RU95897U1 - Многолучевой прибор о-типа - Google Patents
Многолучевой прибор о-типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU95897U1 RU95897U1 RU2009147359/22U RU2009147359U RU95897U1 RU 95897 U1 RU95897 U1 RU 95897U1 RU 2009147359/22 U RU2009147359/22 U RU 2009147359/22U RU 2009147359 U RU2009147359 U RU 2009147359U RU 95897 U1 RU95897 U1 RU 95897U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- span
- section
- output
- resonator
- resonators
- Prior art date
Links
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
1. Многолучевой прибор О-типа, содержащий электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую в себя входной, промежуточные и выходной резонаторы, а также пассивные и активные резонаторы, электромагнитно связанные с входным и выходным резонатором, отличающийся тем, что все активные резонаторы выполнены в виде отрезков полых волноводов прямоугольного или близкого к прямоугольному сечения с рабочим видом колебаний Emnl, n=m>1, l=0, в которых симметрично размещены отрезки многоканальных пролетных труб круглого сечения числом N=mn(k-1), где k - число зазоров взаимодействия в резонаторе, k>1, которые крепятся в поперечном сечении между собой и стенками резонатора двумя или четырьмя металлическими штангами прямоугольного или круглого сечения, а минимальное количество пролетных каналов М в каждой многоканальной пролетной трубе определяется из условия: ! , ! где Рвых - выходная СВЧ мощность прибора, η - КПД прибора, U0 - напряжение электронного луча, рr - первеанс электронного луча, который не превышает 0,2·10-6 A/B1,5. ! 2. Многолучевой прибор О-типа по п.1, отличающийся тем, что в многоканальных пролетных трубах имеются радиальные пазы, разделяющие соседние пролетные каналы, причем глубина пазов h не более L, где L - длина многоканальной пролетной трубы, а их протяженность не более D/2, где D - диаметр многоканальной пролетной трубы.
Description
Полезная модель относится к электронной СВЧ технике, а именно к мощным широкополосным многолучевым приборам О-типа, например, к многолучевым клистронам с распределенным взаимодействием.
Одной из важнейших проблем развития усилительных клистронов является увеличение выходной мощности (средней и импульсной) и полосы рабочих частот при максимально низком рабочем напряжении.
Известны конструкции классических многолучевых клистронов (Геращенко О.В., Пасманник В.И. Выходная электродинамическая система усилительного клистрона, Патент РФ №1419405), в которых выходная мощность создается за счет суммирования мощностей, создаваемых низкопервеансными лучами, в тороидальном выходном резонаторе. Однако увеличение числа лучей ограничено поперечными размерами пролетной трубы, которое не может превышать λ/2, где λ - длина волны, соответствующей центральной частоте рабочей полосы прибора. Большой диаметр пролетной трубы приводит к изменению поля по радиусу и неоднородности модуляции электронных потоков.
Для увеличения выходной мощности может быть использовано также сложение мощностей от двух клистронов в одной вакуумной оболочке с общим СВЧ входом и выходом (Д.М.Беневоленский, Г.П.Гоголев, СМ. Мовнин. Двухканальный двухчастотный пролетный клистрон. Радиоэлектроника, Санкт-Петербург, 1996, стр.113-116).
В приборе используются два связанных резонатора, каждый из которых нагружен своим электронным пучком. Недостатком такой двухствольной конструкции является узкая полоса рабочих частот и невозможность достижения 100% сложения мощностей в общем резонаторе.
Ближайшим прототипом является многолучевой прибор О-типа, содержащий электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую в себя входной, промежуточные и выходной резонаторы, а также пассивные и активные резонаторы, электромагнитно связанные с входным и выходным резонатором конструкция многолучевого (Пугнин В.И., Юнаков Н.Н., Бурдина Т.Н. Многолучевой прибор О-типа., Патент РФ №2344980 от 18.08.2003 г.), Прибор является двухствольным клистроном, в выходным резонаторе которого для увеличения выходной мощности в каждом активном резонаторе с рабочим видом колебаний Н201 размещены две пролетные трубы, причем во входном и выходном резонаторах эти трубы располагаются несимметрично относительно стенок этих резонаторов. К недостаткам данной конструкции следует отнести прежде всего несимметричность нагружения входного и выходного резонаторов, приводящую к неполному сложению мощностей, уменьшению КПД и т.д. Введение второй трубы ведет также к падению волнового сопротивления резонаторов, что приводит в конечном итоге к ухудшению выходных характеристик прибора.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание многолучевого многоствольного клистрона сочетающего повышенную выходную мощность в широкой полосе частот с высоким КПД.
В предлагаемой полезной модели решение этой задачи достигается тем, что в моноголучевом приборе О-типа, содержащем электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую в себя входной, промежуточные и выходной резонатор, а также пассивные и активные резонаторы, электромагнитно связанные с входным и выходным резонатором, все активные резонаторы выполнены в виде отрезков полых волноводов прямоугольного, или близкого к прямоугольному, сечения с рабочим видом колебаний Emnl, n=m>1, l=0, здесь тип характеризуют число полуволн в поперечном сечении резонатора по каждому измерению, а l - число полуволн в продольном направлении. В области максимума высокочастотного электрического поля каждой полуволны в поперечном сечении резонатора симметрично размещен отрезок многоканальной пролетной трубы круглого сечения. Так как каждая пролетная труба располагается между двумя зазорами, то общее число пролетных труб в многозазорном резонаторе N=mn(k-1), где к - число зазоров взаимодействия в резонаторе, причем k>1. Многоканальные пролетные трубы крепятся в поперечном сечении между собой и стенками резонатора двумя или четырьмя металлическими штангами прямоугольного или круглого сечения.
Минимальное количество пролетных каналов М в каждой многоканальной пролетной трубе определяется из соотношения:
где Рвых - выходная СВЧ мощность прибора, η - КПД прибора, рr - первеанс электронного луча, U0 - напряжение электронного луча.
Существо предлагаемой полезной модели поясняется чертежами фиг.1 и 2. На фиг.1 показан блок резонаторов 4-х ствольного прибора, работающего на виде колебаний Е220.
Блок резонаторов содержит входной, промежуточные 2 и выходной 3 резонаторы. Резонаторы выполнены в виде отрезков полых волноводов прямоугольного, или близкого к прямоугольному, сечения с рабочим видом колебаний Emnl, n=m=2, l=0, в которых симметрично размещены отрезки многоканальных пролетных труб круглого сечения числом N=mn(k-1), где к=2, 3, 4 - число зазоров взаимодействия в резонаторе. Отрезки пролетных труб крепятся в поперечном сечении между собой и стенками резонатора двумя или четырьмя металлическими штангами прямоугольного или круглого сечения. Площадь этого сечения выбирается из условий обеспечения отвода тепла и электродинамики резонатора. Минимальное количество пролетных каналов М в каждой многоканальной пролетной трубе определяется заданной выходной мощностью, требуемым КПД, анодным напряжением и первеансом луча. Первеанс луча выбирается исходя из максимально возможной плотности тока с катода и обеспечения высокого КПД взаимодействия парциального луча с полем зазора. Для обеспечения этих условий первеанс луча не должен превышать 0.2 10-6 А/В3/2. При таких значениях первеанса, как известно, электронный пучок легко группируется в сгустки, в силу малого пространственного заряда, и КПД клистронов может превышать 60% (R. Palmer, Introduction to Cluster Klystrons, Proceedings of the International Workshop on Pulsed RF Power Sources for Linear Colliders, RF93, Dubna, Protvino, Russia, July 5-9, 1993).
Внешний вид возможной конструкции резонатора, работающего на виде колебаний Е220, показан на фиг.2 для трехзазорного резонатора: (а) - вид с удаленной внешней крышкой резонатора и (б) - продольный разрез резонатора. Резонатор на фиг.2 (а) и (б) имеет отрезки многоканальных пролетных труб 4, закрепленных на штангах 5 в волноводе квадратного сечения 6. Количество этих труб зависит от числа зазоров и в двухзазорном резонаторе равно 4, а в трехзазорном увеличивается до 8.
Для увеличения равномерности распределения высокочастотного электрического поля по сечению многоканальной пролетной трубы в пролетных трубах могут присутствовать радиальные пазы 1, позволяющие сместить максимум напряженности электрического поля из центра многоканальной пролетной трубы на ее периферию (фиг.4).
поднять суммарный ток электронного пучка в резонаторе. Это приводит к возрастанию электронной нагрузки на резонатор, и в результате к расширению полосы рабочих частот. При увеличении поперечного сечения резонатора одновременно снижается величина волнового сопротивления резонатора и для сохранения его величины следует увеличивать число зазоров в резонаторе.
Полезная модель работает следующим образом: каждый электронный луч модулируется во входном резонаторе продольным электрическим высокочастотным полем той пучности (полуволны), в которой он расположен. В промежуточных резонаторах модулированные электронные лучи возбуждают высокочастотное электрическое поле такого же вида Emnl, как и во входном резонаторе. Поле промежуточных резонаторов дополнительно группирует электронные лучи, формируя электронные сгустки, которые затем попадают в выходной резонатор. В выходном резонаторе электронные сгустки каждого луча тормозятся продольным высокочастотным электрическим полем своей полуволны, отдавая кинетическую энергию высокочастотному полю вида Emnl выходного резонатора. Эта мощность выделяется в нагрузке. При этом происходит 100% суммирование мощностей, отбираемых от отдельных электронных лучей.
В настоящее время развитие средств математического моделирования (программ расчета приборов и их узлов) позволяет заменить натурный эксперимент численным. Для проверки возможностей достижений заявленного технического результата было проведено трехмерное математическое моделирование резонатора подобной конструкции (n=m=2, l=0), методом конечных элементов (программа HFSS v.7.0), показавшее следующие результаты.
Волновое сопротивление исходного одноствольного однозазорного резонатора 76,8 Ом. В однозазорном резонаторе с четырьмя стволами волновое сопротивление уменьшается в 4 раза и составляет примерно 19,2 Ом на ствол. Расчеты показывают (Таблица 1), что волновое сопротивление резонатора на синфазном виде колебаний линейно возрастает с увеличением числа зазоров, что позволяет компенсировать исходное уменьшение волнового сопротивления при увеличении числа стволов.
Таблица 1 | ||
Результаты расчетов волнового сопротивления четырехствольного резонатора | ||
Число зазоров | Среднее по каналам ствола значение волнового сопротивления, Ом | Вид колебаний |
1 | 19.2 | - |
2 | 38.0 | синфазный |
3 | 56.8 | синфазный |
Математическое моделирование процесса взаимодействия электронных пучков с полями вышеуказанной электродинамической системы, включающей 8 резонаторов, из которых 6 - трехзазорные, 1 - двухзазорный и 1 - однозазорный, а также входную и выходную многозвенные фильтровые системы, проведено по программе DEV 5.0 методом крупных частиц. Для 4-х ствольного клистрона с 19 лучами в стволе с суммарным током более 13А и потенциалом лучей менее 6 кВ получена выходная мощность более 18 кВт при КПД в нагрузке прибора не менее 25% в полосе 5.0% (фиг.3) в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн. Для сравнения в одноствольном клистроне можно получить при тех же параметрах луча выходную мощность не более 4 кВт в полосе 2% и КПД 15%.
Таким образом, математическое моделирование по известным программам показало возможность достижения заявленного технического результата в предлагаемой конструкции.
Claims (2)
1. Многолучевой прибор О-типа, содержащий электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую в себя входной, промежуточные и выходной резонаторы, а также пассивные и активные резонаторы, электромагнитно связанные с входным и выходным резонатором, отличающийся тем, что все активные резонаторы выполнены в виде отрезков полых волноводов прямоугольного или близкого к прямоугольному сечения с рабочим видом колебаний Emnl, n=m>1, l=0, в которых симметрично размещены отрезки многоканальных пролетных труб круглого сечения числом N=mn(k-1), где k - число зазоров взаимодействия в резонаторе, k>1, которые крепятся в поперечном сечении между собой и стенками резонатора двумя или четырьмя металлическими штангами прямоугольного или круглого сечения, а минимальное количество пролетных каналов М в каждой многоканальной пролетной трубе определяется из условия:
где Рвых - выходная СВЧ мощность прибора, η - КПД прибора, U0 - напряжение электронного луча, рr - первеанс электронного луча, который не превышает 0,2·10-6 A/B1,5.
2. Многолучевой прибор О-типа по п.1, отличающийся тем, что в многоканальных пролетных трубах имеются радиальные пазы, разделяющие соседние пролетные каналы, причем глубина пазов h не более L, где L - длина многоканальной пролетной трубы, а их протяженность не более D/2, где D - диаметр многоканальной пролетной трубы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009147359/22U RU95897U1 (ru) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Многолучевой прибор о-типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009147359/22U RU95897U1 (ru) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Многолучевой прибор о-типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95897U1 true RU95897U1 (ru) | 2010-07-10 |
Family
ID=42685259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009147359/22U RU95897U1 (ru) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Многолучевой прибор о-типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU95897U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771324C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Многолучевая лампа бегущей волны с замедляющей системой типа петляющий волновод |
RU2812270C1 (ru) * | 2023-05-22 | 2024-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Миниатюрный трехзазорный клистронный резонатор с полосковыми линиями на диэлектрической подложке |
-
2009
- 2009-12-22 RU RU2009147359/22U patent/RU95897U1/ru active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771324C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Многолучевая лампа бегущей волны с замедляющей системой типа петляющий волновод |
RU2812270C1 (ru) * | 2023-05-22 | 2024-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Миниатюрный трехзазорный клистронный резонатор с полосковыми линиями на диэлектрической подложке |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gelvich et al. | The new generation of high-power multiple-beam klystrons | |
US8179045B2 (en) | Slow wave structure having offset projections comprised of a metal-dielectric composite stack | |
WO2009123593A1 (en) | Hollow beam electron gun for use in a klystron | |
US2858472A (en) | Slow-wave circuit for a traveling wave tube | |
CN111916323B (zh) | 基于三维金属栅的过模双频段扩展互作用振荡器 | |
US7446478B2 (en) | Klystron amplifier | |
RU95897U1 (ru) | Многолучевой прибор о-типа | |
CN113838727B (zh) | 一种基于单脊CeSRR单元的小型化大功率速调管 | |
RU2507626C1 (ru) | Многолучевой свч прибор о-типа | |
RU2714508C1 (ru) | Миниатюрный многолучевой клистрон | |
Tallerico et al. | The gyrocon: A high-efficiency, high-power microwave amplifier | |
RU2449467C1 (ru) | Сверхмощное свч устройство | |
Myasin et al. | Experimental study of the possibility to generate radiation at a frequency of up to 400 GHz in an Orotron with a double-row periodic structure | |
RU2804521C1 (ru) | Многолучевой клистрон | |
US3248597A (en) | Multiple-beam klystron apparatus with periodic alternate capacitance loaded waveguide | |
US3289032A (en) | Microwave hybrid tube apparatus | |
RU2244980C1 (ru) | Многолучевой прибор о-типа | |
RU2554106C1 (ru) | Сверхмощный многолучевой свч прибор клистронного типа | |
RU2152102C1 (ru) | Электровакуумный прибор свч, истрон | |
CN113725053B (zh) | 平面级联速调管 | |
RU2278439C1 (ru) | Клистрон | |
RU2328053C2 (ru) | Свч-прибор о-типа | |
RU2474914C1 (ru) | Мощный свч-генератор монотронного типа | |
RU2364977C1 (ru) | Свч-прибор о-типа | |
CN114664617B (zh) | 一种基于环杆耦合结构锁频锁相的轴向级联相对论磁控管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20121223 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20150220 |
|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20151223 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20160820 |
|
PC12 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for utility models |
Effective date: 20160930 |