RU34279U1 - KLYSTRON - Google Patents

KLYSTRON Download PDF

Info

Publication number
RU34279U1
RU34279U1 RU2003107249/20U RU2003107249U RU34279U1 RU 34279 U1 RU34279 U1 RU 34279U1 RU 2003107249/20 U RU2003107249/20 U RU 2003107249/20U RU 2003107249 U RU2003107249 U RU 2003107249U RU 34279 U1 RU34279 U1 RU 34279U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
output
resonator
waveguide
gaps
Prior art date
Application number
RU2003107249/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.В. Гуляев
Ю.Ф. Захарченко
Н.И. Синицын
Original Assignee
Государственное учреждение Саратовское отделение института радиотехники и электроники РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное учреждение Саратовское отделение института радиотехники и электроники РАН filed Critical Государственное учреждение Саратовское отделение института радиотехники и электроники РАН
Priority to RU2003107249/20U priority Critical patent/RU34279U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU34279U1 publication Critical patent/RU34279U1/en

Links

Description

Полезная модель относится к области электровакуумных приборов СВЧ, в частности, к клистронам средней мощности, используемым в качестве оконечных усилителей в передатчиках радиолокационных станций, систем связи и в других радиотехнических установках, работающих в непрерывном и квазиимпульсном режимах в коротковолновой части сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов.The utility model relates to the field of microwave microwave devices, in particular to medium-power klystrons used as terminal amplifiers in transmitters of radar stations, communication systems, and other radio engineering installations operating in continuous and quasi-pulse modes in the short-wavelength part of the centimeter and long-wavelength parts of the millimeter range .

Известен клистрон средней мощности (патент РФ № 2075131, кл. МПК H01J25/10, опубликован 10.03.1997г.), содержащий многолучевую электронную пущку, коллектор электронов, ввод и вывод энергии, входной, выходной и промежуточные однозазорные кольцевые резонаторы. Резонаторы выполнены в виде свернутых в кольцо отрезков Побразного волновода. Размеры резонаторов обеспечивают в диапазоне рабочих частот возбуждение стоячей волны типа Нюо- В волноводах резонаторов пространство между противолежащими стенками в виде прямоугольного выступа и плоскости образует кольцевой СВЧ зазор, вдоль которого периодически расположены пролетные каналы таким образом, чтобы их оси были параллельны оси резонатора. Для предотвращения возбуждения резонаторов на других типах волн, по крайней мере, в одном из резонаторов имеются радиальные щели, расположенные диаметрально противоположно в плоскости ввод/вывода энергии. В щелях установлены поглотительные элементы.Known klystron medium power (RF patent No. 2075131, class IPC H01J25 / 10, published 03/10/1997), containing a multipath electron gun, electron collector, input and output of energy, input, output and intermediate single-gap ring resonators. The resonators are made in the form of segments of a U-shaped waveguide folded into a ring. The dimensions of the resonators provide for excitation of a standing wave of the Nuo type in the operating frequency range. In the resonator waveguides, the space between the opposite walls in the form of a rectangular protrusion and a plane forms an annular microwave gap along which the passage channels are periodically located so that their axes are parallel to the resonator axis. To prevent excitation of resonators on other types of waves, at least one of the resonators has radial slots located diametrically opposite in the plane of the input / output energy. Absorption elements are installed in the slots.

Однако данная конструкция клистрона не пригодна для использования в коротковолновой части сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов, потому что в этом диапазоне длин волн используемые резонаторы имеют очень маленькие размеры. За счет этого они имеют небольшую величину добротности Q и небольшую суммарную площадь отверстий пролетных каналов, ограничивающую суммарный ток многолучевого электронного потока в пределах 0.4-0.6 А. Поэтому невозможно реализовать больщую выходную СВЧ мощность (выше одного киловатта) и большой коэффициент усиления (выше 35 дБ) при работе в непрерьгоном и квазиимпульсном режиме с низким (не выше пяти киловольт) ускоряющим напряжением на резонаторах.However, this design of the klystron is not suitable for use in the short-wavelength part of the centimeter and long-wave part of the millimeter range, because the resonators used in this wavelength range are very small. Due to this, they have a small Q factor Q and a small total area of the openings of the passage channels, limiting the total current of the multipath electron beam in the range of 0.4-0.6 A. Therefore, it is impossible to realize a large output microwave power (above one kilowatt) and a large gain (above 35 dB ) when operating in a non-reprogrammed and quasi-pulsed mode with a low (not higher than five kilovolts) accelerating voltage at the resonators.

Известен также клистрон средней мощности (патент РФ № 2125319, кл. МПК H01J25/10, опубликован 20.01.1999 г.), содержащий многолучевую электронную пушку, коллектор электронов, ввод и вывод энергии, входной, выходной и промежуточные двухзазорные линейные резонаторы, выполненные в виде закороченных на концах отрезков коаксиального волновода. Размеры резонаторов обеспечивают в диапазоне рабочих частотAlso known is a medium power klystron (RF patent No. 2125319, class IPC H01J25 / 10, published January 20, 1999) containing a multi-beam electron gun, electron collector, energy input and output, input, output, and intermediate two-gap linear resonators made in in the form of segments of a coaxial waveguide shorted at the ends. The dimensions of the resonators provide in the range of operating frequencies

2ШШ072492ShSh07249

NH01J25/10   NH01J25 / 10

КЛИСТРОНKLYSTRON

возбуждение стоячей волны типа Нои- Пространство между внутренним проводником и стенкой волновода образует в направлении движения электронов два последовательно расположенных СВЧ зазора. Пролетные каналы расположены вдоль оси волновода линейно, в два ряда таким образом, чтобы их оси были перпендикулярны оси волновода, расстояние между соседними пролетными каналами было одинаковым, а длина каждого ряда каналов не превышает величины 0.25 Л, где Л- длина волны в волноводе.excitation of a standing wave of the Noi type. The space between the inner conductor and the waveguide wall forms two successive microwave gaps in the direction of electron motion. The span channels are located linearly along the waveguide axis, in two rows so that their axes are perpendicular to the axis of the waveguide, the distance between adjacent span channels is the same, and the length of each row of channels does not exceed 0.25 L, where A is the wavelength in the waveguide.

Однако данная конструкпия клистрона также не пригодна для использования в коротковолновой части сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов по тем же самым причинам, что и предыдущая конструкция клистрона.However, this design of the klystron is also not suitable for use in the shortwave of the centimeter and longwave of the millimeter range for the same reasons as the previous design of the klystron.

Наиболее близким к заявляемому является клистрон (патент США № 3248597, класс НКИ 315-5.16, опубликован 26.04.1966 г.), содержащий несколько электронных пушек и соответствующее им число коллекторов электронов, ввод и вывод СВЧ энергии, входной, выходной и промежуточные однозазорные линейные резонаторы, выполненные в виде закороченных на концах волноводов. Размеры резонаторов обеснечивают в диапазоне рабочих частот возбуждение стоячей волны типа Нюп- Вдоль волноводов в области максимумов поперечной составляющей электрического СВЧ поля расположены СВЧзазоры. Полюсные наконечники СВЧ-зазоров выполнены в виде трубообразных штырей, образующих, одновременно, пролетные каналы и отражающие электродинамические элементы типа емкостной диафрагмы. Оси пролетных каналов в СВЧ-зазорах перпендикулярны осям волноводов резонаторов. Между СВЧ-зазорами в области максимума поперечной составляющей магнитного СВЧ поля расположены стержни, образующие отражающие электродинамические элементы тина индуктивной диафрагмы.Closest to the claimed one is a klystron (US patent No. 3248597, class NKI 315-5.16, published April 26, 1966) containing several electron guns and the corresponding number of electron collectors, input and output of microwave energy, input, output and intermediate single-gap linear resonators made in the form of shorted waveguides at the ends. The resonator dimensions in the operating frequency range de-energize the excitation of a standing Nyup-type wave. Microwave gaps are located along the waveguides in the maximum region of the transverse component of the electric microwave field. The pole tips of the microwave gaps are made in the form of tube-shaped pins, forming, simultaneously, span channels and reflecting electrodynamic elements such as capacitive diaphragms. The axes of the passage channels in the microwave gaps are perpendicular to the axes of the resonator waveguides. Between the microwave gaps in the region of the maximum transverse component of the magnetic microwave field are rods forming reflective electrodynamic elements of the inductance diaphragm.

Данная конструкция клистрона пригодна для применения в коротковолновой части сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов. При этом суммарный ток многолучевого электронного нотока может бьггь существенно выше 0.5 А за счет использования большого числа электронных пущек. Поэтому этот клистрон позволяет реализовать большие величины выходной СВЧ мощности (выше одного киловатта) в этом диапазоне длин волн. Однако при низком ускоряющем напряжении на резонаторах (в несколько единиц киловольт) и небольшой плотности тока в электронных пучках (не выше 10 А/см) электронный коэффициент полезного действия в нем не превышает 10-15 %, а коэффициент усиления - 10-15 дБ, потому что наличие во входном, выходном и промежуточных резонаторах в направлении движения электронов только одного СВЧ зазора не обеспечивает требуемую эффективность взаимодействия электронных лучей с СВЧ полем. Кроме этого, при большой выходной СВЧ мощности клистрон может работать в требуемом диапазоне длин волн только в импульсном режиме, потому что при работе в непрерывном и квазиимпульсном режимах происходит разрушение вакуумно-плотных диэлектрических окон в известных конструкциях выводов СВЧ энергии.This design of the klystron is suitable for use in the shortwave of the centimeter and longwave of the millimeter range. In this case, the total current of the multipath electronic note can be significantly higher than 0.5 A due to the use of a large number of electronic lines. Therefore, this klystron allows you to realize large values of the output microwave power (above one kilowatt) in this wavelength range. However, with a low accelerating voltage at the resonators (several kilovolt units) and a low current density in electron beams (not higher than 10 A / cm), the electronic efficiency in it does not exceed 10-15%, and the gain is 10-15 dB, because the presence of only one microwave gap in the input, output, and intermediate resonators in the direction of electron motion does not provide the required efficiency of the interaction of electron beams with the microwave field. In addition, with a large output microwave power, the klystron can operate in the required wavelength range only in the pulsed mode, because when working in continuous and quasi-pulse modes, vacuum-tight dielectric windows are destroyed in known designs of microwave energy outputs.

Полезная модель направлена на решение задачи создания клистрона средней мощности, работающего в непрерывном и квазиимпульсном режимах в коротковолновой части сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов, обладающего высоким электронным коэффициентом полезного действия, больщим коэффициентом усиления и щирокой полосой усиливаемых частот.The utility model is aimed at solving the problem of creating an average power klystron operating in continuous and quasi-pulse modes in the short-wavelength part of the centimeter and long-wavelength parts of the millimeter ranges, which has a high electronic efficiency, a large gain and a wide band of amplified frequencies.

Для решения поставленной задачи в клистроне, содержащем несколько электронных пушек, коллектора электронов, ввод и вывод СВЧ энергии, входной, выходной и промежуточные резонаторы в виде прямоугольных волноводов, СВЧ-зазоры с пролетными каналами, расположенными в области максимумов поперечной составляющей электрического СВЧ поля так, чтобы их оси были перпендикулярны осям волноводов резонаторов, отражающие электродинамические элементы, расположенные между СВЧзазорами в области максимума поперечной составляющей магнитного СВЧ поля, согласно предлагаемой полезной модели, СВЧ-зазоры выполнены в виде многорядных структур ленточных проводников, расположенных перпендикулярно осям волноводов резонаторов и осям пролетных каналов, вывод СВЧ энергии размещен в дополнительно введенном в клистрон резонаторе в виде прямоугольного волновода, который дискретно связан с волноводом выходного резонатора в областях максимумов поперечной составляющей магнитного СВЧ поля через волноводные шлейфы в виде прямоугольного волновода, содержащие вакуумно-плотные диэлектрические окна и резонансные диафрагмы, причем отражающие электродинамические элементы выполнены в виде отрезков прямоугольного волновода, у которого узкая стенка не менее чем в два раза меньше узкой стенки волноводов входного, промежуточного и выходного резонаторов.To solve this problem, in a klystron containing several electron guns, an electron collector, input and output microwave energy, input, output and intermediate resonators in the form of rectangular waveguides, microwave gaps with span channels located in the region of the maxima of the transverse component of the microwave electric field so so that their axes are perpendicular to the axes of the resonator waveguides, reflecting the electrodynamic elements located between the microwave gaps in the region of the maximum transverse component of the magnetic microwave field, with According to the proposed utility model, microwave gaps are made in the form of multi-row structures of ribbon conductors located perpendicular to the axes of the resonator waveguides and the axes of the span channels, the microwave energy output is placed in the cavity additionally inserted into the klystron in the form of a rectangular waveguide, which is discretely connected to the output resonator waveguide in the regions maxima of the transverse component of the magnetic microwave field through the waveguide loops in the form of a rectangular waveguide containing vacuum-tight dielectric windows and resonant diaphragms, and the reflecting electrodynamic elements are made in the form of segments of a rectangular waveguide, in which a narrow wall is not less than half the narrow wall of the input, intermediate, and output resonators.

Многорядные структуры из ленточных проводников, размещенные в волноводах резонаторов в области максимумов поперечной составляющей электрического СВЧ поля, образуют несколько СВЧ-зазоров в направлении движения электронов. Это позволяет создать в резонаторах несколько многозазорных пространств, в которых реализуется каскадное взаимодействие электронов с поперечной компонентой электрического СВЧ поля стоячей волны. Как показывают расчеты, за счет этого во входном и промежуточном резонаторах интенсивность модуляции электронных пучков по скорости, определяющая величину коэффициента усиления клистрона, будет пропорциональна их добротности Q и числу Р СВЧ-зазоров в многозазорном пространстве, а в выходном резонаторе интенсивность обмена энергией между СВЧ полем и образующимися сгустками электронов, опре1Multi-row structures of tape conductors located in the resonator waveguides in the region of the maxima of the transverse component of the microwave electric field form several microwave gaps in the direction of electron motion. This makes it possible to create several multi-gap spaces in the resonators in which the cascade interaction of electrons with the transverse component of the electric microwave field of the standing wave is realized. As calculations show, due to this, the intensity of the electron beam modulation in the input and intermediate cavities in velocity, which determines the value of the klystron gain, will be proportional to their Q factor and the number P of microwave gaps in the multi-gap space, and in the output resonator, the intensity of energy exchange between the microwave field and the resulting electron clusters,

i(wm) деляющая величину электронного коэффициента полезного действия, будет пропорциональна Q и Р в многозазорных пространствах этого резонатора. Для того, чтобы во входном и промежуточном резонаторах интенсивная модуляция пучков по скорости обеспечивалась на длине волны Я входного сигнала и ускоряющем напряжении V, длина периода L между ленточными проводниками в многорядных структурах должна задаваться выражением Z,« Я(л/Г/505|(1 + /)/Р, соответствующем выполнению в СВЧ-зазорах условия пространственно-фазового синхронизма между СВЧ полем и формирующимися сгустками электронов. В выходном резонаторе, д.11Я обеспечения высокого электронного коэффициента полезного действия, с помощью данного вьфажения определяется длина первого периода многорядных структур, а длина последующих периодов должна уменьшаться по закону, обеспечивающему в СВЧ-зазорах выполнение условия пространственно-фазового синхронизма по мере торможения сгустков электронов. Отражающие электродинамические элементы, расположенные в волноводах входного, промежуточного и выходного резонаторов, обеспечивают синхронизацию фазы СВЧ полей в СВЧ-зазорах многорядных структур. Размещение вывода СВЧ энергии в дополнительно введенном резонаторе, волновод которого дискретно связан с волноводом выходного резонатора в областях максимумов поперечной составляющей магнитного СВЧ поля через волноводные шлейфы, содержащие вакуумно-плотные диэлектрические окна, позволяет уменьшить долю выходной СВЧ энергии, проходящей через каждое вакуумно-плотное диэлектрическое окно, пропорционально числу Л шлейфов. Наличие в волноводных шлейфах резонансных диафрагм позволяет обеспечить требуемую величину добротности выходного резонатора. При заданных величинах модуляции электронных пучков по скорости во входном и промежуточном резонаторах и энергообмена в выходном резонаторе, пропорциональных добротности Q резонаторов и числу СВЧ-зазоров Р в многорядных структурах, величины Q можно уменьшить за счет увеличения Р и тем самым увеличить полосу пропускания резонаторов и, следовательно, увеличить полосу усиливаемых частот. Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен вид клистрона спереди, на фиг. 2 - вид сбоку, на фиг. 3 - вид сверху, на фиг. 4 - вид многорядной структуры, на фиг. 5 - вид ленточного проводника многорядной структуры с пролетными каналами. На данных фигурах введены обозначения: - электронные пушки,i (wm) dividing the value of the electronic efficiency, will be proportional to Q and P in the multi-gap spaces of this resonator. In order for the intense and speed-modulated beams in the input and intermediate cavities to be provided at the wavelength λ of the input signal and the accelerating voltage V, the period length L between the ribbon conductors in multi-row structures should be given by the expression Z, “I (l / G / 505 | ( 1 + /) / P, corresponding to the fulfillment in the microwave gaps of the condition of spatial-phase synchronism between the microwave field and the forming electron clusters. In the output resonator, d.11 I ensure a high electronic efficiency, using length of the first period is determined by the length of the first period of multi-row structures, and the length of subsequent periods should be reduced according to the law, which ensures in the microwave gaps that the condition of spatial-phase synchronism is satisfied as the electron clusters decelerate. phase synchronization of microwave fields in the microwave gaps of multi-row structures.Placing the output of microwave energy in an additionally introduced cavity, the waveguide of which It is discretely coupled to the waveguide of the output resonator in the maximum regions of the transverse component of the magnetic microwave field through waveguides containing vacuum-tight dielectric windows, which makes it possible to reduce the fraction of the output microwave energy passing through each vacuum-tight dielectric window in proportion to the number of loops. The presence of resonant diaphragms in the waveguide loops allows us to provide the required value of the quality factor of the output resonator. For given values of modulation of electron beams in speed in the input and intermediate resonators and energy exchange in the output resonator, proportional to the Q factor of the resonators and the number of microwave gaps P in multi-row structures, the values of Q can be reduced by increasing P and thereby increasing the passband of the resonators and, therefore, increase the band of amplified frequencies. The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a front view of the klystron; FIG. 2 is a side view, in FIG. 3 is a plan view of FIG. 4 is a view of a multi-row structure, in FIG. 5 is a view of a tape conductor of a multi-row structure with span channels. The following notation is introduced on these figures: - electronic guns,

4- выходной резонатор,4-output resonator

5- дополнительно введенный резонатор,5 - additionally introduced resonator,

6- волноводные шлейфы,6-waveguide loops,

7- ввод СВЧ энергии,7- input microwave energy

8- вывод СВЧ энергии,8 - output microwave energy

9- многорядные структуры во входном резонаторе,9 - multi-row structures in the input cavity,

10- многорядные структуры в нромежуточном резонаторе,10 - multi-row structures in an intermediate cavity,

11- многорядные структуры в выходном резонаторе,11 - multi-row structures in the output cavity,

12- ленточные проводники многорядных структур,12-tape conductors of multi-row structures,

13- пролетные каналы для электронных пучков,13-span channels for electron beams,

14- отражающие электродинамические элементы,14 - reflecting electrodynamic elements,

15- вакуумно-плотные диэлектрические окна,15- vacuum-tight dielectric windows,

16- резонансные диафрагмы,16- resonant diaphragms

17- коллектора электронов,17- electron collector,

18- полюсные наконечники магнитной фокусирующей системы18-pole magnetic focusing system tips

19- магниты,19- magnets,

20- отражающие электродинамические элементы, имеющие передаточную характеристику, эквивалентную передаточной характеристике многорядных структур (11).20- reflecting electrodynamic elements having a transfer characteristic equivalent to the transfer characteristic of multi-row structures (11).

Клистрон состоит из нескольких электронных пушек (1), входного линейного резонатора (2), промежуточного линейного резонатора (3), выходного линейного резонатора (4) и дополнительно введенного линейного резонатора (5), которые выполнены в виде закороченных на концах прямоугольных волноводов. Волноводы выходного резонатора (4) и дополнительного резонатора (5) дискретно связаны между собой в областях максимумов поперечной составляющей магнитного СВЧ поля с помощью нескольких волноводных шлейфов (6). Ввод СВЧ энергии (7) расположен волноводе (2), а вывод СВЧ энергии (8) в волноводе (5). Вдоль волноводов (2), (3) и (4) расположены многорядные структуры (9), (10), (11), образуемые ленточными проводниками (12), в которых имеются отверстия пролетных каналов (13), оси которых перпендикулярны осям волноводов. Ленточные проводники (12) расположены в волноводах (2), (3) и (4) перпендикулярно их осям и осям пролетных каналов (13). В волноводах (2), (3) и (4) между многорядными структурами (9), (10), (11) расположены отражающие электродинамические элементы (14). В волноводных шлейфах (6) расположены вакуумно-плотные диэлектрические окна (15) и резонансные диафрагмы (16). В клистроне также имеются коллектора электронов (17), полюсные наконечники (18) магнитной фокусирующей системы и магниты (19).A klystron consists of several electron guns (1), an input linear resonator (2), an intermediate linear resonator (3), an output linear resonator (4) and an additionally introduced linear resonator (5), which are made in the form of rectangular waveguides shorted at the ends. The waveguides of the output resonator (4) and the additional resonator (5) are discretely coupled to each other in the regions of the maxima of the transverse component of the magnetic microwave field using several waveguide loops (6). The input of microwave energy (7) is located in the waveguide (2), and the output of microwave energy (8) in the waveguide (5). Along the waveguides (2), (3) and (4) are multi-row structures (9), (10), (11), formed by tape conductors (12), in which there are openings of the passage channels (13), the axes of which are perpendicular to the axes of the waveguides . The ribbon conductors (12) are located in the waveguides (2), (3) and (4) perpendicular to their axes and the axes of the passage channels (13). In the waveguides (2), (3) and (4) between the multi-row structures (9), (10), (11) there are reflecting electrodynamic elements (14). Vacuum-tight dielectric windows (15) and resonant diaphragms (16) are located in waveguide loops (6). The klystron also has an electron collector (17), pole pieces (18) of the magnetic focusing system, and magnets (19).

в электронных пушках (1) формируются электронные пучки, которые попадают в пролетные каналы (13) многорядных структур (9)-(11) и фокусируются продольным магнитным полем, конфигурация которого определяется полюсными наконечниками (18) магнитной системы. Входной СВЧ сигнал подается в волновод входного резонатора (2) через ввод СВЧ энергии (7) и возбуждает в нем электромагнитное поле стоячей волны типа Нюп, которое в СВЧ зазорах, образуемых ленточными проводниками (12) многорядных структур (9), модулирует электронные пучки по скорости. Интенсивность модуляции по скорости будет пропорциональна (Qex ), где Qex Рвх - добротность и число СВЧзазоров в многорядных структурах резонатора (2) соответственно. После прохождения резонатора (2) электронные пучки попадают через пролетные каналы в СВЧ зазоры многорядных структур (10) промежуточного резонатора (3), где происходит их дополнительная модуляция по скорости и группировка в сгустки. В этом случае интенсивность модуляции по скорости будет пропорциональна (Qex Pex}(Qnp Рпр), а модуляция по току - пропорцио 7ОIn electron guns (1), electron beams are formed that fall into the passage channels (13) of multi-row structures (9) - (11) and are focused by a longitudinal magnetic field, the configuration of which is determined by the pole tips (18) of the magnetic system. The input microwave signal is supplied to the input resonator waveguide (2) through the input of microwave energy (7) and excites in it an electromagnetic field of a standing wave of the type Nyup, which modulates electron beams in microwave gaps formed by tape conductors (12) of multi-row structures (9) speed. The speed modulation intensity will be proportional to (Qex), where Qex Pbx is the quality factor and the number of microwave gaps in the multi-row resonator structures (2), respectively. After passing through the cavity (2), the electron beams pass through the passage channels into the microwave gaps of the multi-row structures (10) of the intermediate cavity (3), where they are additionally modulated by velocity and grouped into bunches. In this case, the modulation intensity with respect to speed will be proportional to (Qex Pex} (Qnp Рпр), and the current modulation will be proportional to 7О

нальна (Qex Рвх }(Qnp Рпр ), где Qnp и Рпр - добротность и число СВЧ-зазоров в многорядных структурах резонатора (3) соответственно. Из резонатора (3) сгустки попадают в СВЧ зазоры многорядных структур (И) выходного резонатора (4). Проходя через СВЧ зазоры, сгустки электронов возбуждают в резонаторе (4) электромагнитное поле с интенсивностью, пропорциональной (Qebix Рвых), где Qeux и Рвых - добротность и число СВЧ-зазоров в многорядных структурах резонатора (4) соответственно. Поэтому результирующий коэффициент усиления клистрона будет пропорционален (Qex Qnp Овых)(Рвж Рпр Рвых)- Таким образом, коэффициент усиления в клистроне с многозазорньши линейными резонаторами будет при числе СВЧ-зазоров Рвх , Рпр и Рвых в пределах 2-10 на один и более порядков выше по сравнению с известным многолучевым клистроном (см. прототип), в котором за счет использования однозазорных линейных резонаторов (Рвх Рпр Рвьа 0 коэффициент усиления пропорционален (Qex Qnp Qebo)- Пролетая через СВЧ-зазоры многорядных структур выходного резонатора (4) сгустки электронов, отдавая СВЧ полю свою кинетическую энергию, постепенно тормозятся. Поэтому для обеспечения высокого электронного коэффициента полезного действия необходимо расстояния между ленточными проводниками (12) в многорядных структурах (11) уменьшать по закону, обеспечиваюшему в СВЧ-зазорах выполнение условия пространственно-фазового синхронизма между СВЧ полем и сгустками электронов по мере их торможения. Из волновода выходного резонатора (4) энергия электромагнитного поля частями трансформируется через волноводные шлейфы (6), в которых расположены резонансные диафрагмы (16) и вакуумно-плотные диэлектрические окна (15), в волновод дополнительного резонатора (5), из которого (Qex Рвх} (Qnp Рпр), where Qnp and Рпр are the quality factor and the number of microwave gaps in the multi-row structures of the resonator (3), respectively. From the resonator (3), the bunches fall into the microwave gaps of the multi-row structures (I) of the output resonator (4) Passing through microwave gaps, electron bunches in the resonator (4) excite an electromagnetic field with an intensity proportional to (Qebix Pout), where Qeux and Pout are the quality factor and the number of microwave gaps in the multi-row resonator structures (4), respectively. Therefore, the resulting gain of the klystron will be proportional to (Qex Qnp О okh) (Rvzh Rpr Rvykh) - Thus, the gain in a klystron with multi-gap linear resonators will be at the number of microwave gaps Pvkh, Rpr and Rvykh within 2-10 one or more orders of magnitude higher compared to the well-known multi-beam klystron (see prototype), in which due to the use of single-gap linear resonators (Рвх Рпр Рвяа 0, the gain is proportional (Qex Qnp Qebo) - Passing electron bundles passing through the microwave gaps of the multi-row structures of the output resonator (4) gradually slow down their kinetic energy to the microwave field . Therefore, to ensure a high electronic efficiency, it is necessary to reduce the distance between the ribbon conductors (12) in multi-row structures (11) according to the law, which ensures in the microwave gaps the fulfillment of the spatial-phase matching condition between the microwave field and electron bunches as they decelerate. From the waveguide of the output resonator (4), the electromagnetic field energy is partially transformed through the waveguide loops (6), in which the resonant diaphragms (16) and vacuum-tight dielectric windows (15) are located, into the waveguide of the additional resonator (5), from which

марная энергия СВЧ поля через вывод СВЧ энергии (8) поступает по волноводному тракту в нагрузку. Отработавшие сгустки электронов попадают в коллекторы (17).the net energy of the microwave field through the output of microwave energy (8) enters the load through the waveguide path. Spent electron clusters fall into collectors (17).

В клистроне входной (2), промежуточный (3), выходной (4) и дополнительный (5) резонаторы могут быть выполнены в виде закороченных на концах отрезков прямоугольного волновода. Размеры волноводов резонаторов (2)-(5) обеспечивают в диапазоне рабочих частот возбуждение стоячей волны только типа Нюп- Для этого размер широкой стенки а этих волноводов должен быть больше половины длины волны Я входного СВЧ сигнала, находяшейся в пределах резонансной полосы пропускания резонаторов (2), (3), (4) и (5), а размер их узкой стенки Ъ должен быть равен или быть меньше а. Ширина д ленточных проводников (12) в многорядньрс структурах (9), (10), (11) должна быть меньше 0,5 Л, а диаметр области, в пределах которой расположены отверстия пролетных каналов, должна не превышать 0.25Л, где Л .25(Я/а) - длина волны в волноводе. Период LIn the klystron, the input (2), intermediate (3), output (4) and additional (5) resonators can be made in the form of segments of a rectangular waveguide shorted at the ends. The dimensions of the waveguides of the resonators (2) - (5) provide excitation of the standing wave only of the type NNP in the operating frequency range. ), (3), (4) and (5), and the size of their narrow wall b must be equal to or less than a. The width of the ribbon conductors (12) in multi-row structures (9), (10), (11) should be less than 0.5 L, and the diameter of the region within which the openings of the passage channels are located should not exceed 0.25 L, where L. 25 (I / a) is the wavelength in the waveguide. Period L

А+ d многорядных структур (9), 10), (11) должен быть равен или быть меньше b IP, где Ртребуемое число СВЧ зазоров в многорядной структуре, d - толшина ленточных проводников, А - длина СВЧ зазора. Причем должно выполняться условие .QQ входном (2) и промежуточном (3) резонаторах при заданных величинах длины волны Я входного сигнала и ускоряющего напряжения V на резонаторах величина Z,,pc в многорядных структурахA + d of multi-row structures (9), 10), (11) should be equal to or less than b IP, where is the required number of microwave gaps in a multi-row structure, d is the thickness of the ribbon conductors, and A is the length of the microwave gap. Moreover, the condition .QQ of the input (2) and intermediate (3) resonators must be satisfied for the given values of the wavelength I of the input signal and the accelerating voltage V on the resonators, the quantity Z ,, pc in multi-row structures

(9), (10) определяется из выражения /l(/V/505( +Р)/Р. В многорядных структурах(9), (10) is determined from the expression / l (/ V / 505 (+ P) / P. In multi-row structures

(И) выходного резонатора (4) с помощью данного выражения определяется L первого СВЧ зазора. Для последующих СВЧ зазоров L должен уменьшаться по определенному закону, например, линейному. Фазовый сдвиг поперечной составляющей электрического поля в СВЧ зазорах смежных многорядных структур должен быть равен (2k+l), поэтому многорядные структуры должны быть расположены вдоль волноводов резонаторов с периодом L « (А: + 0.5)Л , где k 1, 2, 3, 4 определяется поперечными размерами электронных пушек (1) и полюсных наконечников (18) магнитной системы.(I) the output resonator (4) using this expression is determined by the L of the first microwave gap. For subsequent microwave gaps, L should decrease according to a certain law, for example, linear. The phase shift of the transverse component of the electric field in the microwave gaps of adjacent multi-row structures should be equal to (2k + l), therefore, multi-row structures should be located along the resonator waveguides with a period L ((A: + 0.5) L, where k 1, 2, 3, 4 is determined by the transverse dimensions of the electron guns (1) and the pole pieces (18) of the magnetic system.

Отражающие электродинамические элементы (14) в волноводах (2), (3), (4) могут быть выполнены в виде отрезков прямоугольного волновода, имеющих длину LO 0.5 Л и поперечные размеры а и Ьо 0.56.The reflecting electrodynamic elements (14) in the waveguides (2), (3), (4) can be made in the form of segments of a rectangular waveguide having a length LO 0.5 L and transverse dimensions a and b0 0.56.

Ввод энергии (7) может быть выполнен в виде Т- образного волноводного сочленения, в котором расположены вакуумно-плотное диэлектрическое окно (15), выполненное в виде полуволнового диэлектрического резонатора цилиндрической формы, и резонансная диафрагма (16). Ввод энергии (7) целесообразно располагать посередине волновода вход тщEnergy input (7) can be made in the form of a T-shaped waveguide joint, in which a vacuum-tight dielectric window (15), made in the form of a cylindrical half-wave dielectric resonator, and a resonant diaphragm (16) are located. The input of energy (7) is advisable to arrange the input carefully in the middle of the waveguide

ного резонатора (2) на его широкой стенке. В этом случае число Л многорядных структур (9), (10), (11) в волноводах резонаторов (2), (3) и (4) должно быть четное.resonator (2) on its wide wall. In this case, the number A of multi-row structures (9), (10), (11) in the waveguides of the resonators (2), (3) and (4) should be even.

Волновод резонатора (5) имеет длину и нонеречные размеры такие же, как у волновода резонатора (4), но в нем вместо многорядных структур (11) раснолагаются отражающие электродинамические элементы (20), выполненные в виде отрезков прямоугольного волновода. Длина и нонеречные размеры этих отрезков волновода выбираются такими, чтобы их передаточная характеристика была эквивалентна передаточной характеристике многорядных структур (11).The resonator waveguide (5) has a length and non-uniform dimensions are the same as the resonator waveguide (4), but instead of multi-row structures (11), reflecting electrodynamic elements (20) are made in the form of segments of a rectangular waveguide. The length and non-uniform dimensions of these segments of the waveguide are chosen such that their transfer characteristic is equivalent to the transfer characteristic of multi-row structures (11).

Волноводные шлейфы (6) вынолнены в виде отрезков прямоугольного волновода, имеюпдих длину/,„, «(2/и + 1)Л/4 и поперечные размеры а и Ьш Q.5b, где m 1, 2, 3 онределяется размерами коллекторов (17) и полюсных наконечников (18). Концы волноводов (6) располагаются на широких стенках волноводов резонаторов (4) и (5). Вакуумноплотное окно (15) могут быть выполнены в виде полуволнового диэлектрического резонатора цилиндрической формы.The waveguide loops (6) are made in the form of segments of a rectangular waveguide, having a length f, n, α (2 / and + 1) L / 4 and the transverse dimensions a and b Q.5b, where m 1, 2, 3 are determined by the dimensions of the collectors ( 17) and pole pieces (18). The ends of the waveguides (6) are located on the wide walls of the waveguides of the resonators (4) and (5). The vacuum tight window (15) can be made in the form of a cylindrical half-wave dielectric resonator.

Вывод СВЧ энергии (8) может быть выполнен в виде Т- образного волноводного сочленения, который целесообразно располагать в середине волновода резонатора (5) на его широкой стенке, противолежашей стенке, на которой располагаются волноводные шлейфами (6).The output of microwave energy (8) can be made in the form of a T-shaped waveguide joint, which should be placed in the middle of the resonator waveguide (5) on its wide wall, the opposite wall, on which the waveguide loops are located (6).

ющyushch

Claims (1)

Клистрон, содержащий электронные пушки, коллекторы электронов, ввод и вывод СВЧ энергии, входной, выходной и промежуточные резонаторы в виде прямоугольных волноводов, в которых периодически, в области максимумов поперечной составляющей электрического СВЧ поля, расположены СВЧ-зазоры с пролетными каналами для электронных пучков, оси которых перпендикулярны осям волноводов резонаторов, а между СВЧ-зазорами в области максимумов поперечной составляющей магнитного СВЧ поля расположены отражающие электродинамические элементы, отличающийся тем, что СВЧ-зазоры выполнены в виде многорядных структур из ленточных проводников, расположенных перпендикулярно осям волноводов резонаторов и осям пролетных каналов, а вывод СВЧ энергии размещен в дополнительно введенном в клистрон резонаторе в виде прямоугольного волновода, который дискретно связан в области максимумов поперечной составляющей магнитного СВЧ поля с волноводом выходного резонатора через волноводные шлейфы, выполненные в виде прямоугольного волновода и содержащие вакуумно-плотные диэлектрические окна и резонансные диафрагмы, причем отражающие электродинамические элементы выполнены в виде отрезков прямоугольного волновода, у которого узкая стенка не менее чем в два раза меньше узкой стенки волноводов входного, промежуточного и выходного резонаторов.A klystron containing electron guns, electron collectors, input and output of microwave energy, input, output and intermediate resonators in the form of rectangular waveguides, in which periodically, in the region of the maxima of the transverse component of the microwave electric field, microwave gaps with span channels for electron beams are located, whose axes are perpendicular to the axes of the resonator waveguides, and reflecting electrodynamic elements are located between the microwave gaps in the region of the maxima of the transverse component of the magnetic microwave field The fact is that the microwave gaps are made in the form of multi-row structures of tape conductors located perpendicular to the axes of the resonator waveguides and the axes of the span channels, and the microwave energy output is placed in the cavity additionally inserted into the klystron in the form of a rectangular waveguide, which is discretely coupled in the region of the maxima of the transverse component of a microwave microwave field with an output resonator waveguide through waveguide loops made in the form of a rectangular waveguide and containing vacuum-tight dielectric windows and resonance s aperture, and reflecting the electrodynamic elements are designed as segments of a rectangular waveguide whose narrow wall not less than half the narrow walls of the waveguides of the input, intermediate and output cavities.
Figure 00000001
Figure 00000001
RU2003107249/20U 2003-03-24 2003-03-24 KLYSTRON RU34279U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003107249/20U RU34279U1 (en) 2003-03-24 2003-03-24 KLYSTRON

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003107249/20U RU34279U1 (en) 2003-03-24 2003-03-24 KLYSTRON

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU34279U1 true RU34279U1 (en) 2003-11-27

Family

ID=36114791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003107249/20U RU34279U1 (en) 2003-03-24 2003-03-24 KLYSTRON

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU34279U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623096C2 (en) * 2015-05-20 2017-06-22 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Торий" MULTI-BEAM KLYSTRON WITH RING RESONATORS WORKING IN FORM OF E0n0 FLUCTUATIONS
RU2799772C1 (en) * 2022-12-20 2023-07-11 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" Multibeam klystron

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623096C2 (en) * 2015-05-20 2017-06-22 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Торий" MULTI-BEAM KLYSTRON WITH RING RESONATORS WORKING IN FORM OF E0n0 FLUCTUATIONS
RU2799772C1 (en) * 2022-12-20 2023-07-11 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" Multibeam klystron

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108550510B (en) Gyrotron traveling wave tube input coupler with high electron beam circulation rate
Chen et al. An extended interaction oscillator based on a complex resonator structure
CN111916323B (en) Over-mode dual-band expansion interaction oscillator based on three-dimensional metal grid
CN103632909B (en) The bielectron note terahertz radiation source of cascade high-frequency structure
CN110600353B (en) Parallel coupling slow wave circuit backward wave tube
CN110335796B (en) Ribbon electron beam double-groove trapezoidal line coupling cavity slow wave device
RU34279U1 (en) KLYSTRON
CN116453920A (en) K-band transit time oscillator based on two-stage modulation and distributed extraction
CN114464514B (en) Frequency-locking phase-locking structure and magnetron structure formed by same
WO2023273906A1 (en) Slow wave circuit, electromagnetic wave processing method, and related device
Wessel‐Berg Basics of Radial Sheet Beam Interactions with Potential Applications in the Microwave K‐and W‐Bands
RU2239256C1 (en) Multibeam klystron
Xi et al. The Research on Backward Wave Oscillator with Wide Tunable Bandwidth and High Power
RU2714508C1 (en) Miniature multi-beam klystron
Caryotakis Development of X-band klystron technology at SLAC
US4742271A (en) Radial-gain/axial-gain crossed-field amplifier (radaxtron)
CN113838727A (en) Miniaturized high-power klystron based on single ridge CeSRR unit
US4288721A (en) Microwave magnetron-type device
Abe et al. Millimeter-wave and sub-millimeter-wave vacuum electronics amplifier development at the US Naval Research Laboratory
CN114005718B (en) Connecting rod ladder type symmetrical split ring slow wave structure
Wilson Advanced RF power sources for linacs
CN114664617B (en) Axial cascading relativistic magnetron based on loop bar coupling structure frequency locking and phase locking
RU2776993C1 (en) Traveling wave tube of the millimeter wavelength range
CN114664616B (en) Axial cascading relativistic magnetron based on full-cavity coupling structure frequency locking and phase locking
CN114783848B (en) Axial cascade relativistic magnetron based on ridge waveguide coupling structure frequency locking and phase locking

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20040325