RU2731297C1 - Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство - Google Patents
Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731297C1 RU2731297C1 RU2020103845A RU2020103845A RU2731297C1 RU 2731297 C1 RU2731297 C1 RU 2731297C1 RU 2020103845 A RU2020103845 A RU 2020103845A RU 2020103845 A RU2020103845 A RU 2020103845A RU 2731297 C1 RU2731297 C1 RU 2731297C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron
- gap
- electron flow
- resonator
- flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты входных каскадов СВЧ радиоприемных устройств, в частности приемников радиолокационных станций, от воздействия входной мощности высокого уровня в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат - улучшение электрических параметров ЦЗУ, снижение коэффициента шума и расширение полосы рабочих частот путем приближения поверхностей зазоров резонаторов к электронному потоку. Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство содержит электронную пушку, формирующую ленточный электронный поток, резонаторный блок, состоящий из входного и выходного объемных резонаторов, каждый из которых имеет тракт передачи сигнала во внешнюю сверхвысокочастотную линию и емкостной зазор для прохождения ленточного электронного потока, имеющие однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и разделенные диафрагмой с отверстием для прохождения электронного потока, коллектор и средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по направлению электронного потока. Параллельные поверхности зазоров равномерно и непрерывно на длине резонаторного блока в направлении к коллектору повернуты вокруг продольной оси зазора на угол, соответствующий углу поворота поперечного сечения ленточного электронного потока. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты входных каскадов СВЧ радиоприемных устройств, в частности, приемников радиолокационных станций, от воздействия входной мощности высокого уровня в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.
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.
Всем этим требованиям в значительной степени удовлетворяют циклотронные защитные устройства (ЦЗУ), работающие на быстрой циклотронной волне (БЦВ) электронного потока.
Известно ЦЗУ в основу работы которого положено взаимодействие электродинамической структуры с БЦВ электронного потока. Это устройство обеспечивает надежную защиту от СВЧ мощности высокого уровня при малом времени восстановления. [Патент РФ №2167480, МПК Н02Н 7/12]
Недостатком является невозможность обеспечить жесткие требования по уровню токопрохождения (выше 99%) при токах луча приблизительно 200…300 мкА и напряжениях резонатора 15…20 В.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является ЦЗУ 3-см диапазона длин волн [Патент РФ №2530746, МПК Н02Н 7/00].
ЦЗУ содержит электронную пушку, формирующую ленточный электронный поток, входной и выходной объемные резонаторы, имеющие однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и разделенные диафрагмой с отверстием, образующим пролетный канал, коллектор и средство для создания однородного магнитного поля соосного с электронным потоком, уровень индукции которого обеспечивает вращение электронов с циклотронной частотой, равной средней частоте рабочей полосы частот устройства, при этом каждый резонатор соединен с внешними СВЧ-линиями трактом передачи сигнала. Плоскость симметрии зазора выходного резонатора образует с плоскостью симметрии зазора входного резонатора угол α, при этом 3°≤α≤5°.
Расположение выходного резонатора с поворотом плоскости симметрии его зазора относительно плоскости симметрии зазора входного резонатора на угол α в диапазоне от 3° до 5° позволяет улучшить токопрохождение в зазорах резонаторов и повысить электронную нагрузку резонаторов, следовательно, расширить полосу рабочих частот ЦЗУ.
Недостаток ЦЗУ - прототипа связан с тем, что между входным и выходным резонаторами плоскости симметрии зазоров расположены под углом а друг к другу. Это не позволяет приблизить поверхности зазоров к электронному потоку, увеличить электронную нагрузку резонаторов и расширить рабочую полосу частот ЦЗУ.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение электрических параметров ЦЗУ, снижение коэффициента шума и расширение полосы рабочих частот, путем приближения поверхностей зазоров резонаторов к электронному потоку.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство содержит электронную пушку, формирующую ленточный электронный поток, резонаторный блок, состоящий из входного и выходного объемных резонаторов, каждый из которых имеет тракт передачи сигнала во внешнюю сверхвысокочастотную линию и емкостной зазор для прохождения ленточного электронного потока имеющие однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и разделенные диафрагмой с отверстием для прохождения электронного потока, коллектор и средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по направлению электронного потока. Параллельные поверхности зазоров равномерно и непрерывно на длине резонаторного блока в направлении к коллектору повернуты вокруг продольной оси зазора на угол, соответствующий углу поворота поперечного сечения ленточного электронного потока.
Зазоры входного и выходного резонаторов могут быть выполнены так, что каждое поперечное сечение зазора на длине резонаторного блока повторяет поперечное сечение ленточного электронного потока, при этом размер сечения зазора минимально больше размера сечения электронного потока.
Поворот параллельных поверхностей зазоров равномерно и непрерывно на длине резонаторного блока в направлении к коллектору на угол, соответствующий углу поворота поперечного сечения ленточного электронного потока, позволяет без оседания на них электронов потока увеличить электронную нагрузку резонаторов и, следовательно, улучшить электрические параметры ЦЗУ, а именно: снизить коэффициент шума и расширить полосу рабочих частот.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого ЦЗУ, где:
- электронная пушка 1;
- электронный поток 2;
- входной резонатор 3;
- емкостной зазор входного резонатора 4;
- тракт передачи сигнала входного резонатора 5;
- разделяющая резонаторы диафрагма с отверстием для электронного потока 6;
- емкостной зазор выходного резонатора 7;
- выходной резонатор 8;
- тракт передачи сигнала выходного резонатора 9;
- коллектор электронов 10
- средство (магнитная система) для создания однородного магнитного поля с требуемым уровнем индукции В0 11.
На фиг. 2 показана предлагаемая конфигурация электронного емкостного зазора в резонаторном блоке, (разделение резонаторного блока на отдельные входной и выходной резонаторы не показано), где:
L - длина резонаторного блока, включая входной 3 и выходной 8 резонаторы;
S - ширина ламели резонатора (соответствует ширине ленты электронного потока вдоль оси у);
d - величина электронного емкостного зазора 4 и 7,
z - продольная ось резонаторного блока и зазора,
у - ось параллельная поверхностям зазора в начале резонаторного блока;
y1 - ось параллельная оси у в конце резонаторного блока,
t - ось параллельная поверхностям зазора в конце резонаторного блока,
х, у - оси, образующие плоскость хОу (О - точка пересечения осей x, у, z),
перпендикулярную к направлению продольного движения электронного потока в зазоре.
y1, t - оси, образующие плоскость y1O1t (О1 - точка пересечения осей y1, t, z), параллельную плоскости хОу,
α - угол между осями y1 и t в плоскости y1O1t., на этот угол повернута плоскость симметрии зазора в конце резонаторного блока (плоскость tO1z) по отношению к плоскости симметрии зазора в начале резонаторного блока (плоскость yOz).
На фиг. 3 представлены результаты математического моделирования поперечного сечения электронного потока в зазорах резонаторов ЦЗУ: а) и б) -на входе и выходе входного резонатора соответственно, в) и г) -соответственно на входе и выходе выходного резонатора, при этом учтен локальный разворот между резонаторами.
На фиг. 4 показано взаимное расположение электронного потока и стенок зазора в разных поперечных сечениях на длине резонаторного блока по предлагаемому изобретению. Локальный разворот резонаторов отсутствует, имеет место постепенный и непрерывный поворот зазора на длине резонаторного блока.
Устройство содержит последовательно расположенные друг за другом электронную пушку 1, формирующую ленточный электронный поток 2, резонаторный блок, состоящий из входного резонатора 3 и выходного резонатора 8, разделенных диафрагмой 6 с отверстием для прохождения электронного потока 2, коллектор 10, средство (магнитная система) для создания однородного магнитного поля 11. Каждый резонатор 3 и 8 имеет тракт передачи сигнала 5 и 9 соответственно, а также емкостные зазоры 4 и 7 соответственно, в которых размещается электронный поток 2. При этом электронный поток 2 не должен касаться поверхностей зазоров 4 и 7. Резонаторы 3 и 8 имеют однонаправленную связь друг с другом через ленточный электронный поток 2. Магнитная система 11 создает однородное магнитное поле с уровнем индукции В0, обеспечивающим циклотронный резонанс на частоте резонаторов. Параллельные одна другой поверхности каждого из зазоров 4 и 7 (плоскости симметрии зазоров в начале и в конце резонаторного блока) равномерно и непрерывно на длине резонаторного блока (3, 4, 6, 7 и 8) в направлении к коллектору 10 повернуты на угол α, соответствующий углу поворота поперечного сечения ленточного электронного потока 2 вокруг продольной оси зазора (ось z).
Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн работает следующим образом.
В режиме пропускания входной сигнал поступает по тракту передачи сигнала 5 во входной резонатор 3. Под его воздействием в электронном потоке 2 возбуждается БЦВ электронного потока, которая передает энергию сигнала в выходной резонатор 8 (через зазор 4, диафрагму 6 и зазор 7). Далее по тракту передачи 9 сигнал поступает во внешнюю СВЧ - линию. Электронный поток 2 после взаимодействия с полями резонаторов 3 и 8 поступает в коллектор 10. Магнитная система 11 создает однородное магнитное поле.
Техническая возможность реализации предлагаемого ЦЗУ подтверждена методом компьютерного моделирования. [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. Материалы Юбилейной научно-технической конференции по СВЧ-технике (ФГУП НПП ИСТОК, 29-30 мая 2003 г. Часть 2 Вып. 2 (482). 2003 г. С. 55-65].
Моделирование выполнялось на основе применения 3D-моделей магнитной и электронно-оптической систем с учетом действия собственного пространственного заряда ленточного электронного потока.
Вследствие локального разворота между входным и выходным резонаторами 3 и 8 при увеличении электронной нагрузки резонаторов края электронного потока 2 начинают касаться параллельных поверхностей зазоров 4 и 7 (фиг. 3-б и фиг. 3-г).
При отсутствии локального разворота резонаторов 3 и 8 имеет место постепенный и непрерывный поворот поверхностей зазоров 4 и 7 на длине резонаторного блока (фиг. 4).
Результаты моделирования электронного потока в резонаторах предлагаемого устройства в зазоре на входе и выходе входного резонатора(фиг. 4 а и б) и соответственно на входе и выходе выходного резонатора(фиг. 4 в и г) показывают, что при постепенном и непрерывном повороте зазоров на длине резонаторного блока в соответствии с поворотом ленточного электронного потока вокруг продольной оси зазоров (оси z) может быть увеличена электронная нагрузка резонаторов (увеличен ток электронного потока и уменьшена величина зазора d). Это позволяет расширить рабочую полосу частот ЦЗУ и снизить его коэффициент шума.
Приведенные результаты моделирования подтверждают возможность повышения эффективности взаимодействия полей резонаторов с БЦВ электронного потока в предлагаемом ЦЗУ.
Таким образом, предлагаемая конструкция циклотронного защитного устройства позволяет снизить коэффициент шума и расширить полосу рабочих частот.
Claims (2)
1. Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство, содержащее электронную пушку, формирующую ленточный электронный поток, резонаторный блок, состоящий из входного и выходного объемных резонаторов, каждый из которых имеет тракт передачи сигнала во внешнюю сверхвысокочастотную линию и емкостной зазор для прохождения ленточного электронного потока,, имеющие однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и разделенные диафрагмой с отверстием для прохождения электронного потока, коллектор и средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по направлению электронного потока, отличающееся тем, что параллельные поверхности зазоров равномерно и непрерывно на длине резонаторного блока в направлении к коллектору повернуты вокруг продольной оси зазора на угол, соответствующий углу поворота поперечного сечения ленточного электронного потока.
2. Защитное устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждое поперечное сечение зазора на длине резонаторного блока повторяет поперечное сечение ленточного электронного потока, при этом размер сечения зазора минимально больше размера сечения электронного потока.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103845A RU2731297C1 (ru) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103845A RU2731297C1 (ru) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2731297C1 true RU2731297C1 (ru) | 2020-09-02 |
Family
ID=72421727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020103845A RU2731297C1 (ru) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731297C1 (ru) |
Citations (4)
| 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 |
| US20050067965A1 (en) * | 2001-12-14 | 2005-03-31 | Pierre Nugues | Electronic tube with simplified collector |
| RU2530746C1 (ru) * | 2013-04-16 | 2014-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
| RU2631923C1 (ru) * | 2016-04-18 | 2017-09-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103845A patent/RU2731297C1/ru active
Patent Citations (4)
| 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 |
| US20050067965A1 (en) * | 2001-12-14 | 2005-03-31 | Pierre Nugues | Electronic tube with simplified collector |
| RU2530746C1 (ru) * | 2013-04-16 | 2014-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
| RU2631923C1 (ru) * | 2016-04-18 | 2017-09-29 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Symons et al. | Cyclotron resonance devices | |
| Gaponov et al. | Powerful millimetre-wave gyrotrons | |
| Kosmahl | Modern multistage depressed collectors—A review | |
| Beringer et al. | Mode selection and coaxial cavity design for a 4-MW 170-GHz gyrotron, including thermal aspects | |
| Blank et al. | Development and demonstration of high-average power W-band gyro-amplifiers for radar applications | |
| Van Rienen | Higher Order Mode Analysis Of Tapered Disk Loaded Waveguides using The mode Matching Technique | |
| Burt et al. | A millimeter-wave klystron upconverter with a higher order mode output cavity | |
| RU2731297C1 (ru) | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство | |
| Srivastava et al. | Improved nonlinear model for multisignal analysis of helix TWTs | |
| McGregor et al. | Complementary split-ring resonator-based deflecting structure | |
| Hueso et al. | Study of the multipactor effect in bandpass wedge-shaped waveguide filters | |
| Diomede | High-gradient structures and rf systems for high brightness-electron linacs | |
| RU2530746C1 (ru) | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство | |
| Scheitrum et al. | Low velocity spread axis encircling electron beam forming system | |
| Abd Malek | The analytical design of a folded waveguide traveling wave tube and small signal gain analysis using Madey's theorem | |
| Masunov et al. | Development of axisymmetric rf focusing effects for an ion linac | |
| Stokes et al. | The radio-frequency quadrupole: general properties and specific applications | |
| Scheitrum et al. | W-band sheet beam klystron design | |
| Tulu et al. | Numerical Studies on a Modified Cathode Tip for the ELBE Superconducting RF Gun | |
| Chin et al. | The 120 MW X-band klystron development at KEK | |
| Andreev et al. | Experimental Measurements of High-Power Microwave (HPM) output from Relativistic A6 Magnetron at the University of New Mexico (UNM) for Directed Energy (DE) and non-DE applications | |
| Zhang et al. | Research on the Multi-beam Excitation of a High-order Mode Multi-gap Cavity with Coaxial Structure | |
| JPH01264200A (ja) | 定在波形線形加速器 | |
| Dumbrajs et al. | Multifrequency operation of a gyrotron | |
| Grespan | Study of DTL stabilization with post couplers for the SPES driver LINAC |