 2612028C1 RU 2014153913 A RU2014153913 A RU 2014153913A RU 2014153913 A RU2014153913 A RU 2014153913A RU 2612028 C1 RU2612028 C1 RU 2612028C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- span
- distance
- gap
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
- H01J25/14—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator with tube-like electron stream coaxial with the axis of the resonators
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной технике, а именно к электровакуумным двухрезонаторным генераторам СВЧ клистронного типа с двухзазорным первым резонатором. Первый резонатор обеспечивает самовозбуждение генератора в режиме автогенерации на противофазном виде колебаний и достаточно эффективное группирование электронов. Основная особенность предлагаемого прибора заключается в том, что оба зазора первого резонатора имеют протяженное пространство взаимодействия (ППВ) электронов с СВЧ полем. Изобретение предназначено для генерации большой мощности СВЧ. Технический результат - увеличение КПД благодаря использованию ППВ и больших амплитуд СВЧ напряжений в пределах (1,1-1,3)U0 в первом резонаторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к электронной технике, в частности к электровакуумным двухрезонаторным генераторам СВЧ клистронного типа с двухзазорным первым резонатором, в которых модуляция по скорости и плотности сформированного пушкой электронного потока происходит в первом резонаторе и трубах дрейфа, а отбор энергии - в зазоре второго резонатора.
Предлагаемое устройство предназначено для генерации большой мощности СВЧ диапазона с достаточно высоким значением КПД, превышающим КПД известных двухрезонаторных генераторов на 25-30%, то есть примерно в два раза.
Известны двухрезонаторные и двухзазорные однорезонаторные генераторы, работающие на синфазном или противофазном видах колебаний [1]. Во всех этих генераторах, как и в двухрезонаторных усилительных клистронах, КПД не превышает 15-20% [2]. В частности, известен генераторный клистрон «с буферным каскадом» [3], взятый нами за прототип, в котором первый резонатор с двумя зазорами обеспечивает самовозбуждение генератора при условии, что угол пролета электронов между узкими зазорами резонатора при работе на противофазном виде колебаний удовлетворяет равенству θ12=2π(n+0,25), где n=0, 1, 2, … - номер зоны генерации. В первом зазоре первого резонатора электронный поток модулируется по скорости, а в трубе дрейфа - по плотности и приходит во второй зазор, где отдает часть энергии СВЧ полю, а затем проходит еще одно пространство дрейфа и попадает в зазор выходного резонатора. Отмечается, что КПД прибора такой же, как в двухрезонаторном усилителе, то есть не превышает 30%.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение КПД двухрезонаторных генераторов с двухзазорным первым резонатором с противофазным видом колебаний. Предлагаемый электронный прибор, как и прототип, содержит электронную пушку, два резонатора, первый из которых является двухзазорным, трубы дрейфа, коллектор, вывод энергии. Основное отличие предлагаемого прибора заключается в том, что длины зазоров первого резонатора выбираются более протяженными по сравнению с узкими зазорами традиционных клистронов, в том числе и прототипа.
Угол пролета в первом зазоре θ1=γd1=(1,5-1,6)π, где d1 - длина первого зазора, ω - круговая частота, - скорость электронов на входе в пространство взаимодействия первого зазора, см/с, U0 - ускоряющее напряжение, В, λ - рабочая длина волны, см.
Угол пролета во втором зазоре θ2=γd2=(1,1-1,3)π, где d2 - длина второго зазора.
Угол пролета между центрами зазоров выбирается, во-первых, из условия самовозбуждения первого резонатора, а во-вторых, для обеспечения эффективного группирования электронов после прохождения второго зазора, то есть больше оптимального значения с точки зрения получения максимального КПД θ12=2π(n+0,25), где n - номер зоны генерации. Для первой зоны в предлагаемом приборе угол пролета выбирается в пределах θ12=(2,5-2,6)π в зависимости от первеанса пушки и амплитуды напряжений на зазорах первого резонатора.
Эффективное группирование электронов, которое начинается в первом резонаторе и продолжается в трубе дрейфа между резонаторами, обеспечивается при относительных амплитудах СВЧ напряжения на зазорах первого резонатора ξ1=Um1/U0 в пределах от 1,1 до 1,3. Для получения указанных значений амплитуд СВЧ напряжения на зазорах первого резонатора требуется ток, величина которого выбирается из условия:
где ρ - характеристическое сопротивление, Q0 - собственная добротность первого резонатора. Такой ток можно получить в многолучевой электронно-оптической системе.
Численные расчеты показывают, что при выполнении условия самовозбуждения первого резонатора на противофазном виде колебаний и отборе в этом резонаторе от электронного потока от 1 до 2% подводимой мощности P0=I0U0 использование двух традиционных узких зазоров с относительными амплитудами СВЧ напряжения ξ1 на них в пределах от 0,2 до 0,3 позволяет получить относительную амплитуду первой гармоники конвекционного тока Im1/I0 в пролетной трубе между резонаторами, равной 1,3-1,4. В предлагаемом приборе применение двух протяженных пространств взаимодействия в первом резонаторе с относительными амплитудами ξ1 на каждом зазоре в пределах от 1,1 до 1,3 при том же значении отбора подводимой мощности от электронного потока увеличивает относительную амплитуду первой гармоники конвекционного тока в пролетной трубе между резонаторами до значений 1,55-1,65, как в многорезонаторных клистронах.
Технический результат настоящего изобретения состоит в создании нового типа двухрезонаторных генераторов СВЧ с большими углами пролета в пространствах взаимодействия первого двухзазорного резонатора, отличающихся значением КПД на 25-30% больше по сравнению с традиционными двухрезонаторными клистронными генераторами с узкими зазорами.
Эскиз предложенного двухрезонаторного генератора с протяженными пространствами взаимодействия в первом двухзазорном резонаторе показан на чертеже, где обозначено: 1 - многолучевая электронная пушка, 2 - первая пролетная труба, 3 - двухзазорный резонатор, 4 - вторая пролетная труба (первая труба дрейфа между зазорами первого резонатора), 5 и 6 - стержни, поддерживающие трубу дрейфа 4, 7 - третья пролетная труба (вторая труба дрейфа между резонаторами), 8 - второй резонатор, 9 - четвертая пролетная труба, 10 - вывод энергии, 11 - коллектор. В приборе пролетные трубы имеют пролетные каналы, расположенные в нескольких рядах на концентрических окружностях, причем оси пролетных каналов совпадают с осями соответствующих катодов многолучевой пушки.
Принцип работы прибора состоит в следующем. Электронная пушка 1 создает многолучевой электронный поток, который через пролетную трубу 2 попадает в первое пространство взаимодействия двухзазорного резонатора 3, длина которого определяется из условия:
где d1 - расстояние от торца первой пролетной трубы, выступающей над торцевой внутренней стенкой резонатора со стороны пушки, до торца второй пролетной трубы.
В первом пространстве взаимодействия электронный поток модулируется по скорости, происходит предварительное группирование электронов и образование переменного конвекционного тока. При уменьшении размера d1 до величины менее 1,5π/γ увеличиваются потери мощности на модуляцию электронного потока. При увеличении d1 более 1,6π/γ группирование электронов становится менее эффективным, что может привести к снижению КПД и невыполнению условий самовозбуждения первого резонатора. При выборе длины пространства взаимодействия d1 в указанных пределах обеспечивается эффективное группирование электронов на расстоянии, соответствующем оптимальному условию самовозбуждения первого резонатора при относительной амплитуде СВЧ напряжения ξ1=Um1/U0=1,1-1,3.
Длина второго зазора резонатора выбирается также из условия эффективного группирования электронов:
где d2 - расстояние между торцами второй и третьей пролетных труб. Выбор длины второго зазора в указанных пределах также обеспечивает эффективное группирование электронов после его прохождения.
Длина второй пролетной трубы L1 в первом резонаторе выбирается из условий обеспечения самовозбуждения первого резонатора при отборе от электронного потока от 1 до 2% подводимой мощности и дальнейшего эффективного группирования электронов в третьей пролетной трубе:
где L1 - расстояние между торцами второй пролетной трубы.
Длина зазора второго резонатора выбирается такой же, как в узкополосных клистронах:
где d3 - расстояние между торцами третьей и четвертой пролетных труб.
Длину третьей пролетной трубы L2, определяющую расстояние между вторым зазором первого резонатора и зазором второго резонатора, выбирают из условия:
где L2 - расстояние между торцами третьей пролетной трубы.
Первая и третья пролетные трубы в первом резонаторе и третья и четвертая трубы во втором выступают над торцевыми стенками соответствующих резонаторов для получения максимального характеристического сопротивления. Величины выступов и диаметры труб выбираются равными:
Н=(0,04-0,08)λ,
D=(0,2-0,5)λ,
где Н - расстояние от торцов пролетных труб до торцевых стенок резонаторов, D - диаметр пролетных труб.
Выбор размера D в указанных пределах позволяет разместить в пролетных трубах необходимое число пролетных каналов с электронными лучами и соответственно обеспечить получение тока, необходимого для эффективной работы прибора. Меньшие значения коэффициентов при выборе размера D и большие значения при выборе размера Н соответствуют большим длинам волн.
Внешняя оболочка резонаторов может выполняться из закороченных отрезков прямоугольного или круглого волноводов.
Численные расчеты показывают возможность получения в двухрезонаторном генераторе с двухзазорным первым резонатором электронного КПД, равного 68% на частоте 2,45 ГГц, при ускоряющем напряжении 15 кВ, суммарном первеансе электронного потока из 15 лучей 4,5 мкА/В3/2.
Таким образом, при использовании предлагаемых технических решений может быть достигнут следующий результат: в двухрезонаторных генераторах, у которых первый резонатор имеет два протяженных пространства взаимодействия, КПД увеличивается на 25-30%, то есть примерно в два раза по сравнению с известными двухрезонаторными клистронными генераторами. Простота конструкции в сочетании с большими значениями КПД делает перспективным использование предлагаемого прибора в качестве источника большой мощности.
Источники информации
1. Шевчик В.Н. Основы электроники сверхвысоких частот. - М.: Сов. радио, 1959. - С. 173.
2. Березин В.М., Буряк В.С., Гутцайт Э.М., Марин В.П. Электронные приборы СВЧ. - М.: Высшая школа, 1985. - С. 48.
3. Warnecke R., Guenard P. Les tubes electroniques a commande par modulation de vitesse. - Paris, 1951.
Claims (22)
1. Электровакуумный прибор СВЧ, содержащий электронную пушку, пролетные трубы, сквозь которые пропускают электронный поток, два резонатора, первый из которых двухзазорный, возбуждаемый электронным потоком на противофазном виде колебаний, вывод энергии и коллектор, отличающийся тем, что длины пространств взаимодействия первого резонатора d1 и d2 выбирают из условий:
d1=(1,5-1,6)π/γ,
d2=(1,1-1,3)π/γ,
где d2 - расстояние между торцами второй и третьей пролетных труб, образующих второй зазор,
при этом длину второй пролетной трубы L1, определяющую расстояние между зазорами, выбирают из условия:
L1=(1,1-1,3)π/γ,
где L1 - расстояние между торцами второй пролетной трубы,
величину тока электронного потока I0 выбирают из условия:
I0=(55-65)U0/ρQ0,
где ρ - характеристическое сопротивление, Q0 - собственная добротность первого резонатора,
причем электронная пушка является многолучевой, в пролетных трубах выполнены пролетные каналы, расположенные соосно соответствующим катодам электронной пушки, а длину зазора второго резонатора d3 определяют из условия:
d3=(0,2-0,4)π/γ,
где d3 - расстояние между торцами третьей и четвертой пролетных труб,
при этом длину третьей пролетной трубы L2, определяющую расстояние между вторым зазором первого резонатора и зазором второго, выбирают из условия:
L2=(1,6-1,7)π/γ,
где L2 - расстояние между торцами третьей пролетной трубы,
а расстояние от торца первой пролетной трубы до торца первого резонатора со стороны пушки, расстояние между торцами третьей пролетной трубы и соответствующими торцами первого и второго резонаторов, расстояние от торца четвертой пролетной трубы до торца второго резонатора со стороны коллектора и диаметр пролетных труб выбирают из условий:
H=(0,04-0,08)λ,
D=(0,2-0,5)λ,
где H - указанные расстояния, определяющие размеры выступов пролетных труб над торцевыми стенками резонаторов, D - диаметр пролетных труб, причем меньшие значения коэффициентов при выборе размера D и большие значения при выборе размера H соответствуют большим длинам волн.
2. Электровакуумный прибор СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что резонаторы выполнены в виде отрезков, закороченных на концах прямоугольного или круглого волновода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153913A RU2612028C1 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Электровакуумный прибор СВЧ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153913A RU2612028C1 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Электровакуумный прибор СВЧ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612028C1 true RU2612028C1 (ru) | 2017-03-02 |
Family
ID=58459361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014153913A RU2612028C1 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Электровакуумный прибор СВЧ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612028C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109545638A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 西北核技术研究所 | 一种谐振腔及交叉结构的太赫兹扩展互作用振荡器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5568014A (en) * | 1992-12-09 | 1996-10-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Traveling-wave tube amplifier having collector potential lower than body potential |
US7116051B2 (en) * | 2003-07-16 | 2006-10-03 | Vancil Bernard K | Multibeam klystron |
RU2297686C1 (ru) * | 2005-09-13 | 2007-04-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Многодиапазонный электровакуумный свч-прибор типа о |
RU2390870C1 (ru) * | 2009-02-10 | 2010-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Свч-прибор клистронного типа (варианты) |
RU2474003C1 (ru) * | 2011-07-19 | 2013-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Свч-прибор клистронного типа (варианты) |
-
2014
- 2014-12-29 RU RU2014153913A patent/RU2612028C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5568014A (en) * | 1992-12-09 | 1996-10-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Traveling-wave tube amplifier having collector potential lower than body potential |
US7116051B2 (en) * | 2003-07-16 | 2006-10-03 | Vancil Bernard K | Multibeam klystron |
RU2297686C1 (ru) * | 2005-09-13 | 2007-04-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Многодиапазонный электровакуумный свч-прибор типа о |
RU2390870C1 (ru) * | 2009-02-10 | 2010-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Свч-прибор клистронного типа (варианты) |
RU2474003C1 (ru) * | 2011-07-19 | 2013-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Свч-прибор клистронного типа (варианты) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109545638A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 西北核技术研究所 | 一种谐振腔及交叉结构的太赫兹扩展互作用振荡器 |
CN109545638B (zh) * | 2018-11-20 | 2021-01-05 | 西北核技术研究所 | 一种谐振腔及交叉结构的太赫兹扩展互作用振荡器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2698398A (en) | Traveling wave electron discharge device | |
US2880355A (en) | Backward flow travelling wave oscillators | |
US2888597A (en) | Travelling wave oscillator tubes | |
US2466063A (en) | High-power high-frequency electron discharge apparatus | |
RU2612028C1 (ru) | Электровакуумный прибор СВЧ | |
RU2474003C1 (ru) | Свч-прибор клистронного типа (варианты) | |
RU2390870C1 (ru) | Свч-прибор клистронного типа (варианты) | |
US2623129A (en) | Thermionic tube for amplification of ultrashort electric waves | |
RU2288519C1 (ru) | Генератор шумоподобного широкополосного свч-сигнала на виртуальном катоде | |
RU2396632C1 (ru) | Клистронный генератор | |
RU2573597C1 (ru) | Электровакуумный прибор свч | |
US3009078A (en) | Low noise amplifier | |
Xiao et al. | Direct excitation of TE11 mode in a relativistic backward wave oscillator | |
RU2422938C1 (ru) | Релятивистский магнетрон с волноводными выводами мощности | |
RU2444081C1 (ru) | Управляемый генератор на виртуальном катоде | |
RU2723439C9 (ru) | Клистрон | |
RU2656707C1 (ru) | Электровакуумный микроволновый автогенератор клистронного типа | |
Guzilov | 6 kW L-band pulsed MBK with broad frequency band of 15% | |
GB787271A (en) | Improvements in or relating to velocity modulation tubes | |
CN109494142B (zh) | 一种具有脊加载叶片结构的磁绝缘线振荡器 | |
SU302050A1 (ru) | Усилитель электромагнитных колебаний сантиметрового,миллиметрового и субмиллиметрового диапозонов длин волн | |
US2951173A (en) | Traveling wave tube oscillators | |
RU2364978C1 (ru) | Свч-прибор клистронного типа | |
SU656243A2 (ru) | Ускор юща система линейного ускорител ионов | |
Kumar et al. | PIC simulation study of L-band bifrequency magnetically insulated line oscillator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170406 |