RU2796977C1 - Magnetic focusing system - Google Patents
Magnetic focusing system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796977C1 RU2796977C1 RU2022132138A RU2022132138A RU2796977C1 RU 2796977 C1 RU2796977 C1 RU 2796977C1 RU 2022132138 A RU2022132138 A RU 2022132138A RU 2022132138 A RU2022132138 A RU 2022132138A RU 2796977 C1 RU2796977 C1 RU 2796977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- electron gun
- magnet
- ring
- end wall
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электровакуумным СВЧ-приборам, в частности к магнитным периодическим фокусирующим системам (МПФС).The invention relates to vacuum microwave devices, in particular to magnetic periodic focusing systems (MPFS).
Известна конструкция магнитной фокусирующей системы для СВЧ-приборов, состоящая из пушечного магнита, содержащего кольцевые магниты с аксиальной и радиальной намагниченностью, и расположенного за ним МПФС [изобретение «Магнитная фокусирующая система», Н01J23/08, авторское свидетельство № 656129, приоритет 13.04.1977]. Наличие пушечного магнита в конструкции позволяет поднять амплитуду магнитного поля в области катода прибора до 1400÷1800 Гс, что приводит в конечном счете к снижению коэффициента шума прибора.A known design of a magnetic focusing system for microwave devices, consisting of a gun magnet containing ring magnets with axial and radial magnetization, and located behind it MPFS [invention "Magnetic focusing system", H01J23/08, copyright certificate No. 656129, priority 13.04.1977 ]. The presence of a cannon magnet in the design makes it possible to raise the amplitude of the magnetic field in the area of the cathode of the device up to 1400÷1800 gauss, which ultimately leads to a decrease in the noise factor of the device.
Однако такая система обладает значительным весом, габаритами и полями рассеяния. Кроме того, неэкранированная катодная область добавляет трудности при настройке и эксплуатации СВЧ-прибора.However, such a system has significant weight, dimensions, and stray fields. In addition, the unshielded cathode region adds to the difficulty in setting up and operating the microwave device.
Известна МПФС, в которой между магнитным экраном со стороны электронной пушки и первым магнитом установлен дополнительно аксиально намагниченный магнит [изобретение «Магнитная периодическая фокусирующая система», Н01J23/08, авторское свидетельство № 337846, приоритет 18.11.1969]. Конструкция выходной области аналогична входной. В указанной МПФС величину первого и последнего максимумов магнитной индукции можно регулировать путем изменения размеров аксиально намагниченных колец, а также их намагниченностью.Known MPFS, in which an additional axially magnetized magnet is installed between the magnetic screen on the side of the electron gun and the first magnet [invention "Magnetic periodic focusing system", H01J23/08, copyright certificate No. 337846, priority 11/18/1969]. The design of the output area is similar to the input one. In the indicated MPFS, the value of the first and last maxima of the magnetic induction can be controlled by changing the dimensions of the axially magnetized rings, as well as their magnetization.
Недостатком данной МПФС является то, что указанные дополнительные магниты не оказывают влияния на характер распределения и амплитуду магнитного поля в области катода.The disadvantage of this MPFS is that these additional magnets do not affect the nature of the distribution and the amplitude of the magnetic field in the cathode region.
Наиболее близкой к предлагаемой магнитной фокусирующей системе является МПФС, содержащая магнитный выпрямитель, установленный в центральном отверстии торцевой стенки магнитного экрана со стороны электронной пушки соосно с МПФС (прототип) [патент на изобретение № 2074448 «Магнитная фокусирующая система СВЧ-прибора О-типа», Н01J23/087, приоритет 20.0.1994]. Наличие магнитного выпрямителя позволяет уменьшить поперечную компоненту магнитного поля в области катода и входной части МПФС. Соответственно уменьшается тепловая нагрузка на электродинамическую систему СВЧ-прибора.Closest to the proposed magnetic focusing system is MPFS containing a magnetic rectifier installed in the Central hole of the end wall of the magnetic screen from the side of the electron gun coaxially with the MPFS (prototype) [patent for invention No. 2074448 "Magnetic focusing system of the O-type microwave device", H01J23/087, priority 20.0.1994]. The presence of a magnetic rectifier makes it possible to reduce the transverse component of the magnetic field in the region of the cathode and the input part of the MPFS. Accordingly, the thermal load on the electrodynamic system of the microwave device decreases.
Недостатком приведенной конструкции является то, что выпрямитель фактически размещен под первым магнитом МПФС. Это обуславливает увеличение поперечного и продольного размеров первого магнита, что соответственно приводит к увеличению массогабаритных параметров всей МПФС. К тому же, выпрямитель воздействует на распределение осевой поперечной компоненты магнитного поля, не изменяя амплитуду его в области катода.The disadvantage of this design is that the rectifier is actually placed under the first MPFS magnet. This causes an increase in the transverse and longitudinal dimensions of the first magnet, which accordingly leads to an increase in the weight and size parameters of the entire MPFS. In addition, the rectifier affects the distribution of the axial transverse component of the magnetic field without changing its amplitude in the cathode region.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в увеличении выходной мощности и КПД СВЧ-прибора в целом, а также в уменьшении тепловой нагрузки на замедляющую систему (ЗС) за счет улучшения токопрохождения электронного потока через пролетный канал.The technical result of the invention is to increase the output power and efficiency of the microwave device as a whole, as well as to reduce the thermal load on the slow-wave system (SS) by improving the current flow of the electron flow through the passage channel.
Технический результат достигается тем, что магнитная фокусирующая система содержит периодическую систему в виде ряда следующих друг за другом с обратной полярностью кольцевых магнитов с кольцевыми полюсными наконечниками, магнитный экран, расположенный со стороны электронной пушки, с центральным отверстием в его торцевой стенке и дополнительным отверстием, в котором перпендикулярно оси системы установлен кольцевой радиально намагниченный магнит, имеющий полярность, противоположную первому аксиально намагниченному магниту, расположенному между полюсным наконечником и торцевой стенкой магнитного экрана, причемThe technical result is achieved by the fact that the magnetic focusing system contains a periodic system in the form of a series of successive ring magnets with reverse polarity with annular pole pieces, a magnetic screen located on the side of the electron gun, with a central hole in its end wall and an additional hole in in which an annular radially magnetized magnet is installed perpendicular to the axis of the system, having a polarity opposite to the first axially magnetized magnet located between the pole piece and the end wall of the magnetic screen, and
Bp ≥ Вm,Bp ≥ Bm,
где Bp - значение радиальной намагниченности кольцевого магнита,where Bp is the value of the radial magnetization of the ring magnet,
Вm - значение аксиальной намагниченности первого магнита;Bm is the value of the axial magnetization of the first magnet;
полюсные наконечники соединены кольцевыми элементами в виде ступенчатых тел вращения из немагнитного материала, при этом цилиндрическая стенка магнитного экрана полностью закрывает область электронной пушки.the pole pieces are connected by ring elements in the form of stepped bodies of revolution made of non-magnetic material, while the cylindrical wall of the magnetic screen completely covers the area of the electron gun.
Дополнительное отверстие в торцевой стенке магнитного экрана служит полюсом для радиально намагниченного магнита, который необходим для повышения аксиальной симметрии поля в этой области. Расположение радиально намагниченного магнита в магнитном экране позволяет уменьшить массогабаритные параметры магнитной системы.An additional hole in the end wall of the magnetic screen serves as a pole for a radially magnetized magnet, which is necessary to increase the axial symmetry of the field in this area. The arrangement of the radially magnetized magnet in the magnetic screen makes it possible to reduce the weight and size parameters of the magnetic system.
Кольцевой радиально намагниченный магнит служит для увеличения индукции магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом с аксиальной намагниченностью, расположенным между полюсным наконечником и торцевой стенкой магнитного экрана, в области электронной пушки СВЧ-прибора. Применение кольцевого магнита с радиальной намагниченностью позволяет «деформировать» симметричную колоколообразную кривую распределения магнитного поля на оси системы и сместить точку минимума индукции магнитного поля влево.An annular radially magnetized magnet serves to increase the induction of the magnetic field created by an annular magnet with axial magnetization located between the pole tip and the end wall of the magnetic screen in the region of the electron gun of the microwave device. The use of a ring magnet with radial magnetization makes it possible to "deform" the symmetric bell-shaped curve of the magnetic field distribution on the axis of the system and shift the minimum point of the magnetic field induction to the left.
Направление намагниченности выбраны так, что их поля складываются в области электронной пушки. Для того, чтобы аксиально намагниченный кольцевой магнит не размагничивал радиально намагниченный магнит, следует брать их намагниченности из условия: Bp ≥ Вm.The direction of magnetization is chosen so that their fields add up in the region of the electron gun. In order for an axially magnetized ring magnet not to demagnetize a radially magnetized magnet, their magnetizations should be taken from the condition: Bp ≥ Вm.
Новым положительным свойством конструкции является повышение эффективности настройки СВЧ-прибора на максимальное токопрохождение за счет возможности размещения без перекосов полюсных наконечников, которые образуют вместе с кольцевыми элементами из немагнитного материала с высокой теплопроводностью вакуумно-плотное соединение. Выбор размеров и материала кольцевых элементов позволяет также снизить влияние поперечных магнитных полей, связанных с неоднородностью намагниченности магнитов в азимутальном направлении.A new positive feature of the design is an increase in the efficiency of tuning the microwave device for maximum current transmission due to the possibility of placing pole pieces without distortions, which together with ring elements made of non-magnetic material with high thermal conductivity form a vacuum-tight connection. The choice of dimensions and material of the ring elements also makes it possible to reduce the effect of transverse magnetic fields associated with the inhomogeneity of the magnetization of the magnets in the azimuthal direction.
Цилиндрическая стенка магнитного экрана служит для экранирования полей рассеяния от кольцевых магнитов с аксиальной намагниченностью в области электронной пушки.The cylindrical wall of the magnetic shield serves to shield stray fields from ring magnets with axial magnetization in the region of the electron gun.
Наличие магнитного поля в области электронной пушки позволяет существенно увеличить токопрохождение электронного потока, особенного трубчатых электронных потоков. Это в свою очередь повышает выходную мощность и КПД СВЧ-прибора, уменьшает тепловую нагрузку на ЗС.The presence of a magnetic field in the region of the electron gun makes it possible to significantly increase the current flow of the electron beam, especially tubular electron beams. This, in turn, increases the output power and efficiency of the microwave device, reduces the thermal load on the AP.
Таким образом, использование дополнительного магнита в конструкции МПФС в соответствии с предложенной формулой изобретения позволяет обеспечить магнитное поле в области катода от 30 Гс и выше.Thus, the use of an additional magnet in the MPFS design in accordance with the proposed claims makes it possible to provide a magnetic field in the cathode region of 30 gauss and above.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемой магнитной фокусирующей системы, где:The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed magnetic focusing system, where:
кольцевые магниты 1,
полюсные наконечники 2,
магнитный экран 3,
электронная пушка 4,
торцевая стенка магнитного экрана 5,end wall of the magnetic screen 5,
кольцевой радиально намагниченный магнит 6,ring radially
первый кольцевой аксиально намагниченный магнит 7,the first annular axially magnetized magnet 7,
кольцевой элемент 8,
цилиндрическая стенка магнитного экрана 9,cylindrical wall of the magnetic shield 9,
электронный поток 10.
На фиг.2 представлен график распределения магнитного поля на оси системы.Figure 2 presents a graph of the distribution of the magnetic field on the axis of the system.
Работа предлагаемой магнитной фокусирующей системы для СВЧ-прибора, содержащей кольцевые магниты 1 и полюсные наконечники 2 и магнитный экран электронной пушки 3, в торцевой стенке которого расположен кольцевой радиально намагниченный магнит 6, заключается в следующем.The operation of the proposed magnetic focusing system for a microwave device, containing
Полюсные наконечники 2 и кольцевые элементы 8 образуют единый внешний экран ЗС, что позволяет существенно уменьшить ее поперечный размер, и тем самым увеличить индукцию магнитного поля на оси системы для улучшения токопрохождения электронного потока 10.
Электронная пушка 4 формирует интенсивный электронный поток 10 электрическим полем компрессионной пушки и монотонно нарастающим от катода Вк магнитным полем, затем происходит фокусировка периодическим полем МПФС и поток проходит через пролетный канал до коллектора СВЧ-прибора.The
Распределение продольной компоненты магнитного поля вдоль ЗС обуславливается намагниченностью кольцевых магнитов 1. Для обеспечения требуемого магнитного поля в области электронной пушки 4 необходимо исключить влияние кольцевых магнитов 1. Это достигается путем полного экранирования области электронной пушки 4 за счет цилиндрической стенки магнитного экрана 9.The distribution of the longitudinal component of the magnetic field along the SL is determined by the magnetization of the
Величину индукции магнитного поля в области электронной пушки 4 определяют кольцевые магниты 6 и 7 при соблюдении условия Bp ≥ Вm. Причем дополнительный магнит 6 и кольцевой магнит 7 имеют такую полярность, что обеспечивается сложение магнитных полей.The magnitude of the magnetic field induction in the region of the
Теплоотвод от полюсных наконечников 2 осуществляется кольцевым элементом 8 с высокой теплопроводностью, например, из меди. В противном случае увеличивая радиальный размер полюсных наконечников 2 и выход его за пределы внешнего радиуса магнитов 1 приведет к увеличению потока рассеяния магнитной индукции и к нежелательному снижению величины магнитного поля на оси фокусирующей системы. Магниты 1, к которому примыкает медный кольцевой элемент 8 предохраняют их от возможного перегрева, а также обратимого снижения магнитного поля в системе при увеличении температуры магнитов.Heat removal from the
Предлагаемое техническое решение позволяет исключить расстройку МПФС с ростом температуры.The proposed technical solution makes it possible to eliminate the detuning of the MPFS with increasing temperature.
Пример. Магнитная фокусирующая система содержит периодическую систему, выполненную в виде ряда кольцевых магнитов 1, следующих с обратной полярностью друг за другом, и разделенных кольцевыми полюсными наконечниками 2, магнитный экран 3 и кольцевой магнит 6. Все магниты выполнены из сплава самарий-кобальт, полюсные наконечники 2 и магнитный экран 3 - из стали марки «Армко».Example. The magnetic focusing system contains a periodic system made in the form of a number of
Кольцевые магниты 1 имеют внутренний диаметр 8 мм, наружный диаметр 14 мм и длину 3 мм. Кольцевой магнит 6 размером: внутренний диаметр 15 мм, наружный диаметр 21 мм, длина 1.2 мм. Значения намагниченностей кольцевых магнитов 6 и 7 составляют Bp = Вm= 0.7 Тл.The
Полюсные наконечники 2 выполнены в виде ступенчатых тел вращения, состоящих, по меньшей мере, из двух цилиндрических частей размерами: внутренний диаметр D0 = 5.5 мм, наружный диаметр D1 = 7 мм, длина L1 = 2.6 мм и внутренний диаметр D1 = 7 мм, наружный диаметр D2 = 11 мм, длина L2 = 1.2 мм. Полюсные наконечники 2 имеют неразъемное соединение с медными кольцевыми элементами 7, выполненными в виде ступенчатых тел вращения из двух цилиндрических частей размерами: внутренний диаметр D0 = 5.5 мм, наружный диаметр D1 = 7 мм, длина L3 = 1.66 мм, и внутренний диаметр D1 = 7 мм, наружный диаметр D3 = 8 мм, длина L4 = 3.06 мм.
Торцевая стенка 5 магнитного экрана 3 имеет внутренний диаметр 5.5 мм, наружный диаметр 26 мм и длину 1.2 мм. Цилиндрическая стенка 8 магнитного экрана 3 размером: внутренний диаметр 23 мм, наружный диаметр 26 мм, длиной 26.04 мм.The end wall 5 of the
Уровень магнитного фокусирующего поля в области электронной пушки 4 определяется параметрами кольцевых магнитов 6 и 7, а в регулярной части системы параметрами кольцевых магнитов 1. Анализ графика, представленного на фиг. 2, показывает, что в случае установки кольцевого магнита 6 в конструкцию магнитной системы СВЧ-прибора, уровень магнитного поля в области электронной пушки 4 составляет Вк = 60 Гс, а в случае отсутствия кольцевого магнита 6, магнитное поле в области электронной пушки 4 близко к нулю. Значения намагниченностей кольцевых магнитов 6 и 7, а также их геометрические параметры выбирают в каждом конкретном случае, исходя из требований достижения минимального уровня магнитного поля в области электронной пушки 4.The level of the magnetic focusing field in the area of the
На фиг.2 приведет график распределения продольной компоненты магнитного фокусирующего поля В, Тл вдоль оси прибора, где: положение электронной пушки соответствует Z=0 мм, уровень магнитного поля на катоде Вк: сплошная линия - при наличии кольцевого радиально намагниченного магнита 6, штрихпунктирная линия - без него.Figure 2 shows a graph of the distribution of the longitudinal component of the magnetic focusing field B, T along the axis of the device, where: the position of the electron gun corresponds to Z=0 mm, the level of the magnetic field at the cathode Vk: solid line - in the presence of an annular radially
Применение предложенной конструкции магнитной системы в СВЧ-приборе позволяет уменьшить потери тока пучка и снизить тепловую нагрузку на ЗС, обеспечивая повышенные уровни эффективного фокусирующего магнитного поля на оси системы и в области электронной пушки.The use of the proposed design of the magnetic system in a microwave device makes it possible to reduce the beam current loss and reduce the thermal load on the SWS, providing increased levels of the effective focusing magnetic field on the system axis and in the region of the electron gun.
Таким образом, СВЧ-прибор с предлагаемой конструкцией магнитной системы обладает следующими преимуществами: увеличенной выходной мощностью и КПД, улучшенными эксплуатационными параметрами.Thus, the microwave device with the proposed design of the magnetic system has the following advantages: increased output power and efficiency, improved operational parameters.
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796977C1 true RU2796977C1 (en) | 2023-05-30 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU533997A1 (en) * | 1973-06-15 | 1976-10-30 | Предприятие П/Я А-1067 | Magnetic Focusing System |
US5576679A (en) * | 1994-10-25 | 1996-11-19 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Cylindrical permanent magnet unit suitable for gyrotron |
RU2074448C1 (en) * | 1994-07-20 | 1997-02-27 | Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им.Н.Г.Чернышевского | Magnetic focusing system of o-type microwave device |
US5828173A (en) * | 1994-07-09 | 1998-10-27 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Magnetic system for gyrotrons forming a wavy magnetic field |
RU206633U1 (en) * | 2020-01-28 | 2021-09-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | MAGNETIC FOCUSING SYSTEM |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU533997A1 (en) * | 1973-06-15 | 1976-10-30 | Предприятие П/Я А-1067 | Magnetic Focusing System |
US5828173A (en) * | 1994-07-09 | 1998-10-27 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Magnetic system for gyrotrons forming a wavy magnetic field |
RU2074448C1 (en) * | 1994-07-20 | 1997-02-27 | Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им.Н.Г.Чернышевского | Magnetic focusing system of o-type microwave device |
US5576679A (en) * | 1994-10-25 | 1996-11-19 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Cylindrical permanent magnet unit suitable for gyrotron |
RU206633U1 (en) * | 2020-01-28 | 2021-09-20 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | MAGNETIC FOCUSING SYSTEM |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2796977C1 (en) | Magnetic focusing system | |
US3394282A (en) | Electron beam discharge with periodic permanent magnet focussing | |
US8427057B2 (en) | Microwave frequency structure for microwave tube with beam-containing device with permanent magnets and enhanced cooling | |
US3930182A (en) | Traveling-wave tube having improved electron collector | |
US9711314B2 (en) | Compact magnet system for a high-power millimeter-wave gyrotron | |
RU2352017C1 (en) | Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system | |
NL8020101A (en) | REVERSIBLE PERIODIC MAGNETIC FOCUSING SYSTEM. | |
RU2803328C1 (en) | Magnetic periodic focusing system | |
RU206633U1 (en) | MAGNETIC FOCUSING SYSTEM | |
US3283200A (en) | High frequency electron discharge device having improved permanent magnetic focusing | |
US3215906A (en) | Periodic permanent magnet focusing stack | |
US3239712A (en) | Linear accelerator slow wave structure | |
US4942336A (en) | Traveling-wave tube with confined-flow periodic permanent magnet focusing | |
US3183398A (en) | Beam focusing magnet | |
RU73125U1 (en) | RUNNING WAVE LAMP WITH MAGNETIC PERIODIC FOCUSING SYSTEM | |
RU69680U1 (en) | RUNNING WAVE LAMP WITH MAGNETIC PERIODIC FOCUSING SYSTEM | |
RU2204053C2 (en) | Plasma-jet with closed drift of electrons | |
RU2074448C1 (en) | Magnetic focusing system of o-type microwave device | |
CN202549776U (en) | Traveling wave tube periodic permanent magnet focusing structure | |
US2988659A (en) | Electron beam focusing magnet system for traveling wave tubes | |
JP6952997B2 (en) | Mirror magnetic field generator and ECR ion source device | |
SU1153802A1 (en) | Induction accelerator | |
RU2039391C1 (en) | Periodic focusing magnetic system | |
RU2352016C1 (en) | Traveling wave lamp with magnetic periodic focusing system | |
RU2022167C1 (en) | Plasma engine with closed drift of electrons |