RU2747579C2 - Powerful broadband klystron - Google Patents
Powerful broadband klystron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747579C2 RU2747579C2 RU2019114107A RU2019114107A RU2747579C2 RU 2747579 C2 RU2747579 C2 RU 2747579C2 RU 2019114107 A RU2019114107 A RU 2019114107A RU 2019114107 A RU2019114107 A RU 2019114107A RU 2747579 C2 RU2747579 C2 RU 2747579C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonators
- additional
- gap
- klystron
- active
- 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
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электровакуумных приборов СВЧ клистронного типа, в частности к широкополосным клистронам непрерывного действия с уровнем непрерывной выходной мощности свыше 25 кВт, которые могут найти применение в качестве усилителей мощности в радиопередатчиках систем дальней космической связи.The invention relates to the field of microwave klystron type electrovacuum devices, in particular to continuous broadband klystrons with a continuous output power level of more than 25 kW, which can be used as power amplifiers in radio transmitters of long-range space communication systems.
Эти клистроны обычно работают в диапазоне частот от 7.145 ГГц до 7.235 ГГц (X-диапазон) с шириной полосы пропускания не менее 90 МГц. These klystrons typically operate in the 7.145 GHz to 7.235 GHz (X-band) frequency range with a bandwidth of at least 90 MHz.
При работе в коротковолновой части СВЧ диапазона для обеспечения заданных тепловых режимов работы прибора применяется жидкостное охлаждение. Поэтому в таких приборах обычно используются однозазорные резонаторы в виде овальных цилиндров, которые выполняются фрезерованием в общем блоке резонансной системы, имеющем каналы для пропускания охлаждающей жидкости [1]. Преимущества таких резонаторов определяется положительными свойствами волны Н10, среди которых: устойчивость плоскости поляризации; отсутствие высших типов волн в широком диапазоне частот; независимость критической частоты от одного из размеров (высоты волновода); малое затухание из-за незначительных потерь в стенках волновода.When operating in the short-wave part of the microwave range, liquid cooling is used to ensure the specified thermal modes of operation of the device. Therefore, such devices usually use single-gap resonators in the form of oval cylinders, which are performed by milling in the common block of the resonance system, which has channels for passing the coolant [1]. The advantages of such resonators are determined by the positive properties of the H 10 wave, including: stability of the plane of polarization; absence of higher types of waves in a wide frequency range; independence of the critical frequency from one of the dimensions (waveguide height); low attenuation due to insignificant losses in the walls of the waveguide.
Осуществление будущих космических полетов в дальнем космосе требуют повышения надежности и качества радиоаппаратуры систем наземной радиосвязи. Это может быть осуществлено путем повышения уровня выходной мощности клистронных усилителей с 12 кВт до 25 кВт [2]The implementation of future space flights in deep space requires an increase in the reliability and quality of radio equipment of terrestrial radio communication systems. This can be done by increasing the output power level of the klystron amplifiers from 12 kW to 25 kW [2]
Известна конструкция клистрона среднего уровня мощности, имеющего в общей вакуумной оболочке два парциальных многолучевых клистрона (МЛК) с двухзазорными резонаторами, возбуждаемыми на противофазном виде колебаний [3]. Как входной, так и выходной резонаторы парциальных МЛК попарно связаны между собой, образуя, соответственно, входную и выходную резонансную систему. При этом промежуточные резонаторы (однотрубные резонаторы) парциальных МЛК не связаны с соседними резонаторами. Обеспечить в таком приборе средний уровень выходной мощности возможно либо путем дальнейшего увеличения числа лучей, либо путем повышения ускоряющего напряжения. Однако в первом случае это приводит к большой неравномерности распределения ВЧ электрического поля в каналах пролетных труб и, соответственно, к уменьшению КПД и уровня выходной мощности. Во втором случае возникают серьезные проблемы, связанные с отводом тепла от средних перемычек двухзазорных резонаторов, имеющих при работе на π виде колебаний малые размеры. Поэтому МЛК обеспечивает устойчивую работу при больших уровнях выходной мощности только в импульсном режиме работы (выходная мощность порядка 15 кВт в полосе 500 МГц при КПД прибора 15%) [4].The known design of a klystron of an average power level, which has in a common vacuum shell two partial multibeam klystrons (MLK) with two-gap resonators excited in the antiphase mode of oscillations [3]. Both the input and output resonators of the partial MLTs are connected in pairs, forming, respectively, the input and output resonance systems. In this case, intermediate resonators (single-tube resonators) of partial MLTs are not connected with neighboring resonators. It is possible to provide an average level of output power in such a device either by further increasing the number of beams, or by increasing the accelerating voltage. However, in the first case, this leads to a large irregularity in the distribution of the HF electric field in the channels of the span pipes and, accordingly, to a decrease in the efficiency and the level of output power. In the second case, serious problems arise associated with heat removal from the middle bridges of the double-gap resonators, which, when operating on the π form of oscillations, have small dimensions. Therefore, the MLK provides stable operation at high levels of output power only in a pulsed mode of operation (output power is about 15 kW in a 500 MHz band with a device efficiency of 15%) [4].
Другим путем повышения непрерывной выходной мощности являются многоствольные клистроны (МСК).Another way to increase continuous power output is through multi-barreled klystrons (MSCs).
МСК конструктивно представляет собой единый прибор, объединяющий в общей вакуумно-плотной оболочке два (или более) парциальных клистронов [3].MSC is constructively a single device that combines two (or more) partial klystrons in a common vacuum-tight shell [3].
Входные и выходные резонаторы каждого парциального клистрона в этой конструкции попарно связаны между собой и, соответственно, с едиными вводом и выводом энергии. Благодаря более равномерному распределению тепловых нагрузок, которые распределяются по токоприемным поверхностям парциальных клистронов (стволов) и отдельным приемным полостям коллектора, МСК обладает способностью выдерживать значительно более высокие тепловые нагрузки, нежели эквивалентный по выходной мощности одиночный клистрон.The input and output resonators of each partial klystron in this design are connected in pairs and, accordingly, with a single input and output of energy. Due to a more uniform distribution of thermal loads, which are distributed over the current-collecting surfaces of partial klystrons (shafts) and separate receiving cavities of the collector, the MSC is able to withstand significantly higher thermal loads than a single klystron equivalent in terms of output power.
Однако в таком приборе промежуточные резонаторы не имеют какой-либо электромагнитной связи с соседним каналом (стволом), что значительно усложняет конструкцию прибора и его настройку на заданный уровень выходной мощности и полосы пропускания. Кроме того, при увеличении количества стволов соответственно уменьшается характеристическое сопротивление выходной резонансной системы и сужается полоса усиливаемых частот. [3, 5, 6].However, in such a device, intermediate resonators do not have any electromagnetic connection with an adjacent channel (barrel), which greatly complicates the design of the device and its adjustment to a given level of output power and bandwidth. In addition, with an increase in the number of trunks, the characteristic impedance of the output resonant system decreases correspondingly and the band of amplified frequencies narrows. [3, 5, 6].
Известен взятый за прототип, мощный широкополосный клистрон [7], содержащий элементы конструкции, установленные на одной основной оси: катод, фокусирующий электрод; анод; пролетные трубы входного, промежуточных и выходного активных резонаторов; коллектор; причем все боковые пролетные трубы установлены в боковых крышках, разделяющих активные резонаторы и образующих плоские поверхности сплюснутых эллиптических цилиндров (или близких к ним по форме геометрических фигур), выполненных в едином корпусе резонансной системы, причем центральная ось этих цилиндров перпендикулярна основной оси, а основания цилиндров закрыты торцевыми крышками так, что пространство взаимодействия между торцевыми частями боковых пролетных труб в промежуточных резонаторах представляет собой одинарный высокочастотный зазор, а пространство взаимодействия во входном и выходном активных резонаторах, содержащих каждый центральную пролетную трубу, установленную в середине резонансной пластины со щелями, представляет собой двойной высокочастотный зазор; кроме того, эти резонаторы вместе с пассивными резонаторами во входной и выходной цепях образуют полосовые фильтровые системы. Для обеспечения заданных тепловых режимов работы прибора используется жидкостное охлаждение.Known taken as a prototype, a powerful broadband klystron [7], containing structural elements mounted on one main axis: cathode, focusing electrode; anode; Span tubes of input, intermediate and output active resonators; collector; moreover, all side flight tubes are installed in side covers separating the active resonators and forming flat surfaces of flattened elliptical cylinders (or close to them in the shape of geometric figures), made in a single housing of the resonant system, and the central axis of these cylinders is perpendicular to the main axis, and the bases of the cylinders closed with end caps so that the interaction space between the end parts of the side flight tubes in the intermediate resonators is a single high-frequency gap, and the interaction space in the input and output active resonators containing each central flight tube installed in the middle of the resonance plate with slots is a double high frequency gap; in addition, these resonators, together with passive resonators in the input and output circuits, form bandpass filter systems. To ensure the specified thermal modes of operation of the device, liquid cooling is used.
Этот прибор обеспечивает достижение полосы усиливаемых частот на уровне – 1 дБ порядка 80 МГц при уровне непрерывной мощности выходной 10-12 кВ. Дальнейшее увеличение ускоряющего напряжения, необходимое в таком приборе для достижения выходной мощности свыше 25 кВт, требует изготовления сложных по конструкции и громоздких источников питания. К тому же, максимальное значение ускоряющего напряжение в этом случае будет ограничено условием пробоя в СВЧ зазоре выходного резонатора. Кроме того, достижение больших уровней мощности невозможно из-за трудности теплоотвода от средних перемычек двухзазорных резонаторов, работающих на π-виде колебаний. This device achieves an amplified frequency band of - 1 dB on the order of 80 MHz at a continuous output power level of 10-12 kV. A further increase in the accelerating voltage required in such a device to achieve an output power of more than 25 kW requires the manufacture of complex and bulky power supplies. In addition, the maximum value of the accelerating voltage in this case will be limited by the breakdown condition in the microwave gap of the output resonator. In addition, the achievement of high power levels is impossible due to the difficulty of removing heat from the middle bridges of the double-gap resonators operating on the π-mode.
Технической проблемой изобретения является необходимость создания мощного широкополосного клистрона, позволяющего, по крайней мере, в два раза повысить уровень выходной непрерывной мощности при расширении полосы усиливаемых частот без существенного ухудшения параметров его электродинамической и электронно-оптической систем.The technical problem of the invention is the need to create a powerful broadband klystron, which allows at least to double the level of continuous output power while expanding the amplified frequency band without significant deterioration of the parameters of its electrodynamic and electro-optical systems.
Техническим результатом является повышение надежности и качества радиосвязи при сохранении тепловой устойчивости резонаторного блока.The technical result is to increase the reliability and quality of radio communication while maintaining the thermal stability of the resonator unit.
Поставленная проблема решается тем, что в мощном широкополосном клистроне, содержащем элементы конструкции электронно-оптической системы (ЭОС), установленные на одной основной оси, катод, фокусирующий электрод, анод, пролетные трубы входного, промежуточных и выходного активных резонаторов, коллектор. Все боковые пролетные трубы установлены в боковых крышках, разделяющих активные резонаторы и являющихся частью плоских поверхностей сплюснутых эллиптических цилиндров (или близких к ним по форме геометрических фигур), выполненных в едином корпусе резонансной системы. Центральная ось этих цилиндров перпендикулярна основной оси, а основания цилиндров закрыты торцевыми крышками так, что пространство взаимодействия между торцевыми частями боковых пролетных труб в промежуточных резонаторах представляет собой одинарный высокочастотный зазор, а пространство взаимодействия во входном и выходном активных резонаторах, содержащих каждый центральную пролетную трубу, установленную в середине резонансной пластины со щелями, представляет собой двойной высокочастотный зазор; кроме того, эти резонаторы вместе с пассивными резонаторами, выполненными во входной и выходной цепях, образуют полосовые фильтровые системы. The problem posed is solved by the fact that in a powerful broadband klystron containing structural elements of an electron-optical system (EOS) mounted on one main axis, a cathode, a focusing electrode, an anode, span tubes of the input, intermediate and output active resonators, a collector. All side flight tubes are installed in side covers separating the active resonators and being part of the flat surfaces of flattened elliptical cylinders (or geometrical figures close to them in shape), made in a single housing of the resonant system. The central axis of these cylinders is perpendicular to the main axis, and the bases of the cylinders are closed with end caps so that the interaction space between the end parts of the lateral flight tubes in the intermediate resonators is a single high-frequency gap, and the interaction space in the input and output active resonators containing each central flight tube, installed in the middle of the resonant plate with slots, it is a double high-frequency gap; in addition, these resonators, together with passive resonators in the input and output circuits, form bandpass filter systems.
По одному из предложенному вариантов, конструкции клистрона, он выполнен двухствольным так, что дополнительные конструктивные элементы второго ствола повторяют по форме и по составу конструктивные элементы основного ствола и расположены на дополнительной оси, которая параллельна основной оси. При этом в активных однозазорных промежуточных резонаторах на равном расстоянии между основными и дополнительными пролетными трубами параллельно дополнительной оси установлен первый центральный стержень, электрически соединяющий между собой боковые крышки, а в активных двухзазорных резонаторах, которые выполнены с возможностью возбуждения синфазной (2π) моды колебаний введены, перпендикулярно дополнительной оси, второй центральный стержень, симметрично замыкающий на торцевые крышки один конец резонансных пластин основного ствола с примыкающим к нему концом дополнительной резонансной пластины дополнительного ствола, причем два других конца резонансных пластин остаются электрически замкнутыми на корпус резонатора. According to one of the proposed options, the design of the klystron, it is double-barreled so that the additional structural elements of the second barrel repeat in shape and composition the structural elements of the main barrel and are located on an additional axis that is parallel to the main axis. At the same time, in the active single-gap intermediate resonators, at an equal distance between the main and additional flight tubes parallel to the additional axis, the first central rod is installed, electrically connecting the side covers, and in the active double-gap resonators, which are made with the possibility of exciting the in-phase (2π) vibration modes, are introduced, perpendicular to the additional axis, the second central rod, symmetrically closing to the end caps one end of the resonant plates of the main barrel with the adjacent end of the additional resonant plate of the additional barrel, with the other two ends of the resonance plates remaining electrically closed to the resonator body.
Параметры ЭОС дополнительных стволов повторяют параметры ЭОС основного усилительного ствола, при этом углы пролета между центрами зазоров входного и выходного активных двухзазорных резонаторов выбраны из условия:The EOS parameters of the additional shafts repeat the parameters of the EOS of the main amplifying shaft, while the flight angles between the centers of the gaps of the input and output active double-gap resonators are selected from the condition:
, ,
где – постоянная продольного распространения электронного пучка, – круговая частота (рад/с), V 0 – скорость электронного потока (м/с), d – длина зазора между центральной и боковой пролетной трубой (м), l – длина центральной пролетной трубы (м).Where Is the longitudinal propagation constant of the electron beam, Is the circular frequency (rad / s), V 0 is the electron flow velocity (m / s), d is the length of the gap between the central and lateral flight tube (m), l is the length of the central flight tube (m).
По одному из вариантов, все боковые пролетные трубы мощного широкополосного клистрона установлены в плоской части геометрических фигур, близких по форме к сплюснутым эллиптическим цилиндрам, например, имеющей вид восьмигранной призмы с неравными гранями, большая из которых соответствует боковой крышке.According to one of the options, all lateral spans of a powerful broadband klystron are installed in a flat part of geometric shapes similar in shape to flattened elliptical cylinders, for example, in the form of an octahedral prism with unequal edges, the largest of which corresponds to the side cover.
По другому варианту предложены оптимальные формы поперечного сечения стержней: прямоугольную формы первого центрального стержня в двухзазорных активных резонаторах и круглая форма для второго центрального стержня в однозазорных активных резонаторах.According to another variant, the optimal shapes of the cross-section of the rods are proposed: a rectangular shape of the first central rod in two-gap active resonators and a round shape for the second central rod in single-gap active resonators.
Указанные существенные признаки отличают заявляемое решение от прототипа и обусловливают соответствие этого решения критерию «новизна».These essential features distinguish the proposed solution from the prototype and determine the compliance of this solution with the "novelty" criterion.
Предлагаемое изобретение позволяет в два раза повысить уровень выходной непрерывной мощности, обеспечивая широкую полосу усиливаемых частот при сохранении параметров электродинамической и электронно-оптической систем и тепловой устойчивости резонаторного блока.The proposed invention makes it possible to double the level of continuous output power, providing a wide band of amplified frequencies while maintaining the parameters of the electrodynamic and electro-optical systems and the thermal stability of the resonator unit.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид предлагаемого устройства, на фиг.2 показан продольный разрез активного двухзазорного резонатора, на фиг.3 приведен поперечный разрез активного двухзазорного резонатора, на фиг.4 показан продольный разрез активного однозазорного промежуточного резонатора, на фиг.5 приведен поперечный разрез активного однозазорного промежуточного резонатора, на фиг.6 показано распределение электрического ВЧ поля активном однозазорном промежуточном резонаторе, на фиг.7 приведено распределение электрического ВЧ поля в активном двухзазорном резонаторе.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a general view of the proposed device, figure 2 shows a longitudinal section of an active double-gap resonator, figure 3 shows a cross-section of an active double-gap resonator, figure 4 shows a longitudinal section of an active single-gap intermediate resonator, Fig. 5 shows a cross-section of an active single-gap intermediate resonator, Fig. 6 shows the distribution of the electric HF field in an active single-gap intermediate resonator, Fig. 7 shows the distribution of an electric HF field in an active two-gap resonator.
Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:
1 - основная ось ствола,1 - the main axis of the trunk,
2 - катод,2 - cathode,
3 - фокусирующий электрод,3 - focusing electrode,
4 - анод,4 - anode,
5 - входной активный двухзазорный резонатор,5 - input active double-gap resonator,
6 - промежуточный активный однозазорный резонатор,6 - intermediate active single-gap resonator,
7 - выходной активный двухзазорный резонаторов;7 - output active double-gap resonators;
8 - коллектор,8 - collector,
9 - боковые пролетные трубы,9 - side spans,
10 - боковые крышки,10 - side covers,
11 - сплюснутые эллиптические цилиндры,11 - flattened elliptical cylinders,
12 - корпус резонансной системы,12 - housing of the resonant system,
13 - центральная ось сплюснутых эллиптических цилиндров,13 - the central axis of the oblate elliptical cylinders,
14 - торцевые крышки,14 - end caps,
15 - центральная пролетная труба,15 - central span pipe,
16 - резонансная пластина,16 - resonant plate,
17 - щель связи,17 - communication gap,
18 - пассивный резонатор,18 - passive resonator,
19 - дополнительная ось,19 - additional axis,
20 - дополнительные пролетные трубы,20 - additional spans,
21 - первый центральный стержень,21 - the first central rod,
22 - второй центральный стержень.22 - the second central rod.
Мощный широкополосный клистрон (фиг.1) содержит основной усилительный ствол, включающий в себя элементы конструкции ЭОС, установленные на одной основной оси 1, катод 2, фокусирующий электрод 3, анод 4, пролетные трубы входного 5, промежуточных 6 и выходного 7 активных резонаторов, коллектор 8, причем все боковые пролетные трубы 9 установлены в боковых крышках 10, разделяющих активные резонаторы и образующих плоские поверхности сплюснутых эллиптических цилиндров (или близких к ним по форме геометрических фигур) 11, выполненных в едином корпусе резонансной системы 12, центральная ось этих цилиндров 13 перпендикулярна основной оси, а основания цилиндров закрыты торцевыми крышками 14 так, что пространство взаимодействия между торцевыми частями боковых пролетных труб в промежуточных резонаторах представляет собой одинарный высокочастотный зазор, а пространство взаимодействия во входном и выходном активных резонаторах, содержащих каждый центральную пролетную трубу 15, установленную в середине резонансной пластины 16 со щелями 17, представляет собой двойной высокочастотный зазор; кроме того, эти резонаторы вместе с пассивными резонаторами 18 во входной и выходной цепях образуют полосовые фильтровые системы. Дополнительные конструктивные элементы второго ствола повторяют по форме и по составу конструктивные элементы основного ствола (2-9, 10, 15, 17) и расположены на дополнительной оси 19, которая параллельна основной оси; причем в активных однозазорных промежуточных резонаторах на равном расстоянии между основными и дополнительными пролетными трубами 20 параллельно дополнительной оси установлен первый центральный стержень 21, электрически соединяющий между собой боковые крышки; а в активных двухзазорных резонаторах, которые выполнены с возможностью возбуждения синфазной (2π) моды колебаний, введены, перпендикулярно дополнительной оси, второй центральный стержень 22, симметрично замыкающий на торцевые крышки один конец резонансных пластины основного ствола с примыкающим к нему концом дополнительной резонансной пластины дополнительного ствола; причем два других конца резонансных пластин остаются электрически замкнутыми на корпус резонатора.A powerful broadband klystron (Fig. 1) contains a main amplifying barrel, which includes structural elements of the EOS mounted on one
Прибор работает следующим образом. Два электронных потока в каждом из стволов испускаются электронными пушками, каждая из которых состоит из катода 2, фокусирующего электрода 3. Под действием ускоряющего потенциала анода 4 электронные пучки влетают в двойной зазор входного 5 активного двухзазорного резонатора, который вместе с пассивными резонаторами 18 во входной цепи образует полосовую фильтровую систему, возбуждаемую входным сигналом, поступающим в фильтровую систему со стороны ввода энергии. Так как углы пролета между центрами зазоров входного активного двухзазорного резонатора выбраны из условия оптимального взаимодействия на синфазном виде колебаний (, где – постоянная продольного распространения электронного пучка, – круговая частота (рад/с), V 0 – скорость электронного потока (м/с), d – длина зазора между центральной и боковой пролетной трубой (м), l – длина центральной пролетной трубы (м)) то происходит эффективная модуляция электронов по скорости, которая в пролетной трубе входного 5 активного двухзазорного резонатора переходит в модуляцию по плотности. При дальнейшем движении электронных потоков через активные однозазорные промежуточные резонаторы 7 процессы группировки усиливаются, достигая максимума конвекционного тока первой гармоники в двойном зазоре выходного активного двухзазорного резонатора 8. В результате чего в выходную электродинамическую систему, содержащую выходной активный двухзазорный резонатор 7, поступают сгруппированные сгустки электронов, которые отдают ему свою энергию в тормозящие полупериоды СВЧ поля в двух ВЧ зазорах с синфазными напряжениями одновременно от двух стволов. Затем эта энергия передается по электромагнитной связи в пассивный резонатор 18 через выходной прямоугольный волновод и через вывод энергии уходит в нагрузку. После прохождения выходного активного двухзазорного резонатора электроны осаждаются одновременно на двух коллекторах 8, имеющих каждый систему принудительного водяного охлаждения.The device works as follows. Two electron beams in each of the barrels are emitted by electron guns, each of which consists of a
Численное 3D моделирование резонаторов клистрона показало, что в предлагаемом двухствольном клистроне, несмотря на падение эффективного характеристического сопротивления 11% по сравнению с прототипом, удается обеспечить малую неоднородность ВЧ электрического поля в зазорах (как в двухзазорном – 2.7%, так и в однозазорном резонаторах – 0.5%), что позволило повысить электронный КПД на 15% и увеличить выходную мощность в 2,4 раза.Numerical 3D modeling of klystron resonators showed that in the proposed double-barreled klystron, despite a drop in the effective characteristic resistance of 11% compared to the prototype, it is possible to provide a small inhomogeneity of the HF electric field in the gaps (both in the double-gap resonator - 2.7%, and in the single-gap resonator - 0.5 %), which made it possible to increase the electronic efficiency by 15% and increase the output power by 2.4 times.
За счет работы выходного резонатора на синфазном виде колебаний и применения резонансной пластины с сохранением формы щелей, при которой ширина пластин увеличивается по мере приближения к точке короткого замыкания, а также наличие в корпусе резонатора отверстий для водяного охлаждения обеспечивает сохранение тепловой устойчивости выходного активного двухзазорного резонатора при повышенном (более чем в 2 раза) уровне выходной мощности.Due to the operation of the output resonator in the in-phase mode of oscillations and the use of a resonant plate with the preservation of the shape of the slots, in which the width of the plates increases as they approach the short-circuit point, as well as the presence of holes for water cooling in the resonator housing, the thermal stability of the output active double-gap resonator is maintained at increased (more than 2 times) level of output power.
Оценка полосы усиливаемых частот уровню –3 дБ, проведенная по известной из теории клистрона формуле, показала, что в новой конструкции прибора можно увеличить ширину полосы усиливаемых частот в 1,8 раза:Evaluation of the amplified frequency band at the level of –3 dB, carried out according to the formula known from the klystron theory, showed that in the new design of the device it is possible to increase the bandwidth of the amplified frequencies by 1.8 times:
где – относительная величина конвекционного тока; – эффективное характеристическое сопротивление электронного потока, Ом; – микропервеанс одного луча, мкА/В3/2; N – количество стволов; U 0 – ускоряющее напряжение, В; – рабочая частота, МГц.Where - the relative value of the convection current; - effective characteristic impedance of the electron flow, Ohm; - micropervance of one beam, μA / V 3/2 ; N is the number of trunks; U 0 - accelerating voltage, V; - operating frequency, MHz.
Сравнение основных параметров прототипа и предлагаемого изобретения приведено в таблице.Comparison of the main parameters of the prototype and the proposed invention is shown in the table.
Таблица. Параметры прототипа и изобретенияTable. Parameters of the prototype and invention
напряжение, кВAccelerating
voltage, kV
одного луча, мкА/В3/2 MicroPerveance
one beam, μA / V 3/2
мощность, кВтDay off
power, kWt
КПД, %Electronic
Efficiency,%
Мощный широкополосный клистрон может быть использован в качестве усилителей мощности с уровнем свыше 25 кВт в радиопередатчиках систем дальней космической связи, обеспечивая повышение надежности и качества радиосвязи при сохранении тепловой устойчивости резонаторного блока.A powerful broadband klystron can be used as power amplifiers with a level of more than 25 kW in radio transmitters of distant space communication systems, providing an increase in the reliability and quality of radio communication while maintaining the thermal stability of the resonator unit.
Технической результатом является создание мощного широкополосного клистрона, позволяющего, по крайней мере, в два раза повысить уровень выходной непрерывной мощности при расширении полосы усиливаемых частот в 1.8 раз без существенного ухудшения параметров его электродинамической и электронно-оптической систем.The technical result is the creation of a powerful broadband klystron, which allows at least to double the level of continuous output power while expanding the band of amplified frequencies by 1.8 times without significant deterioration of the parameters of its electrodynamic and electro-optical systems.
Настоящее изобретение создано в рамках гранта по конкурсу «УМНИК-17», номер договора 12717ГУ/2017 от 25.04.2018.The present invention was created within the framework of a grant for the competition "UMNIK-17", contract number 12717GU / 2017 dated 04/25/2018.
Список источниковList of sources
1. Кацман, Ю.А. Приборы сверхвысоких частот. Теория, основы расчета и проектирования электронных приборов: Учебник для вузов. Т.2. / Ю.А. Кацман // М.: Высшая школа, 1973. – 382 c.1. Katsman, Yu.A. Microwave devices. Theory, foundations of calculation and design of electronic devices: Textbook for universities. T.2. / Yu.A. Katsman // M .: Higher school, 1973 .-- 382 p.
2. Evaluation of the VA-876P Klystron for the 20-kW X-Band Uplink Transmitter: DSN progress Report: 42-54 / Jet Propulsion Laboratory: Radio Frequency and Microwave Subsystem Section, perf. Kolbly R. B. – 10 P. – References: P.422. Evaluation of the VA-876P Klystron for the 20-kW X-Band Uplink Transmitter: DSN progress Report: 42-54 / Jet Propulsion Laboratory: Radio Frequency and Microwave Subsystem Section, perf. Kolbly R. B. - 10 P. - References: P.42
3. Тув, А.А. Трехсантиметровый мощный широкополосный низковольтный многолучевой усилительный клистрон двухствольной конструкции / А.А. Тув // Радиотехника. - 2000 г. - №2. - С.51-53.3. Tuv, A.A. Three-centimeter powerful broadband low-voltage multi-beam amplifying klystron double-barreled design / A.A. Tuv // Radio engineering. - 2000 - No. 2. - S.51-53.
4. Пугнин, В.И. Оценка предельной мощности многолучевых клистронов с резонаторами на основном виде колебаний для современных РЛС / В.И. Пугнин // Радиотехника. - 2000 г. - №2. - С.43-50.4. Pugnin, V.I. Estimation of the limiting power of multibeam klystrons with resonators on the main mode of oscillations for modern radars / V.I. Pugnin // Radio engineering. - 2000 - No. 2. - S.43-50.
5. Touv, A.A. X-Band high power broadband low-voltage multi-beam klystron amplifier with two-barrel design / A.A. Touv // Proceedings of the International University Conference "Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequencies". - St. Petersburg, May 1999. - P. 83-85.5. Touv, A.A. X-Band high power broadband low-voltage multi-beam klystron amplifier with two-barrel design / A.A. Touv // Proceedings of the International University Conference "Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequencies". - St. Petersburg, May 1999. - P. 83-85.
6. Пат. №2244980 РФ, МПК6 H 01 J 25/10, H 01 J 23/18. Многолучевой прибор О-типа / Пугнин В.И., Юнаков А.Н., Бурдина Т.Н.; заявитель и патентообладатель ФГУП «НПП» Исток» - № 2003125466/09; заявл. 18.08.2003; опубл. 20.01.2005, Бюл. № 2. - 10 с.: 3 ил.6. Pat. No. 2244980 RF, MPK6 H 01 J 25/10, H 01 J 23/18. Multi-beam O-type device / Pugnin V.I., Yunakov A.N., Burdina T.N .; applicant and patentee FSUE NPP Istok - No. 2003125466/09; declared 08/18/2003; publ. 20.01.2005, Bul. No. 2. - 10 p .: 3 ill.
7. Пат. № 2483386 РФ, МКП7 H 01 J 25/00. Мощный широкополосный клистрон / Царев В.А., Ширшин В.И., Муллин В.В., Семенов В.К., Пичугин П.А.; заявитель и патентообладатель ОАО «НПП «Контакт». - № 2011136022/07; заявл. 29.08.2011; опубл. 27.05.2013, Бюл. 15 - 13 с.: ил.7. Pat. No. 2483386 RF, MKP7 H 01 J 25/00. Powerful broadband klystron / Tsarev V.A., Shirshin V.I., Mullin V.V., Semenov V.K., Pichugin P.A .; applicant and patentee of JSC NPP Contact. - No. 2011136022/07; declared 08/29/2011; publ. 05/27/2013, Bul. 15 - 13 p .: ill.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019114107A RU2747579C2 (en) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | Powerful broadband klystron |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019114107A RU2747579C2 (en) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | Powerful broadband klystron |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019114107A RU2019114107A (en) | 2020-11-09 |
RU2019114107A3 RU2019114107A3 (en) | 2021-03-24 |
RU2747579C2 true RU2747579C2 (en) | 2021-05-11 |
Family
ID=73398074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019114107A RU2747579C2 (en) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | Powerful broadband klystron |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2747579C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6847168B1 (en) * | 2000-08-01 | 2005-01-25 | Calabazas Creek Research, Inc. | Electron gun for a multiple beam klystron using magnetic focusing with a magnetic field corrector |
JP2007149617A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | Multi-beam klystron device |
RU2436181C1 (en) * | 2010-08-03 | 2011-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Broadband multibeam klystron |
RU2483386C2 (en) * | 2011-08-29 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Контакт" | Powerful wideband klystron |
RU2507626C1 (en) * | 2012-07-18 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Multibeam microwave device of o-type |
US8975816B2 (en) * | 2009-05-05 | 2015-03-10 | Varian Medical Systems, Inc. | Multiple output cavities in sheet beam klystron |
-
2019
- 2019-05-08 RU RU2019114107A patent/RU2747579C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6847168B1 (en) * | 2000-08-01 | 2005-01-25 | Calabazas Creek Research, Inc. | Electron gun for a multiple beam klystron using magnetic focusing with a magnetic field corrector |
JP2007149617A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | Multi-beam klystron device |
US8975816B2 (en) * | 2009-05-05 | 2015-03-10 | Varian Medical Systems, Inc. | Multiple output cavities in sheet beam klystron |
RU2436181C1 (en) * | 2010-08-03 | 2011-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Broadband multibeam klystron |
RU2483386C2 (en) * | 2011-08-29 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Контакт" | Powerful wideband klystron |
RU2507626C1 (en) * | 2012-07-18 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Multibeam microwave device of o-type |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019114107A3 (en) | 2021-03-24 |
RU2019114107A (en) | 2020-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2320860A (en) | Electron discharge apparatus | |
US3310704A (en) | Output coupling circuit for microwave tube apparatus | |
Liu et al. | Design and microwave measurement of a novel compact TE $ _ {0n} $/TE $ _ {1n'} $-mode converter | |
GB660269A (en) | Improvements in microwave coupling and modulation apparatus | |
Carter | RF power generation | |
Chodorow et al. | The design of high-power traveling-wave tubes | |
RU2747579C2 (en) | Powerful broadband klystron | |
Ding et al. | Research progress on X-band multibeam klystron | |
Yong et al. | Development of an S-band klystron with bandwidth of more than 11% | |
US6084353A (en) | Coaxial inductive output tube having an annular output cavity | |
RU2483386C2 (en) | Powerful wideband klystron | |
Fang et al. | A 35GHz 100kW Klystron Amplifier Design | |
US3289032A (en) | Microwave hybrid tube apparatus | |
RU2714508C1 (en) | Miniature multi-beam klystron | |
RU112503U1 (en) | WIDE KLISTRON | |
US3796975A (en) | Short high-frequency resonator having a large frequency range for cyclotrons | |
US3192430A (en) | Microwave amplifier for electromagnetic wave energy incorporating a fast and slow wave traveling wave resonator | |
RU2793170C1 (en) | O-type multi-beam microwave device | |
US3292033A (en) | Ultra-high-frequency backward wave oscillator-klystron type amplifier tube | |
US3248597A (en) | Multiple-beam klystron apparatus with periodic alternate capacitance loaded waveguide | |
US3374390A (en) | Traveling-wave tube having a slow-wave structure of the cloverleaf type wherein the height of the cloverleaf sections are tapered | |
RU2449467C1 (en) | Super-power microwave device | |
US3240984A (en) | High frequency apparatus | |
US3400295A (en) | Matched transmission line coupling for electron discharge tube | |
US2943229A (en) | Slow wave structures |