RU2815625C1 - Cyclotron protective device resonator - Google Patents
Cyclotron protective device resonator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815625C1 RU2815625C1 RU2023116035A RU2023116035A RU2815625C1 RU 2815625 C1 RU2815625 C1 RU 2815625C1 RU 2023116035 A RU2023116035 A RU 2023116035A RU 2023116035 A RU2023116035 A RU 2023116035A RU 2815625 C1 RU2815625 C1 RU 2815625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- electron beam
- cyclotron
- protective device
- electrons
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Abstract
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.The invention relates to the field of high-frequency radio electronics, namely to devices for protecting the input stages of microwave radio receiving devices, in particular, radar receivers, from the effects of high-level input power in the centimeter and millimeter wavelength ranges.
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.Modern radar stations (RLS) place stringent requirements on the receiver input stages. Along with a low noise figure in the operating frequency band, they must be reliably protected from high-level microwave power with an extremely short recovery time for parameters after the end of the microwave pulse.
Всем этим требованиям в значительной степени удовлетворяют циклотронные защитные устройства (ЦЗУ), работающие на быстрой циклотронной волне (БЦВ) электронного луча.All these requirements are largely satisfied by cyclotron protective devices (CPDs) operating on a fast cyclotron wave (FCW) of an electron beam.
Известно ЦЗУ в основу работы которого положено взаимодействие электродинамической структуры с БЦВ электронного луча. Это устройство обеспечивает надежную защиту от СВЧ мощности высокого уровня при малом времени восстановления [Патент РФ №2167480, МПК Н02Н 7/12]. Резонаторы устройства выполнены в виде элементов связи с быстрой циклотронной волной.It is known that the CZU is based on the interaction of an electrodynamic structure with the BCV of an electron beam. This device provides reliable protection against high-level microwave power with short recovery time [RF Patent No. 2167480, IPC N02N 7/12]. The resonators of the device are made in the form of coupling elements with a fast cyclotron wave.
В качестве входных и выходных устройств связи с электронным лучом используются резонаторы Куччиа [Радиотехника, 1999, №4, С.33; Успехи физических наук, 2005, Т. 175, №9, С.964]. Резонатор Куччиа является устройством, наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом).Cuccia resonators are used as input and output communication devices with the electron beam [Radio Engineering, 1999, No. 4, P. 33; Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 2005, T. 175, No. 9, P.964]. The Cuccia resonator is the device closest to the proposed invention (prototype).
Резонатор Куччиа представляет собой объемный резонатор, который выполнен в металлическом корпусе с боковыми крышками, имеющими отверстия для прохождения электронного луча. В корпусе, противоположно одна другой расположены пластины, ориентированные вдоль направления электронного луча. Пластины между собой образуют емкостной зазор. В емкостном зазоре проходит электронный луч, при этом высокочастотное электрическое поле, возникающее в зазоре, направлено перпендикулярно к направлению движения электронного луча.The Cuccia resonator is a volumetric resonator, which is made in a metal case with side covers that have holes for the passage of the electron beam. In the housing, plates are located opposite one another, oriented along the direction of the electron beam. The plates form a capacitive gap between themselves. An electron beam passes through the capacitive gap, and the high-frequency electric field arising in the gap is directed perpendicular to the direction of motion of the electron beam.
Недостатком прототипа является невозможность в необходимой мере расширить рабочую полосу частот ЦЗУ.The disadvantage of the prototype is the inability to sufficiently expand the operating frequency band of the DZU.
Для увеличения рабочей полосы частот следует увеличивать и электронную нагрузку резонаторов, и их характеристическое сопротивление. При этом для увеличения электронной нагрузки целесообразно уменьшать величину зазора, то есть приближать стенки зазора к электронному лучу, однако, это приводит к увеличению емкости резонатора и, следовательно, к уменьшению его характеристического сопротивления. Соответственно, увеличение зазора с целью возрастания характеристического сопротивления резонатора приводит к снижению его электронной нагрузки.To increase the operating frequency band, both the electronic load of the resonators and their characteristic impedance should be increased. In this case, to increase the electronic load, it is advisable to reduce the size of the gap, that is, to bring the walls of the gap closer to the electron beam; however, this leads to an increase in the capacitance of the resonator and, consequently, to a decrease in its characteristic resistance. Accordingly, increasing the gap in order to increase the characteristic resistance of the resonator leads to a decrease in its electronic load.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение характеристического сопротивления резонатора и полосы рабочих частот ЦЗУ, а, следовательно, улучшение электрических параметров устройства.The technical result of the proposed invention is to increase the characteristic resistance of the resonator and the operating frequency band of the digital control unit, and, consequently, to improve the electrical parameters of the device.
Технический результат достигается тем, что резонатор для циклотронного защитного устройства, содержит корпус, боковые стороны которого закрыты крышками, в каждой выполнено прямоугольное отверстие для прохождения электронного луча, в корпусе противоположно расположены две пластины, ориентированные вдоль направления электронного луча и образующие емкостной зазор между ними, вдоль направления электронного луча на расстоянии от первой пары установлена дополнительная пара пластин, образующая второй емкостной зазор. Детали резонатора выполнены из меди с высокой проводимостью, резонатор размещен в вакууме и в продольном магнитном поле, при этом резонатор выполнен с временем пролета электронов луча в пространстве между первым и вторым зазорами равным нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.The technical result is achieved in that the resonator for a cyclotron protective device contains a housing, the sides of which are closed with covers, each with a rectangular hole for the passage of an electron beam; two plates are located oppositely in the housing, oriented along the direction of the electron beam and forming a capacitive gap between them, An additional pair of plates is installed along the direction of the electron beam at a distance from the first pair, forming a second capacitive gap. The resonator parts are made of copper with high conductivity, the resonator is placed in a vacuum and in a longitudinal magnetic field, and the resonator is made with a time of flight of the beam electrons in the space between the first and second gaps equal to an odd number of half-periods of cyclotron oscillations of the electrons in the resonator.
Наличие второго зазора позволяет возбудить в резонаторе тип колебаний с увеличенным характеристическим сопротивлением резонатора, а, следовательно, позволяет получить большую полосу рабочих частот ЦЗУ.The presence of a second gap makes it possible to excite in the resonator a type of oscillation with an increased characteristic impedance of the resonator, and, therefore, allows one to obtain a larger operating frequency band of the DZU.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 показан предлагаемый резонатор ЦЗУ, где:Figure 1 shows the proposed DZU resonator, where:
- корпус 1;- building 1;
- крышка 2;- cover 2;
- отверстие для электронного луча 3;- hole for electron beam 3;
- пластина первой пары 4;- plate of the first pair 4;
- первый емкостной зазор 5;- first capacitive gap 5;
- пластина второй пары 6;- plate of the second pair 6;
- второй емкостной зазор 7;- second capacitive gap 7;
- расстояние между парами пластин 8.- distance between pairs of plates 8.
На фиг.2 показано схематическое изображение рабочей области предлагаемого резонатора с результатами трехмерного электромагнитного моделирования структуры электрической составляющей высокочастотного поля на резонансной частоте синфазного типа колебаний, где колебания в первом зазоре и во втором зазоре показаны стрелочками.Figure 2 shows a schematic representation of the working area of the proposed resonator with the results of three-dimensional electromagnetic modeling of the structure of the electric component of the high-frequency field at the resonant frequency of in-phase oscillations, where oscillations in the first gap and in the second gap are shown by arrows.
На фиг.3 показано схематическое изображение рабочей области предлагаемого резонатора с результатами электромагнитного моделирования структуры электрической составляющей высокочастотного поля на резонансной частоте противофазного типа колебаний, где колебания в первом зазоре и во втором зазоре показаны стрелочками.Figure 3 shows a schematic representation of the working area of the proposed resonator with the results of electromagnetic modeling of the structure of the electric component of the high-frequency field at the resonant frequency of antiphase oscillations, where oscillations in the first gap and in the second gap are shown by arrows.
ПримерExample
Детали резонатора выполнены из меди с высокой проводимостью. Цилиндрический корпус резонатора 1 закрыт боковыми крышками 2. В крышках 2 выполнены прямоугольные отверстия с размерами, обеспечивающими прохождение ленточного электронного луча. Оси электронного луча и резонатора совпадают. Пластины 4 первой пары образуют первый емкостной зазор 5. На расстоянии 8 вдоль оси электронного луча расположена вторая пара пластин 6, которая образует второй емкостной зазор 7. В ЦЗУ резонатор находится в вакууме и в продольном однородном магнитном поле. Резонатор размещен в вакууме и в продольном магнитном поле Уровень магнитной индукции обеспечивает циклотронный резонанс на резонансной частоте рабочего типа колебаний резонатора. Время пролета электронов луча в пространстве между первым 5 и вторым 7 зазорами равно нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.The resonator parts are made of highly conductive copper. The cylindrical body of the resonator 1 is closed by side covers 2. The covers 2 have rectangular holes with dimensions that ensure the passage of the ribbon electron beam. The axes of the electron beam and the resonator coincide. The plates 4 of the first pair form the first capacitive gap 5. At a distance 8 along the axis of the electron beam there is a second pair of plates 6, which forms the second capacitive gap 7. In the CCD, the resonator is in a vacuum and in a longitudinal uniform magnetic field. The resonator is placed in a vacuum and in a longitudinal magnetic field. The level of magnetic induction provides cyclotron resonance at the resonant frequency of the operating type of oscillation of the resonator. The flight time of the beam electrons in the space between the first 5 and second 7 gaps is equal to an odd number of half-periods of cyclotron oscillations of electrons in the resonator.
Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство с входным и выходным предлагаемыми резонаторами работает следующим образом.An ultra-high-frequency cyclotron protective device with input and output resonators operates as follows.
В режиме пропускания входной сигнал на частоте рабочего типа колебаний резонатора поступает по тракту передачи сигнала во входной резонатор. Под его воздействием в электронном луче возбуждается БЦВ электронного луча, которая передает энергию сигнала в выходной резонатор, который по конструкции аналогичен входному резонатору. В выходном резонаторе сигнал выводится из БЦВ и по тракту передачи передается во внешнюю СВЧ-линию.In the transmission mode, the input signal at the frequency of the operating type of oscillation of the resonator enters the signal transmission path into the input resonator. Under its influence, the BCV of the electron beam is excited in the electron beam, which transfers the signal energy to the output resonator, which is similar in design to the input resonator. In the output resonator, the signal is output from the BCV and is transmitted through the transmission path to an external microwave line.
Во входном и выходном предлагаемых двухзазорных резонаторах рабочими являются противофазные типы колебаний. Для обеспечения эффективного взаимодействия с электронным лучом при противофазных колебаниях электрического поля в первом и втором зазорах каждого из резонаторов необходимо обеспечить время пролета электронов луча в пространстве между первым и вторым зазорами равным нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.In the input and output of the proposed two-gap resonators, the operating modes are antiphase types of oscillations. To ensure effective interaction with the electron beam during antiphase oscillations of the electric field in the first and second gaps of each of the resonators, it is necessary to ensure that the time of flight of the beam electrons in the space between the first and second gaps is equal to an odd number of half-cycles of the cyclotron oscillations of the electrons in the resonator.
Техническая возможность реализации предлагаемого резонатора с двумя зазорами подтверждена методом компьютерного моделирования.The technical feasibility of implementing the proposed resonator with two gaps is confirmed by computer simulation.
Трехмерное электромагнитное моделирование структуры электрической составляющей высокочастотного поля на резонансной частоте предлагаемого резонатора представлено на Фиг. 2 и Фиг. З.Three-dimensional electromagnetic modeling of the structure of the electrical component of the high-frequency field at the resonant frequency of the proposed resonator is presented in Fig. 2 and Fig. Z.
На Фиг. 2 колебания в первом 5 и во втором 7 зазорах синфазны, сдвиг фазы между колебаниями составляет 0π. Данный тип колебаний полностью аналогичен рабочему типу колебаний в резонаторе Куччиа - прототипе. В пространстве на расстоянии 8 между первой и второй парами пластин практически полностью отсутствует электромагнитное поле. Зазоры 5 и 7 для данного типа колебаний включены параллельно. Возбуждение синфазного типа колебаний со сдвигом фаз 0π в предлагаемом двухзазорном резонаторе не имеет практического интереса.In FIG. 2 oscillations in the first 5 and in the second 7 gaps are in phase, the phase shift between the oscillations is 0π. This type of oscillation is completely similar to the working type of oscillation in the prototype Cuccia resonator. In the space at a distance of 8 between the first and second pairs of plates, there is almost no electromagnetic field. Gaps 5 and 7 for this type of vibration are connected in parallel. Excitation of in-phase oscillations with a phase shift of 0π in the proposed two-gap resonator is of no practical interest.
На Фиг. 3 колебания в первом 5 и во втором 7 зазорах имеют сдвиг фаз равный π. В пространстве на расстоянии 8 между первой и второй парами пластин присутствует высокочастотное поле, что свидетельствует о том, что зазоры 5 и 7 для данного противофазного типа колебаний включены последовательно. Характеристическое сопротивление резонатора на данном типе колебаний существенно увеличено. Это позволяет увеличить рабочую полосу частот циклотронного защитного устройства и, следовательно, улучшить его электрические характеристики.In FIG. 3 oscillations in the first 5 and second 7 gaps have a phase shift equal to π. In the space at a distance of 8 between the first and second pairs of plates there is a high-frequency field, which indicates that gaps 5 and 7 for this antiphase type of vibration are connected in series. The characteristic resistance of the resonator for this type of oscillation is significantly increased. This makes it possible to increase the operating frequency band of the cyclotron protective device and, consequently, improve its electrical characteristics.
Увеличенное характеристическое сопротивление входного и выходного двухзазорных резонаторов позволяет обеспечить согласование проводимостей электронного луча и каждого из резонаторов в увеличенной полосе рабочих частот ЦЗУ.The increased characteristic impedance of the input and output double-gap resonators makes it possible to ensure matching of the conductivities of the electron beam and each of the resonators in the increased operating frequency band of the DCU.
Таким образом, предлагаемая двухзазорная конструкция каждого из двух резонаторов ЦЗУ позволяет существенно увеличить их характеристическое сопротивление и, следовательно, расширить рабочую полосу частот ЦЗУ - улучшить его электрические параметры.Thus, the proposed two-gap design of each of the two DZU resonators makes it possible to significantly increase their characteristic impedance and, consequently, expand the operating frequency band of the DZU - improve its electrical parameters.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2815625C1 true RU2815625C1 (en) | 2024-03-19 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2832001A (en) * | 1954-08-27 | 1958-04-22 | Zenith Radio Corp | Electron discharge systems |
US3230473A (en) * | 1961-12-18 | 1966-01-18 | Zenith Radio Corp | Electron beam signal generators using parametric pump or similar amplifying section |
US3233182A (en) * | 1958-05-28 | 1966-02-01 | Zenith Radio Corp | Parametric electronic signal amplifying methods and apparatus |
US3260961A (en) * | 1965-01-13 | 1966-07-12 | Burton J Udelson | Microwave oscillator |
US3315174A (en) * | 1960-06-09 | 1967-04-18 | Zenith Radio Corp | Multiple resonant cyclotron wave coupler for nondegenerate parametric amplifier |
US3315117A (en) * | 1963-07-15 | 1967-04-18 | Burton J Udelson | Electrostatically focused electron beam phase shifter |
RU2239256C1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-27 | Государственное учреждение Саратовское отделение института радиотехники и электроники РАН | Multibeam klystron |
RU2319274C1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-03-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" | Protective cyclotron unit characterized in enhanced operating frequency band |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2832001A (en) * | 1954-08-27 | 1958-04-22 | Zenith Radio Corp | Electron discharge systems |
US3233182A (en) * | 1958-05-28 | 1966-02-01 | Zenith Radio Corp | Parametric electronic signal amplifying methods and apparatus |
US3315174A (en) * | 1960-06-09 | 1967-04-18 | Zenith Radio Corp | Multiple resonant cyclotron wave coupler for nondegenerate parametric amplifier |
US3230473A (en) * | 1961-12-18 | 1966-01-18 | Zenith Radio Corp | Electron beam signal generators using parametric pump or similar amplifying section |
US3315117A (en) * | 1963-07-15 | 1967-04-18 | Burton J Udelson | Electrostatically focused electron beam phase shifter |
US3260961A (en) * | 1965-01-13 | 1966-07-12 | Burton J Udelson | Microwave oscillator |
RU2239256C1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-27 | Государственное учреждение Саратовское отделение института радиотехники и электроники РАН | Multibeam klystron |
RU2319274C1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-03-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий" | Protective cyclotron unit characterized in enhanced operating frequency band |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Xiaopeng Yin, Wenxiang Wang, Jin Xu, Lingna Yue, Jinchi Cai, Hairong Yin, Guoqing Zhao. Research and Design of Cyclotron Wave Protector Cavity at 5.54GHz //2023 24th International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 25-28 April 2023. Ванке В.А. Поперечные волны электронного потока в микроволновой электронике // Успехи физических наук, 2005, Т. 175, 9, С. 964. Быковский С.В. Циклотронные защитные устройства приемников радиолокационных систем сверхвысокочастотного диапазона // АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ИСТОК" ИМЕНИ А.И.ШОКИНА", 2021 г. * |
Минаев С.А., Ситников А.Л., Голубев А.А., Кулевой Т.В. Журнал технической физики, 2012, том 82, вып. 9. https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/10701. * |
Чигуров И.О. Улучшение выходных параметров и характеристик миниатюрных многолучевых низковольтных клистронов СГТУ им. Гагарина Ю. А. 2015. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yabuki et al. | Stripline dual-mode ring resonators and their application to microwave devices | |
Wang et al. | Design and microwave measurement of a broadband compact power coupler for sheet beam traveling wave tubes | |
Arregui et al. | High-power filter design in waveguide technology: Future generation of waveguide satellite filters in payloads handling increasing bit rates and numbers of channels | |
Bondarenko et al. | Forming the powerful microwave pulses using resonator storage | |
RU2815625C1 (en) | Cyclotron protective device resonator | |
US3980920A (en) | Multi-resonator microwave oscillator | |
KR100714048B1 (en) | High frequency circuit device and transmitting/receiving device | |
Joshi et al. | A new approach for high-power coaxial magnetron using stacked anode resonators | |
Xu et al. | A low phase-noise SIW reflection oscillator with hexagonal resonator | |
US3334266A (en) | Coaxial output line for a magnetron | |
Huang et al. | Study of a 35-GHz third-harmonic low-voltage complex cavity gyrotron | |
RU2319274C1 (en) | Protective cyclotron unit characterized in enhanced operating frequency band | |
Naidu et al. | Enhancement of Bandwidth of an Extended Interaction Klystron by Symmetric Loading | |
RU2453018C1 (en) | Microwave cyclotron protection device | |
US3445778A (en) | Wall current amplifier and oscillator | |
RU2738775C1 (en) | Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd | |
US2859411A (en) | Modulated traveling-wave tube | |
JP2010252182A (en) | Harmonic cutoff filter, and radar device | |
US3230413A (en) | Coaxial cavity slow wave structure with negative mutual inductive coupling | |
US2630533A (en) | Magnetron frequency stabilization apparatus | |
Leggieri et al. | Magnetron high power system design | |
JP4252274B2 (en) | Magnetron | |
RU57981U1 (en) | CYCLOTRONIC PROTECTIVE DEVICE WITH INCREASED OPERATING STRIP | |
US9035707B2 (en) | Method for varying oscillation frequency of high frequency oscillator | |
CN114464515B (en) | Frequency-locking phase-locking and allocating structure of different-cavity magnetron |