RU2793170C1 - O-type multi-beam microwave device - Google Patents
O-type multi-beam microwave device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793170C1 RU2793170C1 RU2022131129A RU2022131129A RU2793170C1 RU 2793170 C1 RU2793170 C1 RU 2793170C1 RU 2022131129 A RU2022131129 A RU 2022131129A RU 2022131129 A RU2022131129 A RU 2022131129A RU 2793170 C1 RU2793170 C1 RU 2793170C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- output
- input
- resonators
- active
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной СВЧ-технике, а именно к мощным многолучевым СВЧ-приборам О-типа, например, к многолучевым клистронам (МЛК), предназначенным для работы преимущественно в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.The invention relates to electronic microwave technology, namely to powerful multi-beam O-type microwave devices, for example, to multi-beam klystrons (MLK), designed to operate mainly in the short-wave part of the centimeter wavelength range.
При разработке современных конструкций усилительных клистронов ставятся задачи увеличения средней и импульсной выходной мощности, расширения полосы рабочих частот, увеличения КПД при сохранении высоких эксплуатационных характеристик.When developing modern designs of amplifying klystrons, the tasks are to increase the average and pulsed output power, expand the operating frequency band, increase efficiency while maintaining high performance.
Известна конструкция клистрона большой импульсной и средней мощности, содержащего электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую входной, выходной и промежуточные активные резонаторы, первый выходной пассивный резонатор, электромагнитно связанный с выходным активным резонатором, при этом входной, выходной и промежуточные активные резонаторы выполнены в виде отрезков волноводов с рабочим видом колебаний H301, в каждом входном, выходном и промежуточном активном резонаторе для пропускания электронных лучей размещены по три группы индивидуальных пролетных трубок, при этом пролетные трубки каждой из групп имеют аксиально-симметричное размещение в виде, по крайней мере, одного кольцевого ряда, а диаметр окружности D, ограничивающей внешний кольцевой ряд пролетных трубок каждой из групп выбран из условия D=(0.32÷0.42)λ, где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора (см. патент РФ № 2507626, приоритет 18.07.2012 г, принятый за прототип).A well-known design of a klystron of high pulsed and medium power, containing an electron gun, input and output of energy, a collector and an electrodynamic system, including input, output and intermediate active resonators, the first output passive resonator electromagnetically connected to the output active resonator, while the input, output and intermediate active resonators are made in the form of sections of waveguides with an operating mode of oscillation H 301 , in each input, output and intermediate active resonator for the transmission of electron beams there are three groups of individual flight tubes, while the flight tubes of each group have an axially symmetric arrangement in the form , at least one annular row, and the diameter of the circle D, limiting the outer annular row of flight tubes of each of the groups, is selected from the condition D=(0.32÷0.42)λ, where λ is the wavelength corresponding to the central frequency of the instrument’s operating band (see Fig. patent of the Russian Federation No. 2507626, priority 07/18/2012, taken as a prototype).
Данная конструкция позволяет обеспечить высокий уровень выходной мощности (импульсной и средней) в достаточно широкой полосе частот в коротковолновой части сантиметрового диапазона. This design makes it possible to provide a high level of output power (pulse and average) in a fairly wide frequency band in the short-wave part of the centimeter range.
Однако, в приведенной выше конструкции входного и выходного резонаторов существует недостаток. При их нагрузке через окна связи в зазоре многолучевой трубы увеличивается неравномерность электрического поля и снижается характеристическое сопротивление, что снижает КПД клистрона.However, there is a drawback in the above design of the input and output resonators. When they are loaded through the communication windows in the gap of the multibeam tube, the non-uniformity of the electric field increases and the characteristic resistance decreases, which reduces the efficiency of the klystron.
Задачей изобретения является создание многолучевого импульсного многорезонаторного СВЧ-прибора О-типа, работающего в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн с высокими уровнями импульсной и средней выходной мощности. The objective of the invention is to create a multi-beam pulsed multi-resonator microwave device of the O-type, operating in the short-wave part of the centimeter wavelength range with high levels of pulse and average output power.
Техническим результатом является расширение рабочей полосы частот, увеличение выходной мощности, снижение плотности тока, отбираемого с катода, повышенная долговечность изделия, обеспечение высокого КПД. The technical result is the expansion of the operating frequency band, an increase in output power, a decrease in the current density taken from the cathode, increased product durability, and high efficiency.
Технический результат достигается тем, что многолучевой СВЧ-прибор О-типа содержит электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую входной, выходной и промежуточные активные резонаторы, первый выходной пассивный резонатор, электромагнитно связанный с выходным активным резонатором, входной, выходной и промежуточные активные резонаторы выполнены в виде отрезков волноводов с рабочим видом колебаний H401, в каждом входном, выходном и промежуточных активных резонаторах для пропускания электронных лучей размещены группы индивидуальных пролетных трубок; пролетные трубки объединены в 4 группы, пролетные трубки каждого парциального резонатора расположены симметрично относительно друг друга, при этом центр их симметрии находится в центре парциального резонатора, а их края располагаются на расстоянии l=(0.28÷0.3)λ, где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора, а расстояние между центрами парциальных резонаторов равно ширине парциального резонатора L, во входном и в выходном резонаторах напротив окон связи установлены Т-образные вставки, причем поперечная часть Т-образной вставки охватывает пролетные трубки у окна связи, а продольная часть вставки располагается по линии симметрии парциального резонатора.The technical result is achieved by the fact that the O-type multibeam microwave device contains an electron gun, input and output of energy, a collector and an electrodynamic system, including input, output and intermediate active resonators, the first output passive resonator electromagnetically coupled to the output active resonator, input, the output and intermediate active resonators are made in the form of segments of waveguides with an operating mode of oscillation H 401 , groups of individual flight tubes are placed in each input, output and intermediate active resonators for transmitting electron beams; the flight tubes are combined into 4 groups, the flight tubes of each partial resonator are located symmetrically relative to each other, while the center of their symmetry is in the center of the partial resonator, and their edges are located at a distance l=(0.28÷0.3)λ, where λ is the wavelength, corresponding to the center frequency of the operating band of the device, and the distance between the centers of the partial resonators is equal to the width of the partial resonator L, T-shaped inserts are installed in the input and output resonators opposite the communication windows, and the transverse part of the T-shaped insert covers the flight tubes at the communication window, and the longitudinal part of the insert is located along the symmetry line of the partial resonator.
При этом, входной активный резонатор может быть электромагнитно связан с входным волноводом в виде усечённой косоугольной пирамиды или отрезка прямоугольного волновода через окно связи, выполненное напротив центра группы пролётных трубок входного активного резонатора, в их общей стенке, размещённой параллельно плоскости, проходящей через оси четырёх групп пролётных трубок входного активного резонатора, при этом напротив окна связи во входном резонаторе установлены Т-образные вставки. At the same time, the input active resonator can be electromagnetically connected to the input waveguide in the form of a truncated oblique pyramid or a segment of a rectangular waveguide through a coupling window made opposite the center of the group of flight tubes of the input active resonator, in their common wall, placed parallel to the plane passing through the axes of the four groups flight tubes of the input active resonator, while T-shaped inserts are installed opposite the communication window in the input resonator.
Кроме того, первый выходной пассивный резонатор может быть выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний Н101 или с рабочим видом колебаний Н201, при этом первый выходной пассивный резонатор электромагнитно связан с выходной активным резонатором через окно связи, выполненное напротив центра группы пролётных трубок входного активного резонатора, в их общей стенке, размещённой параллельно плоскости, проходящей через оси четырёх групп пролётных трубок входного активного резонатора, а первый выходной пассивный резонатор электромагнитно связан со вторым выходным пассивным резонатором через, по крайней мере, одно окно связи, выполненное в общей стенке этих резонаторов, при этом второй выходной пассивный резонатор электромагнитно связан с выходным волноводом через окно связи в их общей стенке, при этом напротив окна связи в выходном резонаторе установлены Т-образные вставки.In addition, the first output passive resonator can be made in the form of a segment of a rectangular waveguide with an operating mode of oscillations H 101 or with an operating mode of oscillations H 201 , while the first output passive resonator is electromagnetically connected to the output active resonator through a communication window made opposite the center of the transit group. tubes of the input active resonator, in their common wall, placed parallel to the plane passing through the axes of the four groups of flight tubes of the input active resonator, and the first output passive resonator is electromagnetically connected to the second output passive resonator through at least one communication window, made in common the wall of these resonators, while the second output passive resonator is electromagnetically connected to the output waveguide through the coupling window in their common wall, while T-shaped inserts are installed opposite the coupling window in the output resonator.
Использование в предлагаемом изобретении резонаторов с рабочим видом колебаний H401 позволяет использовать четыре многолучевых электронных пучка, которые проходят через четыре группы индивидуальных пролетных трубок в каждом резонаторе, что даёт возможность увеличить общее количество лучей, и соответственно, выходную мощность прибора при сохранении требуемой электропрочности. The use of resonators with the operating mode H 401 in the proposed invention allows the use of four multibeam electron beams that pass through four groups of individual flight tubes in each resonator, which makes it possible to increase the total number of rays, and, accordingly, the output power of the device while maintaining the required electrical strength.
Пролетные трубки каждого парциального резонатора в активных, входном и выходном резонаторах должны быть расположены симметрично относительно друг друга, при этом центр их симметрии находится в центре парциального резонатора, а их края располагаются на расстоянии l, выбранного из условия l=(0.28÷0.3) λ, где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора, позволяет выровнять электрическое поле активных резонаторов. Увеличение расстояния между внешними краями пролетных трубок более 0.3 λ приводит к увеличению неравномерности электрического поля, а уменьшение этого расстояния менее 0.28 λ приводит к невозможности изготовления катода с низкой плотностью тока, отбираемого с катода.The transit tubes of each partial resonator in the active, input and output resonators must be located symmetrically relative to each other, while the center of their symmetry is in the center of the partial resonator, and their edges are located at a distance l, selected from the condition l=(0.28÷0.3) λ , where λ is the wavelength corresponding to the center frequency of the device's operating band, which allows you to equalize the electric field of active resonators. An increase in the distance between the outer edges of the flight tubes by more than 0.3 λ leads to an increase in the nonuniformity of the electric field, and a decrease in this distance to less than 0.28 λ makes it impossible to manufacture a cathode with a low current density taken from the cathode.
Расстояние между центрами четырех парциальных резонаторов должно быть равно ширине парциального резонатора L для уменьшения неравномерности распределения электрического поля в каждой группе пролетных трубок, что в свою очередь позволяет увеличить КПД и коэффициент усиления клистрона. The distance between the centers of the four partial resonators should be equal to the width of the partial resonator L to reduce the uneven distribution of the electric field in each group of flight tubes, which in turn allows you to increase the efficiency and gain of the klystron.
Использование специальных Т-образных вставок напротив окна связи по обе стороны в выходном и входном резонаторах позволяет выравнивать электрическое поле в зазоре многолучевой трубы. Поперечная часть Т-образной вставки охватывает половину пролетных трубок у окна связи, а продольная часть вставки располагается между пролетными трубками. The use of special T-shaped inserts opposite the coupling window on both sides in the output and input resonators makes it possible to equalize the electric field in the gap of the multibeam tube. The transverse part of the T-shaped insert covers half of the flight tubes at the communication window, and the longitudinal part of the insert is located between the flight tubes.
Для обеспечения широкополосности прибора выходной активный резонатор электромагнитно связан с выходным волноводом через один или два (для обеспечения большей рабочей полосы прибора) последовательно соединённых пассивных резонатора. Выходной волновод соединён с выводом энергии.To ensure the device's broadband, the output active resonator is electromagnetically connected to the output waveguide through one or two (to provide a larger operating bandwidth of the device) series-connected passive resonators. The output waveguide is connected to the energy output.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображён многолучевой СВЧ-прибор О–типа; на фиг.2 представлено конструктивное выполнение активного резонатора (а - единичный парциальный резонатор, б - резонатор в целом); на фиг. 3 представлено расположение Т-образных вставок во входном активном резонаторе (а - при входном волноводе в виде усеченной косоугольной пирамиды, б - при входном волноводе в виде прямоугольного отрезка, в – относительно пролетных трубок); на фиг. 4 представлено расположение Т-образных вставок в выходном активном резонаторе, где: The invention is illustrated by drawings. Figure 1 schematically shows a multi-beam microwave device O-type; figure 2 shows the design of the active resonator (a - single partial resonator, b - resonator as a whole); in fig. 3 shows the location of the T-shaped inserts in the input active resonator (a - with the input waveguide in the form of a truncated oblique pyramid, b - with the input waveguide in the form of a rectangular segment, c - relative to the flight tubes); in fig. 4 shows the location of the T-shaped inserts in the output active resonator, where:
1- электронная пушка; 1- electron gun;
2- коллектор;2- collector;
3- ввод энергии;3- energy input;
4- вывод энергии;4- energy output;
5- электродинамическая система;5- electrodynamic system;
6- входной активный резонатор;6- input active resonator;
7- промежуточные активные резонаторы;7- intermediate active resonators;
8- выходные активные резонаторы;8-output active resonators;
9- пролетные трубки; 9-span tubes;
10 – специальная Т-образная вставка;10 - special T-shaped insert;
11 – входной волновод; 11 – input waveguide;
12 – окно связи резонатора и волновода;12 – connection window between the resonator and the waveguide;
13 – общая стенка волновода и резонатора;13 – common wall of the waveguide and resonator;
14 – первый выходной пассивный резонатор;14 - the first output passive resonator;
15 – второй выходной пассивный резонатор15 - the second output passive resonator
16 – выходной волновод.16 - output waveguide.
Многолучевой СВЧ-прибор О-типа, схематично изображённый на фиг.1, работает следующим образом. Входная СВЧ-мощность поступает на ввод энергии (3) и возбуждает во входном активном резонаторе (6) СВЧ-колебания на виде Н401, при этом СВЧ-энергия подводится от ввода энергии (3) к входному активному резонатору (6) непосредственно через входной волновод (11). Напротив окна связи (12), находящегося в общей стенке (13) и связывающего входной резонатор (6) и волновод (11), установлены специальные Т-образные вставки (10), позволяющие выравнивать электрическое поле в зазоре многолучевой трубы (см. фиг. 3). Электронные лучи, проходя через входной активный резонатор (6), модулируются по скорости СВЧ-энергией. В пролётных трубках (9) ускоренные электроны догоняют более медленные. В промежуточных активных резонаторах (7), работающих на виде колебания Н401, электронные лучи наводят СВЧ-поле, которое, в свою очередь, дополнительно модулирует электронные лучи. В результате этого происходит группировка электронных лучей в сгустки. Отбор энергии от электронных лучей происходит в выходном активном резонаторе (8), работающем на виде колебания Н401, путём торможения сгустков электронов в высокочастотном поле этого резонатора. Усиленная СВЧ-мощность из выходного активного резонатора (8) выводится из клистрона через вывод энергии (4).Multibeam O-type microwave device, schematically depicted in figure 1, operates as follows. The input microwave power is supplied to the energy input (3) and excites microwave oscillations in the form H 401 in the input active resonator (6), while the microwave energy is supplied from the energy input (3) to the input active resonator (6) directly through the input waveguide (11). Opposite the communication window (12), located in the common wall (13) and connecting the input resonator (6) and the waveguide (11), special T-shaped inserts (10) are installed, which make it possible to equalize the electric field in the gap of the multibeam tube (see Fig. 3). The electron beams passing through the input active resonator (6) are speed modulated by the microwave energy. In flight tubes (9), accelerated electrons overtake slower ones. In the intermediate active resonators (7), operating on the form of the H 401 oscillation, the electron beams induce a microwave field, which, in turn, additionally modulates the electron beams. As a result, the electron beams are grouped into bunches. Energy is extracted from electron beams in the output active resonator (8), which operates on the form of the H 401 oscillation, by decelerating electron bunches in the high-frequency field of this resonator. The amplified microwave power from the output active resonator (8) is output from the klystron through the energy output (4).
При этом СВЧ-энергия поступает от резонатора (8) к выводу энергии (4) через последовательно соединённые первый выходной пассивный резонатор (14) с рабочим видом колебаний Н201 (или H101), второй выходной пассивный резонатор (15) и выходной волновод (16). Напротив окна связи (12), связывающего выходной резонатор (8) и первый пассивный резонатор (14), установлены Т-образные вставки (10), позволяющие выравнивать электрическое поле в зазоре многолучевой трубы. In this case, the microwave energy is supplied from the resonator (8) to the energy output (4) through the first output passive resonator (14) connected in series with the operating mode of oscillations H 201 (or H 101 ), the second output passive resonator (15) and the output waveguide ( 16). Opposite the communication window (12), which connects the output resonator (8) and the first passive resonator (14), T-shaped inserts (10) are installed, which make it possible to equalize the electric field in the gap of the multibeam tube.
Предлагаемая конструкция опробована в мощных широкополосных клистронах, содержащих восемь активных резонаторов, с рабочим видом колебаний H401. Были использованы Т-образные вставки, установленные по обе стороны входного и выходного резонаторов напротив окон связи с размерами 10х10х2 мм для снижения неравномерности электрического поля в зазоре многолучевой трубы.The proposed design has been tested in high-power broadband klystrons containing eight active resonators with an operating mode of oscillation H401. T-shaped inserts were used, installed on both sides of the input and output resonators opposite the communication windows with 10x10x2 mm in size to reduce the non-uniformity of the electric field in the gap of the multibeam tube.
Полученные результаты представлены в таблице 1:The results obtained are presented in table 1:
Таблица 1 Table 1
О-тип (прототип)microwave device
O-type (prototype)
Испытания проводились при подаче одинаковых величин входной мощности и питающих напряжений. Данные, полученные в ходе эксперимента, доказывают достижение заявленного технического результата. The tests were carried out with the same values of input power and supply voltages. The data obtained during the experiment prove the achievement of the claimed technical result.
Предлагаемая конструкция может быть широко использована при создании мощных широкополосных приборов О-типа в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн (например, клистронов) для применения в радиоэлектронной аппаратуре.The proposed design can be widely used in the creation of high-power broadband O-type devices in the short-wave part of the centimeter wavelength range (for example, klystrons) for use in electronic equipment.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793170C1 true RU2793170C1 (en) | 2023-03-29 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6493424B2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-12-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Multi-mode operation of a standing wave linear accelerator |
| RU2244980C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Multibeam o-type device |
| US20050077831A1 (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-14 | Nec Microwave Tube, Ltd. | Microwave tube system and microwave tube |
| RU2379782C1 (en) * | 2008-05-04 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Device for generating electrical voltage pulses |
| EP1814134B1 (en) * | 2006-01-31 | 2010-09-01 | NETCOMSEC Co., Ltd | Power supply apparatus and high frequency circuit system |
| 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 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6493424B2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-12-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Multi-mode operation of a standing wave linear accelerator |
| RU2244980C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Multibeam o-type device |
| US20050077831A1 (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-14 | Nec Microwave Tube, Ltd. | Microwave tube system and microwave tube |
| EP1814134B1 (en) * | 2006-01-31 | 2010-09-01 | NETCOMSEC Co., Ltd | Power supply apparatus and high frequency circuit system |
| RU2379782C1 (en) * | 2008-05-04 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Device for generating electrical voltage pulses |
| 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 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A1. * |
| C1. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2320860A (en) | Electron discharge apparatus | |
| US4118653A (en) | Variable energy highly efficient linear accelerator | |
| US3221204A (en) | Traveling-wave tube with trap means for preventing oscillation at unwanted frequencies | |
| EP0008896B1 (en) | An output section for a microwave amplifier, a microwave amplifier and a circuit for use in a microwave amplifier | |
| US3249794A (en) | High frequency tube method and apparatus | |
| US2600509A (en) | Traveling wave tube | |
| US2849643A (en) | Double beam electron discharge tube | |
| US4931695A (en) | High performance extended interaction output circuit | |
| US3365607A (en) | Electron discharge device | |
| RU2793170C1 (en) | O-type multi-beam microwave device | |
| US3684913A (en) | Coupled cavity slow wave circuit for microwave tubes | |
| US3571651A (en) | Log periodic electron discharge device | |
| US2967968A (en) | Electron discharge device | |
| US3594606A (en) | Velocity modulation tube employing cascaded harmonic prebunching | |
| US4800322A (en) | Broadband klystron cavity arrangement | |
| US5521551A (en) | Method for suppressing second and higher harmonic power generation in klystrons | |
| US3248597A (en) | Multiple-beam klystron apparatus with periodic alternate capacitance loaded waveguide | |
| US5162747A (en) | Velocity modulation microwave amplifier with multiple band interaction structures | |
| US3289032A (en) | Microwave hybrid tube apparatus | |
| US5162697A (en) | Traveling wave tube with gain flattening slow wave structure | |
| US3292033A (en) | Ultra-high-frequency backward wave oscillator-klystron type amplifier tube | |
| Wathen | Genesis of a generator—The early history of the magnetron | |
| US3192430A (en) | Microwave amplifier for electromagnetic wave energy incorporating a fast and slow wave traveling wave resonator | |
| US4742271A (en) | Radial-gain/axial-gain crossed-field amplifier (radaxtron) | |
| RU2244980C1 (en) | Multibeam o-type device |