RU2631923C1 - Superhigh-frequency cyclotron protective device - Google Patents

Superhigh-frequency cyclotron protective device Download PDF

Info

Publication number
RU2631923C1
RU2631923C1 RU2016114977A RU2016114977A RU2631923C1 RU 2631923 C1 RU2631923 C1 RU 2631923C1 RU 2016114977 A RU2016114977 A RU 2016114977A RU 2016114977 A RU2016114977 A RU 2016114977A RU 2631923 C1 RU2631923 C1 RU 2631923C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
pole
electron
magnetic
cathode
Prior art date
Application number
RU2016114977A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Афанасьевич Будзинский
Сергей Васильевич Быковский
Иван Иванович Голеницкий
Наталья Германовна Духина
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 RU2016114977A priority Critical patent/RU2631923C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631923C1 publication Critical patent/RU2631923C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/34Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: superhigh-frequency cyclotron protective device comprises a tape cathode, a focusing electrode installed in front of the cathode and made in the form of a rectangular plate with edges bent at right angles to the cathode, an anode, a resonator system with input and output volume resonators having unidirectional coupling with each other through the electron beam and interacting with a fast cyclotron wave of the electron beam. Each resonator is connected and matched to UHF-lines by a signal transmission path, an electron collector, a magnetic system on permanent magnets longitudinally magnetized along the propagation direction of the electron beam, mounted on opposite inner walls of a rectangular magnetic circuit and provided with pole pieces. The magnetic system contains four additional magnets magnetized in a direction perpendicular to the propagation direction of the electron beam. Each magnet is located between the side walls of the pole piece and the magnetic circuit and adjoins with a magnetic pole, the cognominal pole of the longitudinally magnetized permanent magnet. The electron collector is made in the form of two thin mutually parallel plates on a wire holder mounted in the cylindrical cavity of the pole piece which axis is oriented perpendicular to the direction of propagation of the tape electron beam along its width.
EFFECT: increasing the frequency of the CPD and expanding the scope of the CPD in the radar receivers of the 8-millimeter wavelength range to protect them from the effects of high-level input power.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты от воздействия входной мощности большого уровня в СВЧ-радиоприемных устройствах, в частности в приемниках радиолокационных станций 8-миллиметрового диапазона длин волн.The invention relates to the field of high-frequency radio electronics, and in particular, to devices for protection against the effects of input power of a high level in microwave radio receivers, in particular in radar receivers of an 8-mm wavelength range.

В современных радиолокационных станциях (РЛС) предъявляются жесткие требования к входным каскадам приемника. Наряду с малым коэффициентом шума в рабочей полосе частот они должны быть надежно защищены от СВЧ-мощности высокого уровня при предельно малом времени восстановления параметров после окончания СВЧ-импульса.In modern radar stations (radar), stringent requirements are imposed on the input stages of the receiver. Along with a small noise figure in the working frequency band, they must be reliably protected from high-level microwave power with an extremely short recovery time after the microwave pulse ends.

По всей совокупности указанных требований наиболее перспективными являются циклотронные защитные устройства (ЦЗУ), работающие на быстрой циклотронной волне (БЦВ) электронного потока. Они обладают рядом технических преимуществ перед твердотельными и газоразрядными защитными устройствами: уникально малым (порядка наносекунд) временем срабатывания и восстановления режима работы после окончания импульса большой мощности, высоким уровнем допустимой входной мощности (до нескольких десятков киловатт в импульсе), малыми потерями сигнала, низким уровнем шума, линейностью амплитудной и фазовой характеристик.In the totality of these requirements, the most promising are cyclotron protective devices (CZU) operating on a fast cyclotron wave (BCV) of the electron beam. They have a number of technical advantages over solid-state and gas-discharge protective devices: uniquely small (on the order of nanoseconds) response and restoration of the operating mode after the end of a high power pulse, a high level of permissible input power (up to several tens of kilowatts per pulse), low signal loss, low level noise, linearity of amplitude and phase characteristics.

Физический принцип работы ЦЗУ основан на взаимодействии СВЧ-поля резонаторов с протяженным емкостным зазором с полем БЦВ электронного потока, связанной с вращением электронов в продольном магнитном поле с циклотронной частотой

Figure 00000001
, где η=e/m - отношение заряда электрона к его массе, В - индукция продольного магнитного поля. Взаимодействие СВЧ-полей резонаторов с БЦВ электронного потока происходит на частоте входного сигнала
Figure 00000002
, совпадающей с циклотронной частотой
Figure 00000003
и собственной частотой резонаторов в центре рабочей полосы частот
Figure 00000004
.The physical principle of the central locking system is based on the interaction of the microwave field of the resonators with an extended capacitive gap with the field of the central electron beam flow associated with the rotation of electrons in a longitudinal magnetic field with a cyclotron frequency
Figure 00000001
, where η = e / m is the ratio of the electron charge to its mass, B is the induction of the longitudinal magnetic field. The interaction of the microwave fields of the resonators with the central electron beam of the electron beam occurs at the frequency of the input signal
Figure 00000002
coinciding with the cyclotron frequency
Figure 00000003
and the natural frequency of the resonators in the center of the working frequency band
Figure 00000004
.

В настоящее время созданы ЦЗУ см-диапазона длин волн на частоте до

Figure 00000005
и соответственно индукцией поля В=0.35 Тл, которые широко применяются в приемных устройствах РЛС см-диапазона и обеспечивают их эффективную защиту от воздействия входной мощности большого уровня в условиях радиопротиводействия.At present, CMUs of the sm-range of wavelengths at a frequency of up to
Figure 00000005
and, accordingly, the field induction B = 0.35 T, which is widely used in cm-band radar receivers and provides their effective protection against the effects of a large input power level under radio interference conditions.

Актуальной задачей является создание ЦЗУ для защиты приемников РЛС 8-миллиметрового диапазона длин волн на частоте

Figure 00000006
с уровнем индукции поля B=1.3 Тл [1]. Однако в настоящее время ЦЗУ для этого частотного диапазона не разработаны.An urgent task is to create a central memory for the protection of radar receivers of the 8 mm wavelength range at a frequency
Figure 00000006
with the field induction level B = 1.3 T [1]. However, at present, DLCs for this frequency range have not been developed.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является ЦЗУ 3-сантиметрового диапазона длин волн [2, 3].Closest to the proposed invention (prototype) is a central bank of a 3-centimeter wavelength range [2, 3].

Устройство-прототип [2, 3] содержит ленточный катод, фокусирующий электрод, установленный перед катодом и выполненный в форме прямоугольной пластины с краями, загнутыми под прямым углом по направлению к катоду, анод, резонаторную систему с входным и выходным объемными резонаторами с собственной частотой, равной циклотронной частоте

Figure 00000007
на частоте входного сигнала
Figure 00000008
в центре рабочей полосы частот
Figure 00000009
. Резонаторы взаимодействуют с БЦВ электронного потока и имеют однонаправленную связь друг с другом через электронный поток, при этом каждый резонатор соединен и согласован с внешними СВЧ-линиями трактом передачи сигнала. Взаимодействие СВЧ-полей резонаторов с БЦВ электронного потока происходит на частоте входного сигнала
Figure 00000010
в центре рабочей полосы частот, равной циклотронной частоте
Figure 00000011
в продольном магнитном поле с индукцией В=0.35 Тл. Магнитное поле создается с помощью магнитной системы на постоянных магнитах, намагниченных в продольном направлении распространения электронного потока, установленных на противоположных внутренних стенках прямоугольного магнитопровода и снабженных полюсными наконечниками. Коллектор электронов представляет собой полый цилиндр с закрытым дном и входным прямоугольным отверстием для пропускания ленточного электронного потока, установленный внутри полости полюсного наконечника для обеспечения его магнитной экранировки от магнитного поля в междуполюсном зазоре.The prototype device [2, 3] contains a tape cathode, a focusing electrode mounted in front of the cathode and made in the form of a rectangular plate with edges bent at right angles to the cathode, an anode, a resonator system with input and output volume resonators with natural frequency, equal cyclotron frequency
Figure 00000007
at input frequency
Figure 00000008
in the center of the working frequency band
Figure 00000009
. The resonators interact with the central electronic circuit of the electron beam and have unidirectional communication with each other through the electron beam, with each resonator connected and matched to external microwave lines by a signal transmission path. The interaction of the microwave fields of the resonators with the central electron beam of the electron beam occurs at the frequency of the input signal
Figure 00000010
in the center of the working frequency band equal to the cyclotron frequency
Figure 00000011
in a longitudinal magnetic field with induction B = 0.35 T. The magnetic field is created using a permanent magnet magnet system, magnetized in the longitudinal direction of electron flow propagation, mounted on opposite inner walls of a rectangular magnetic circuit and equipped with pole tips. The electron collector is a hollow cylinder with a closed bottom and a rectangular inlet for transmitting a tape electron stream, mounted inside the cavity of the pole piece to ensure its magnetic shielding from the magnetic field in the interpolar gap.

Недостаток ЦЗУ-прототипа связан с тем, что он работает в ограниченной области рабочих частот см-диапазона длин волн. Для работы ЦЗУ в другом частотном диапазоне и, а именно, в приемниках РЛС 8-миллиметрового диапазона длин волн (

Figure 00000012
, B=1.3 Тл) необходимы изменения конструкции его основных узлов, включая магнитную, резонаторную и коллекторную системы.The disadvantage of the ZZU prototype is that it works in a limited area of the operating frequencies of the cm-wavelength range. For the operation of the central memory in a different frequency range and, namely, in radar receivers of the 8 mm wavelength range (
Figure 00000012
, B = 1.3 T) necessary changes in the design of its main components, including magnetic, resonator and collector systems.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение частоты ЦЗУ и расширение области применения ЦЗУ в приемниках РЛС 8-миллиметрового диапазона длин волн для защиты их от воздействия входной мощности большого уровня.The technical result of the invention is to increase the frequency of the central bank and expand the scope of the central bank in radar receivers of the 8 mm wavelength range to protect them from the effects of input power of a large level.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство содержит ленточный катод, фокусирующий электрод, установленный перед катодом и выполненный в форме прямоугольной пластины с краями, загнутыми под прямым углом по направлению к катоду, анод, резонаторную систему с входным и выходным объемными резонаторами, имеющими однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и осуществляющими взаимодействие с быстрой циклотронной волной электронного потока, при этом каждый резонатор соединен и согласован с внешними СВЧ-линиями трактом передачи сигнала, коллектор электронов, магнитную систему на постоянных магнитах, продольно намагниченных вдоль направления распространения электронного потока, установленных на противоположных внутренних стенках прямоугольного магнитопровода и снабженных полюсными наконечниками. Магнитная система содержит четыре дополнительных магнита, намагниченных в направлении, перпендикулярном направлению распространения электронного потока, причем каждый магнит расположен между боковыми стенками полюсного наконечника и магнитопровода и прилегает к ним магнитным полюсом, одноименным полюсу продольно намагниченного постоянного магнита. Коллектор электронов выполнен в виде двух тонких взаимно параллельных пластин на проволочном держателе, установленном в цилиндрической полости полюсного наконечника, ось которой ориентирована перпендикулярно направлению распространения ленточного электронного потока вдоль его ширины.The technical result is achieved by the fact that the proposed microwave cyclotron protective device comprises a tape cathode, a focusing electrode mounted in front of the cathode and made in the form of a rectangular plate with edges bent at right angles to the cathode, an anode, a resonator system with input and output volume resonators, having unidirectional communication with each other through the electron beam and interacting with the fast cyclotron wave of the electron beam, with each the resonator is connected and matched with external microwave lines by a signal transmission path, an electron collector, a permanent magnet magnet system, longitudinally magnetized along the propagation direction of the electron beam, mounted on opposite inner walls of a rectangular magnetic circuit and equipped with pole tips. The magnetic system contains four additional magnets magnetized in a direction perpendicular to the direction of propagation of the electron beam, each magnet located between the side walls of the pole piece and the magnetic circuit and adjacent to them by a magnetic pole of the same name as the longitudinally magnetized permanent magnet. The electron collector is made in the form of two thin mutually parallel plates on a wire holder mounted in a cylindrical cavity of the pole tip, the axis of which is oriented perpendicular to the direction of propagation of the tape electron stream along its width.

Применение в магнитной системе четырех дополнительных магнитов, намагниченных в направлении, перпендикулярном направлению распространения электронного потока, расположенных между боковыми стенками полюсного наконечника и магнитопровода, прилегающих к ним магнитным полюсом, одноименным полюсу продольно намагниченного постоянного магнита, позволяет сформировать однородное продольное магнитное поле, необходимое для обеспечения работы предлагаемого ЦЗУ на более высокой частоте в 8-миллиметровом диапазоне длин волн.The use in the magnetic system of four additional magnets magnetized in the direction perpendicular to the direction of propagation of the electron flux located between the side walls of the pole piece and the magnetic circuit adjacent to them by a magnetic pole of the same name to the pole of a longitudinally magnetized permanent magnet, allows the formation of a uniform longitudinal magnetic field, necessary to ensure the work of the proposed DLC at a higher frequency in the 8 mm wavelength range.

Выполнение коллекторного узла в виде двух тонких взаимно параллельных пластин, закрепленных на проволочном держателе, установленном внутри цилиндрической полости в коллекторном полюсном наконечнике, ось которой ориентирована перпендикулярно направлению распространения электронного потока, вдоль его ширины обеспечивает эффективную магнитную экранировку коллектора от магнитного поля и тем самым улучшает шумовые параметры предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн.The execution of the collector assembly in the form of two thin mutually parallel plates mounted on a wire holder mounted inside a cylindrical cavity in the collector pole piece, the axis of which is oriented perpendicular to the direction of propagation of the electron beam along its width, provides effective magnetic shielding of the collector from the magnetic field and thereby improves noise Parameters of the proposed 8-millimeter wavelength range.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн, где:In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed 8-millimeter wavelength range, where:

- ленточный катод 1;- tape cathode 1;

- фокусирующий электрод 2;- focusing electrode 2;

- анод 3;- anode 3;

- входной резонатор 4;- input resonator 4;

- выходной резонатор 5;- output resonator 5;

- электронный поток 6;- electronic stream 6;

- тракт передачи сигнала 7;- signal transmission path 7;

- коллектор электронов 8;- electron collector 8;

- постоянный магнит с продольной намагниченностью 9;- a permanent magnet with a longitudinal magnetization of 9;

- прямоугольный магнитопровод 10;- rectangular magnetic circuit 10;

- полюсный наконечник 11;- pole tip 11;

- дополнительный магнит с поперечной намагниченностью 12.- an additional magnet with transverse magnetization 12.

На фиг. 2а показана магнитная система предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн (объемный фрагмент 1/4 части), где:In FIG. 2a shows the magnetic system of the proposed DLC of the 8 mm wavelength range (volume fragment 1/4 of the part), where:

- постоянный магнит с продольной намагниченностью 9;- a permanent magnet with a longitudinal magnetization of 9;

- прямоугольный магнитопровод 10;- rectangular magnetic circuit 10;

- полюсный наконечник 11;- pole tip 11;

- дополнительный магнит с поперечной намагниченностью 12.- an additional magnet with transverse magnetization 12.

На фиг. 2 (б) показан график функции распределения продольной составляющей индукции поля вдоль оси магнитной системы (X=Y=0), гдеIn FIG. 2 (b) shows a graph of the distribution function of the longitudinal component of the field induction along the axis of the magnetic system (X = Y = 0), where

- Bz - индукция магнитного поля.- Bz - magnetic field induction.

На фиг. 3 показан коллектор предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн (объемный фрагмент 1/2-части) (а) и его проекция на плоскость (Y=0) (б), где:In FIG. Figure 3 shows the collector of the proposed central 8-millimeter wavelength range (volume fragment of a 1/2 part) (a) and its projection onto the plane (Y = 0) (b), where:

- коллектор электронов 8;- electron collector 8;

- полюсный наконечник 11;- pole tip 11;

- коллекторные пластины 13;- collector plates 13;

- проволочный держатель коллектора 14;- wire holder collector 14;

- цилиндрическая полость 15.- cylindrical cavity 15.

На фиг. 4. показано распределение плотности тока по поперечному сечению ленточного электронного потока в предлагаемом ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн.In FIG. 4. shows the distribution of current density over the cross section of the tape electron stream in the proposed DLC 8-mm wavelength range.

Устройство содержит последовательно расположенные друг за другом фокусирующий электрод 2, ленточный катод 1, анод 3, входной резонатор 4 и выходной резонатор 5 с трактами передачи сигнала 7, имеющие однонаправленную связь друг с другом через ленточный электронный поток 6, коллектор 8. Магнитная система бронированного типа содержит прямоугольный магнитопровод 10, два постоянных магнита 9, установленных на двух противоположных внутренних стенках магнитопровода 10, намагниченных в одинаковом направлении распространения электронного потока 6 и снабженных полюсными наконечниками 11. Между боковыми стенками полюсных наконечников 11 и внутренними стенками магнитопровода 10 установлены четыре дополнительных магнита 12, каждый из которых намагничен в направлении, перпендикулярном направлению распространению электронного потока 6, и ориентирован своими магнитными полюсами таким образом, что прилегает к стенкам полюсных наконечников 11 и внутренним стенкам магнитопровода 10 магнитными полюсами, одноименными полюсам продольно намагниченных магнитов 9. Коллектор 8 установлен внутри цилиндрической полости 15 полюсного наконечника 11. Коллектор 8 представляет собой две параллельные коллекторные пластины 13, установленные на проволочном держателе коллектора 15.The device contains sequentially located one after the other a focusing electrode 2, a tape cathode 1, anode 3, an input resonator 4 and an output resonator 5 with signal transmission paths 7 having unidirectional communication with each other through a tape electronic stream 6, collector 8. An armored type magnetic system contains a rectangular magnetic circuit 10, two permanent magnets 9 mounted on two opposite inner walls of the magnetic circuit 10, magnetized in the same direction of propagation of the electron beam 6 and equipped with pole pieces 11. Between the side walls of the pole pieces 11 and the inner walls of the magnetic circuit 10 there are four additional magnets 12, each of which is magnetized in a direction perpendicular to the direction of propagation of the electron flux 6, and oriented with its magnetic poles in such a way that it is adjacent to the walls of the pole pieces 11 and the inner walls of the magnetic circuit 10 with magnetic poles, the same poles of the longitudinally magnetized magnets 9. The collector 8 is installed inside the indricheskoy cavity 15 of the pole piece 11. The collector 8 consists of two parallel collector plates 13 mounted on the collector wire holder 15.

Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство 8-миллиметрового диапазона длин волн работает следующим образом.Microwave cyclotron protective device of the 8 mm wavelength range works as follows.

В режиме пропускания входной сигнал поступает из тракта передачи сигнала 7 во входной резонатор 4. Под его воздействием в электронном потоке 6 возбуждается БЦВ электронного потока, которая передает энергию сигнала в выходной резонатор 5 и далее по тракту передачи сигнала 7 во внешнюю СВЧ-линию. В зазоре между полюсными наконечниками 11 направление магнитных потоков дополнительных магнитов 12 с поперечной намагниченностью совпадает с магнитным потоком магнитов 9 с продольной намагниченностью, что позволяет повысить величину индукции поля до уровня В=1.3 Тл для эффективного взаимодействие полей резонаторов 4, 5 с БЦВ электронного потока на центральной частоте

Figure 00000013
в 8-миллиметровом диапазоне длин волн. После взаимодействия с полями резонаторов 4, 5 электронный поток 6 поступает в коллектор 8. Благодаря электрической изоляции коллектора 8 и, следовательно, возможности подачи на него потенциала Uколл, многократно превышающего потенциал Uo резонаторов 4, 5 (Uколл»Uo), а также благодаря резкому спаду индукции поля в области коллектора 8 вследствие его магнитной экранировки устраняется возможность попадания в емкостной зазор выходного резонатора 5 вторично-эмиссионных электронов из облучаемой поверхности коллектора 8 (пластин 13 и держателя 14), которые вызывают шумовые «всплески» в рабочей полосе частот и ухудшают шумовые характеристики ЦЗУ.In the transmission mode, the input signal comes from the signal transmission path 7 to the input resonator 4. Under its influence, an electron beam CCV is excited in the electron stream 6, which transmits the signal energy to the output resonator 5 and further along the signal transmission path 7 to the external microwave line. In the gap between the pole pieces 11, the direction of the magnetic fluxes of the additional magnets 12 with transverse magnetization coincides with the magnetic flux of magnets 9 with longitudinal magnetization, which makes it possible to increase the field induction to the level B = 1.3 T for the effective interaction of the fields of the resonators 4, 5 with the CCF of the electron beam by center frequency
Figure 00000013
in the 8 mm wavelength range. After interacting with the fields of the resonators 4, 5, the electron stream 6 enters the collector 8. Due to the electrical isolation of the collector 8 and, therefore, the possibility of supplying to it a potential Ucol, many times higher than the potential Uo of the resonators 4, 5 (Ucol ”Uo), and also due to the sharp the decrease in field induction in the region of the collector 8 due to its magnetic shielding eliminates the possibility of secondary emission electrons entering the capacitive gap of the output resonator 5 from the irradiated surface of the collector 8 (plates 13 and holder 14), cat Others cause noise "bursts" in the working frequency band and degrade the noise characteristics of the central memory.

Техническая возможность реализации предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн подтверждена методом компьютерного моделирования.The technical feasibility of the proposed 8-millimeter waveguide 8-millimeter wavelength range is confirmed by computer simulation.

Моделирование выполнялось в декартовой системе координат XYZ на основе применения 3D-моделей магнитной и электронно-оптической систем с учетом действия собственного пространственного заряда ленточного электронного потока.The simulation was performed in the XYZ Cartesian coordinate system based on the use of 3D models of magnetic and electron-optical systems, taking into account the action of the intrinsic space charge of the tape electron beam.

На объемном фрагменте 1/4 части магнитной система предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн, показанном на фиг. 2а, изображены части магнитопровода 10, постоянных магнитов 9 с продольной намагниченностью, полюсных наконечников 11, постоянных магнитов 12 с поперечной намагниченностью.On the volume fragment of 1/4 part of the magnetic system of the proposed RAM 8-mm wavelength range shown in FIG. 2a, parts of the magnetic circuit 10, permanent magnets 9 with longitudinal magnetization, pole pieces 11, permanent magnets 12 with transverse magnetization are shown.

Плоские боковые и торцевые стенки магнитопровода 10 имеют размеры по координатам XYZ, равные соответственно 45×5×62 мм3 и 43×30×2 мм3. Магниты 9 с продольной намагниченностью имеют одинаковые размеры 40×10×15 мм3 и установлены в плоскости продольной симметрии Y=0 магнитопровода 10. Магнит 9 прилегает одной плоскостью к внутренней торцевой стенке магнитопровода 10, а противоположной плоскостью к полюсному наконечнику 11. Полюсный наконечник 11 имеет форму пирамиды с плоскими боковыми стенками, обращенными в сторону боковых внутренних стенок магнитопровода 10. Со стороны магнитного зазора полюсные наконечники 11 имеют квадратную форму сечением 10×10 мм2. Полюсные наконечники 11 обращены друг к другу своими вершинами и образуют междуполюсный зазор длиной 0<Z<Zk, где Zk=9.3 мм. В этом зазоре расположены: катод 1, фокусирующий электрод 2, анод 3, входной 4 и выходной 5 резонаторы. Между боковой стенкой магнитопровода 10 и плоской боковой стенкой полюсного наконечника 11 установлен магнит 12 с поперечной намагниченностью с размером 40×10×25 мм3. Все магниты 9 и 12 изготовлены из сплава «самарий-кобальт», магнитопровод 10 и полюсные наконечники 11 - из стали «армко».The flat side and end walls of the magnetic circuit 10 have dimensions in the XYZ coordinates equal to 45 × 5 × 62 mm 3 and 43 × 30 × 2 mm 3 , respectively. Magnets 9 with longitudinal magnetization have the same dimensions 40 × 10 × 15 mm 3 and are installed in the plane of longitudinal symmetry Y = 0 of the magnetic circuit 10. Magnet 9 is adjacent to one plane to the inner end wall of the magnetic circuit 10, and the opposite plane to the pole piece 11. Pole tip 11 has the shape of a pyramid with flat side walls facing the side of the inner inner walls of the magnetic circuit 10. From the side of the magnetic gap, the pole pieces 11 have a square shape with a cross section of 10 × 10 mm 2 . The pole pieces 11 face each other with their peaks and form an interpolar gap of length 0 <Z <Zk, where Zk = 9.3 mm. In this gap are located: cathode 1, focusing electrode 2, anode 3, input 4 and output 5 resonators. Between the side wall of the magnetic circuit 10 and the flat side wall of the pole piece 11, a magnet 12 with transverse magnetization with a size of 40 × 10 × 25 mm 3 is installed. All magnets 9 and 12 are made of samarium-cobalt alloy, the magnetic core 10 and pole pieces 11 are made of Armco steel.

График функции распределения продольной составляющей индукции поля вдоль оси магнитной системы (X=Y=0) (фиг. 2б) показывает, что в данной магнитной системе формируется магнитное поле с индукцией на уровне Bz=1.3 Тл, близкое к однородному в области 0<Z<9.0 и резко спадающее в области коллектора 9.0<Z.The graph of the distribution function of the longitudinal component of the field induction along the axis of the magnetic system (X = Y = 0) (Fig. 2b) shows that a magnetic field is formed in this magnetic system with induction at the level of Bz = 1.3 T, which is close to uniform in the region 0 <Z <9.0 and sharply falling in the reservoir area 9.0 <Z.

На объемном фрагменте 1/4 части предлагаемого ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн изображена конструкция коллекторного узла 8 (фиг. 3а). На фиг. 3б показана его проекция на плоскость Y=0. Коллектор 8 состоит из двух тонких взаимно параллельных пластин 13 на проволочном держателе 14, установленном на оси цилиндрической полости 15 внутри полюсного наконечника 11. Ось цилиндрической полости 15 с держателем 14 направлена вдоль координаты Y, т.е. вдоль ширины ленточного электронного потока 6 перпендикулярно направлению его распространения. Пластины 13 с держателем 14 электрически изолированы от коллекторного полюсного наконечника 11.On the volume fragment of 1/4 of the proposed central 8-millimeter wavelength range, the design of the collector assembly 8 is shown (Fig. 3a). In FIG. 3b shows its projection on the plane Y = 0. The collector 8 consists of two thin mutually parallel plates 13 on a wire holder 14 mounted on the axis of the cylindrical cavity 15 inside the pole piece 11. The axis of the cylindrical cavity 15 with the holder 14 is directed along the Y coordinate, i.e. along the width of the tape electron stream 6 perpendicular to the direction of its propagation. The plates 13 with the holder 14 are electrically isolated from the collector pole piece 11.

Распределение плотности тока по поперечному сечению ленточного электронного потока в предлагаемом ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн представлено на фиг. 4. Расчет проводился на разных расстояниях от плоскости полюсного наконечника 11, включая плоскость эмиттера (Z=3.3 мм), входную (Z=4.9 мм) и выходную (Z=6.1 мм) плоскости емкостного зазора входного резонатора 4, входную (Z=7.4 мм) и выходную (Z=8.6 мм) плоскости емкостного зазора выходного резонатора 5, а также входную плоскость (Z=9.3 мм) полюсного наконечника 11 с цилиндрической коллекторной полостью 15. Поперечные размеры (по координат X и Y) эмитирующей поверхности ленточного катода 1 равны 0.022×0.75 мм2, емкостных зазоров входного 4 и выходного 5 резонаторов - 0.05×0.60 мм2. Расчет выполнен при следующих заданных потенциалах: фокусирующего электрода 2 (Uф=-30В), анода 3 (Ua=+13B) входного и выходного резонаторов 4, 5 (Uo=+16B), коллектора 8 (Uколл=+250В). Расчетная величина тока (микропервеанса) ленточного электронного потока равна 186 мкА (2.9 мкА/В3/2).The distribution of current density over the cross section of the tape electron stream in the proposed DLC of the 8 mm wavelength range is shown in FIG. 4. The calculation was carried out at different distances from the plane of the pole tip 11, including the emitter plane (Z = 3.3 mm), input (Z = 4.9 mm) and output (Z = 6.1 mm) plane of the capacitive gap of the input cavity 4, input (Z = 7.4 mm) and the output (Z = 8.6 mm) plane of the capacitive gap of the output resonator 5, as well as the input plane (Z = 9.3 mm) of the pole piece 11 with a cylindrical collector cavity 15. The transverse dimensions (along the X and Y coordinates) of the emitting surface of the tape cathode 1 equal to 0.022 × 0.75 mm 2 , the capacitive gaps of the input 4 and output 5 resonators - 0.05 × 0.60 mm 2 . The calculation was performed at the following given potentials: focusing electrode 2 (Uph = -30V), anode 3 (Ua = + 13B) of the input and output resonators 4, 5 (Uo = + 16B), collector 8 (Ucoll = + 250V). The calculated value of the current (micropervance) of the tape electron stream is 186 μA (2.9 μA / V 3/2 ).

Приведенные результаты моделирования доказывают возможность качественной жесткой фокусировки сверхтонкого ленточного электронного потока с поперечными размерами, близкими к размерам эмитирующей поверхности катода без искажения его краев, что необходимо для реализации эффективного взаимодействия полей резонаторов с БЦВ электронного потока в предлагаемом ЦЗУ 8-миллиметрового диапазона длин волн.The presented simulation results prove the possibility of high-quality rigid focusing of an ultrathin ribbon electron stream with transverse dimensions close to the dimensions of the emitting surface of the cathode without distorting its edges, which is necessary for realizing the effective interaction of the resonator fields with the central electron beam in the proposed 8-millimeter wavelength range.

Таким образом, частота предлагаемого сверхвысокочастотного циклотронного защитного устройства повышается по сравнению с прототипом в 4 раза, что необходимо для защиты приемников РЛС 8-миллиметрового диапазона длин волн от воздействия входной мощности большого уровня. Создание предлагаемого изобретения позволит реализовать известные преимущества ЦЗУ в РЛС 8-миллиметрового диапазона длин волн, повысить устойчивость их работы в условиях радиопротиводействия.Thus, the frequency of the proposed microwave cyclotron protective device is increased compared to the prototype 4 times, which is necessary to protect the radar receivers of the 8 mm wavelength range from the effects of the input power of a large level. The creation of the invention will allow to realize the well-known advantages of the central memory in the radar of the 8-mm wavelength range, to increase the stability of their work in the conditions of radio interference.

Источники информацииInformation sources

1. Ю.А. Будзинский, С.В. Быковский, И.И. Голеницкий, В.Г. Калина. Становление, развитие и перспективы СВЧ-приборов на циклотронном резонансе электронного потока. // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. Часть 1. Вып. 3 (518). 2013 г. С. 136-142.1. Yu.A. Budzinsky, S.V. Bykovsky, I.I. Golenitsky, V.G. Viburnum. Formation, development and prospects of microwave devices based on cyclotron resonance of an electron beam. // Electronic equipment. Series 1. Microwave technology. Part 1. Vol. 3 (518). 2013, pp. 136-142.

2. Патент Российской Федерации №2530746, МПК Н02Н 7/00. Опубликовано: 10.10.2014. Бюллетень №28.2. Patent of the Russian Federation No. 2530746, IPC Н02Н 7/00. Published: October 10, 2014. Bulletin No. 28.

3. И.И. Голеницкий, Н.Г. Духина, Е.И. Каневский. Комплексный расчет трехмерных электронно-оптических и магнитных фокусирующих систем ЭВП СВЧ. Раздел 4. Ленточный электронный поток в ЦЗУ. // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. Вып. 2 (482). 2003 г. С. 60-65.3. I.I. Golenitsky, N.G. Dukhina, E.I. Kanevsky. Comprehensive calculation of three-dimensional electron-optical and magnetic focusing systems of microwave electron-beam composites. Section 4. Tape electronic flow in the central memory. // Electronic equipment. Ser. 1. Microwave technology. Vol. 2 (482). 2003, S. 60-65.

Claims (1)

Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство, содержащее ленточный катод, фокусирующий электрод, установленный перед катодом и выполненный в форме прямоугольной пластины с краями, загнутыми под прямым углом по направлению к катоду, анод, резонаторную систему с входным и выходным объемными резонаторами, имеющими однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и осуществляющими взаимодействие с быстрой циклотронной волной электронного потока, при этом каждый резонатор соединен и согласован с внешними СВЧ-линиями трактом передачи сигнала, коллектор электронов, магнитную систему на постоянных магнитах, продольно намагниченных вдоль направления распространения электронного потока, установленных на противоположных внутренних стенках прямоугольного магнитопровода и снабженных полюсными наконечниками, отличающееся тем, что магнитная система содержит четыре дополнительных магнита, намагниченных в направлении, перпендикулярном направлению распространения электронного потока, причем каждый магнит расположен между боковыми стенками полюсного наконечника и магнитопровода и прилегает к ним магнитным полюсом, одноименным полюсу продольно намагниченного постоянного магнита, коллектор электронов выполнен в виде двух тонких взаимно параллельных пластин на проволочном держателе, установленном в цилиндрической полости полюсного наконечника, ось которой ориентирована перпендикулярно направлению распространения ленточного электронного потока вдоль его ширины.Microwave cyclotron protective device containing a tape cathode, a focusing electrode mounted in front of the cathode and made in the form of a rectangular plate with edges bent at right angles to the cathode, an anode, a resonator system with input and output volume resonators having unidirectional communication with each other through the electron beam and interacting with the fast cyclotron wave of the electron beam, with each resonator connected and matched to external microwave lines a signal transmission path, an electron collector, a permanent magnet magnet system longitudinally magnetized along the electron flux propagation direction, mounted on opposite inner walls of a rectangular magnetic circuit and provided with pole pieces, characterized in that the magnetic system contains four additional magnets magnetized in a direction perpendicular to electron flow propagation, with each magnet located between the side walls of the pole the tip and the magnetic circuit and adjacent to them by a magnetic pole of the same name as the pole of a longitudinally magnetized permanent magnet, the electron collector is made in the form of two thin mutually parallel plates on a wire holder mounted in a cylindrical cavity of the pole piece, the axis of which is oriented perpendicular to the direction of propagation of the tape electron beam along its width .
RU2016114977A 2016-04-18 2016-04-18 Superhigh-frequency cyclotron protective device RU2631923C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114977A RU2631923C1 (en) 2016-04-18 2016-04-18 Superhigh-frequency cyclotron protective device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114977A RU2631923C1 (en) 2016-04-18 2016-04-18 Superhigh-frequency cyclotron protective device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2631923C1 true RU2631923C1 (en) 2017-09-29

Family

ID=60040637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114977A RU2631923C1 (en) 2016-04-18 2016-04-18 Superhigh-frequency cyclotron protective device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631923C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731297C1 (en) * 2020-01-28 2020-09-02 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Super-high-frequency cyclotron protective device
RU2827056C1 (en) * 2024-02-27 2024-09-23 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А. И. Шокина" Microwave cyclotron protective device (versions)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6380803B2 (en) * 1993-09-03 2002-04-30 Litton Systems, Inc. Linear amplifier having discrete resonant circuit elements and providing near-constant efficiency across a wide range of output power
US20080164816A1 (en) * 2005-02-18 2008-07-10 Communications And Power Industries, Inc. Dynamic depressed collector
RU2453018C1 (en) * 2010-10-05 2012-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Microwave cyclotron protection device
RU2530746C1 (en) * 2013-04-16 2014-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Ultrahigh frequency cyclotron protective device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6380803B2 (en) * 1993-09-03 2002-04-30 Litton Systems, Inc. Linear amplifier having discrete resonant circuit elements and providing near-constant efficiency across a wide range of output power
US20080164816A1 (en) * 2005-02-18 2008-07-10 Communications And Power Industries, Inc. Dynamic depressed collector
RU2453018C1 (en) * 2010-10-05 2012-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Microwave cyclotron protection device
RU2530746C1 (en) * 2013-04-16 2014-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Ultrahigh frequency cyclotron protective device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731297C1 (en) * 2020-01-28 2020-09-02 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Super-high-frequency cyclotron protective device
RU2827056C1 (en) * 2024-02-27 2024-09-23 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А. И. Шокина" Microwave cyclotron protective device (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Caryotakis High power klystrons: Theory and practice at the stanford linear accelerator center
Read et al. Design of a gridded gun and PPM-focusing structure for a high-power sheet electron beam
RU2631923C1 (en) Superhigh-frequency cyclotron protective device
RU2343584C1 (en) Self-sharpening point field-emission cathode for operation in technical vacuum
Cooke et al. Validation of the large-signal klystron simulation code TESLA
Nusinovich et al. A review of the development of multiple-beam klystrons and TWTs
Batchelor et al. Development of a high brightness electron gun for the accelerator test facility at Brookhaven National Laboratory
Hendricks et al. Increasing the RF energy per pulse of an RKO
Sung et al. Influence of anode-cathode gap distance on output characteristics of high-power microwave from coaxial virtual cathode oscillator
Choi et al. Characteristics of diode perveance and vircator output under various anode-cathode gap distances
Abe et al. Experimental study and analysis of an S-band multiple-beam klystron with 6% bandwidth
Wurtele et al. Prebunching in a collective Raman free electron laser amplifier
Sandoval Experimental verification of A6 magnetron with permanent magnet
Mitchell et al. A gridded thermionic injector gun for high-average-power free-electron lasers
Nezhevenko et al. Design of a high power X-band magnicon amplifier
Beaudoin et al. Novel high power sources for the physics of ionospheric modification
Nezhevenko et al. Performance of X-band pulsed magnicon amplifier
Tulu et al. 3D multipacting study for the rossendorf SRF gun
RU2599388C1 (en) Relativistic magnetron with cathode end shields
Burt et al. Benchmarking simulations of multipactor in rectangular waveguides using CST-particle studio
Gilgenbach et al. Intense Electron Beam Cyclotron Masers With Microsecond Pulselengths
Tulu et al. Different Counter Measures of Electron Amplification in the Photocathode Unit
Allen et al. RF Power Sources for Linear Colliders
Christensen et al. Performance of Intense Pulsed Ion Source
Coleman et al. Two‐cavity autoacceleration of an intense relativistic electron beam