RU2651578C1 - Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора - Google Patents
Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651578C1 RU2651578C1 RU2017101376A RU2017101376A RU2651578C1 RU 2651578 C1 RU2651578 C1 RU 2651578C1 RU 2017101376 A RU2017101376 A RU 2017101376A RU 2017101376 A RU2017101376 A RU 2017101376A RU 2651578 C1 RU2651578 C1 RU 2651578C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- collector
- pulse
- microwave
- supply system
- Prior art date
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к высоковольтным импульсным источникам электропитания сверхвысокочастотных (СВЧ) прямопролетных генераторов и усилителей. Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора клистронного типа с рекуперацией энергии электронного пучка содержит единый импульсный источник, обеспечивающий питание электронной пушки и коллектора сверхвысокочастотного генератора. В качестве импульсного источника питания использован многокаскадный генератор импульсного напряжения (ГИН), причем емкость каскадов умножения напряжения ГИН, подключенных к коллектору, выбрана меньшей, чем емкость остальных каскадов умножения напряжения ГИН. Технический результат - повышение КПД при снижении массогабаритных характеристик устройства. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к высоковольтным импульсным источникам электропитания сверхвысокочастотных (СВЧ) прямопролетных генераторов и усилителей.
При разработке современных электровакуумных СВЧ-приборов типа ЛБВ (лампа бегущей волны), ЛОВ (лампа обратной волны) и клистронов особое внимание уделяется повышению их технического КПД, уменьшению тепловой нагрузки на коллектор и сокращению его размеров. Использование явления рекуперации [Астайкин А.И., Воронина Л.В., Липатов А.Ф., Профе В.Б. Вакуумная микроволновая электроника, Саров 2011] открывает пути решения этих проблем за счет торможения "отработанных" электронов в области коллектора. Рекуперация, особенно в условиях ограничения энергопотребления со стороны системы питания, например, в системах космической связи, давно завоевала признание, находит широкое применение и является нормой в конструкциях классических ЛБВ.
Достижения в создании современных мощных импульсно-периодических СВЧ-приборов и выход их на уровень практического применения однозначно требует существенного повышения их КПД и соответствующего снижения потребления энергии от первичной сети. В отличие от классических аналогов обеспечить применение рекуперации энергии электронного пучка в релятивистских источниках микроволнового излучения технически гораздо сложнее.
В классических СВЧ-устройствах, которые функционируют в непрерывном режиме с уровнями напряжений не более нескольких десятков киловольт, режим работы с рекуперацией обеспечивается за счет введения в состав системы питания дополнительного источника, включаемого последовательно или параллельно с основным, который питает электронную пушку. Известно применение в мощной ЛБВ отдельного источника тока для питания коллектора с рекуперацией [Клэмпитт Л. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. Издательство «Мир», Москва. 1974, стр. 60-61, 1]. В мощных клистронных генераторах или ЛБВ, работающих в импульсном режиме с уровнем ускоряющих напряжений сотни киловольт с токами в единицы килоампер, применение второго достаточного мощного импульсно-периодического генератора высоковольтных импульсов со своими системами зарядки и синхронизации достаточно проблематично и приводит к увеличению общей энергоемкости и массогабаритных характеристик.
В [Гинзбург В.Е., Овчаров В.Т. Экспериментальное исследование электронных пучков в коллекторе. Электронная техника. Серия 1. Техника СВЧ. Научно-технический сборник №5, г. Фрязино Московской обл., 1968. стр. 59-67, 2] описана высоковольтная система электропитания макета сверхвысокочастотного генератора с рекуперацией энергии электронного пучка, в котором питание электронной пушки и подача тормозящего потенциала на коллектор с рекуперацией происходит от единого источника питания. Причем понижение потенциала, подаваемого на коллектор, осуществляется с помощью включенного в схему питания дополнительного сопротивления. Такая схема допустима для экспериментальных исследований низковольтных маломощных генераторов с непрерывным режимом работы. Недостатки системы электропитания прототипа при переходе к мощным СВЧ-генераторам связаны с невозможностью повышения КПД в этом случае и увеличением массогабаритных характеристик.
Задача состоит в применении рекуперации в мощных импульсных СВЧ-генераторах и усилителях с целью повышения КПД без увеличения массогабаритных характеристик.
Технический результат состоит в повышении КПД при снижении массогабаритных характеристик устройства в целом из-за снижения тепловой нагрузки на коллектор вследствие возврата части энергии в высоковольтный источник питания.
Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от высоковольтной системы электропитания сверхвысокочастотного генератора с рекуперацией энергии электронного пучка, содержащей единый импульсный источник, обеспечивающий питание электронной пушки и коллектора сверхвысокочастотного генератора, в предложенной системе в качестве импульсного источника питания использован многокаскадный генератор импульсного напряжения (ГИН), причем емкость каскадов умножения напряжения ГИН, к которым подключен коллектор, выбрана меньшей, чем емкость остальных каскадов умножения напряжения ГИН.
Выбор ГИН в качестве импульсного источника питания является определяющим. Снижение энергопотребления сверхвысокочастотным генератором с предлагаемой схемой электропитания пушки и коллектора с рекуперацией происходит за счет снижения величины накопительной емкости каскада ГИН и, как следствие, снижение затрат энергии на ее зарядку до номинального напряжения. При этом возврат за счет рекуперации части энергии в каскад, подключенный коллектору, обеспечивает сохранение выходной СВЧ-энергии на прежнем уровне. Выигрыш от применения рекуперации (повышение КПД) тем больше, чем больше снижена емкость каскада, подключенного к коллектору, при сохранении неизменной энергии СВЧ-излучения. При большом количестве каскадов умножения напряжения в генераторе высоковольтных импульсов тормозящий потенциал на коллектор может подаваться с каскада, номер которого относительно первого каскада (последним считается каскад, подключенный к электронной пушке), оптимален с точки зрения КПД СВЧ-генератора в целом. При этом все каскады ГИН, начиная с первого и до подключенного к коллектору, имеют уменьшенную емкость.
На чертежах изображена схематично изображена высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора, где 1 - генератор импульсных напряжений (ГИН): 2 - анод электронной пушки: 3 - катод электронной пушки: 4 - электродинамическая структура: 5 - коллектор: 6-8 - первый, второй, третий соответственно каскады умножения напряжения ГИН.
В качестве примера заявленной системы приведена схема (представлена на фиг.) подачи ускоряющего напряжения от единого трехкаскадного импульсного источника питания - генератора импульсного напряжения (ГИН) 1 на электронную пушку СВЧ-генератора клистронного типа, состоящую из анода 2, катода 3, электродинамической структуры 4, со второго и третьего каскадов умножения напряжения ГИН 7, 8 и на коллектор 5 с первого каскада умножения напряжения ГИН 6. Следует отметить, что каскады ГИН (6, 7, 8) построены на основе искусственных формирующих линий в виде LC-цепочек. При этом величина емкостей С1 первого каскада, к которому подключен коллектор, меньше емкостей С.
Данная схема была опробована на десятикаскадном ГИН по одиннадцать конденсаторов в каскаде: потенциал на электронную пушку подавался с последнего десятого каскада, на коллектор - с третьего. При этом емкости конденсаторов каскадов первого, второго и третьего были выбраны равными 3,3 нФ, остальных 4-10 - 4,7 нФ, а соотношения L и L1 - выбраны таким образом, что импульсы, формируемые каждым каскадом, имели одинаковую длительность.
Система работает следующим образом. От первичного источника все каскады генератора высоковольтных импульсов заряжаются до напряжения U0, равного минус 25 кВ. После коммутации разрядников Р на катод 3 электронной пушки подается ускоряющий потенциал UП, а на коллектор 5 - тормозящий потенциал Uк. Потенциалы подаются относительно анода 2 - Ua, который находится под нулевым потенциалом. Катодом 3 пушки формируется электронный пучок, который транспортируется вдоль электродинамической структуры 4, взаимодействуя с полями резонаторов. После прохождения электродинамической структуры 4 пучок попадает в тормозящее поле коллектора 5, где теряет часть своей кинетической энергии, которая возвращается в конденсаторы первых трех каскадов. За счет этого и возможно снижение емкостей этих каскадов без снижения мощности генерации СВЧ-излучения. В данном случае повышение КПД устройства составило порядка 10%. При этом массогабаритные характеристики системы питания не увеличились.
Claims (1)
- Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора с рекуперацией энергии электронного пучка, содержащая единый импульсный источник, обеспечивающий питание электронной пушки и коллектора сверхвысокочастотного генератора, отличающаяся тем, что в качестве импульсного источника питания использован многокаскадный генератор импульсного напряжения (ГИН), причем емкость каскадов умножения напряжения ГИН, к которым подключен коллектор, выбрана меньшей, чем емкость остальных каскадов умножения напряжения ГИН.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017101376A RU2651578C1 (ru) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017101376A RU2651578C1 (ru) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2651578C1 true RU2651578C1 (ru) | 2018-04-23 |
Family
ID=62045293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017101376A RU2651578C1 (ru) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2651578C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US652338A (en) * | 1897-12-04 | 1900-06-26 | Benjamin F Tilley | Hitching-post. |
RU2166813C1 (ru) * | 2000-02-08 | 2001-05-10 | НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете | Способ генерации свч излучения в релятивистском магнетроне и устройство для его осуществления |
US20050212442A1 (en) * | 2003-01-11 | 2005-09-29 | Gunter Kornfeld | Ion accelerator arrangement |
RU146916U1 (ru) * | 2014-07-29 | 2014-10-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Прозрачная лампа бегущей волны с модуляцией электронного пучка в области катода |
RU2553574C2 (ru) * | 2013-03-26 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Способ свч-генерации на основе электронных пучков |
-
2017
- 2017-01-16 RU RU2017101376A patent/RU2651578C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US652338A (en) * | 1897-12-04 | 1900-06-26 | Benjamin F Tilley | Hitching-post. |
RU2166813C1 (ru) * | 2000-02-08 | 2001-05-10 | НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете | Способ генерации свч излучения в релятивистском магнетроне и устройство для его осуществления |
US20050212442A1 (en) * | 2003-01-11 | 2005-09-29 | Gunter Kornfeld | Ion accelerator arrangement |
RU2553574C2 (ru) * | 2013-03-26 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Способ свч-генерации на основе электронных пучков |
RU146916U1 (ru) * | 2014-07-29 | 2014-10-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Прозрачная лампа бегущей волны с модуляцией электронного пучка в области катода |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Клэмпитт Л. Мощные электровакуумные приборы СВЧ, Москва, Мир. 1974, стр. 60-61. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3368104A (en) | Electron beam tube included depressed collector therefor | |
EP0977237B1 (en) | System and method for recovering power from a traveling wave tube | |
Haworth et al. | Improved electrostatic design for MILO cathodes | |
Wang et al. | Experimental study of a 6 kW W-band PCM focused sheet beam EIO | |
RU2343584C1 (ru) | Клистрон | |
Song et al. | A compact low jitter high power repetitive long-pulse relativistic electron beam source | |
RU2651578C1 (ru) | Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора | |
Glyavin et al. | Two-stage energy recovery system for DEMO gyrotron | |
CN105470074B (zh) | 一种磁绝缘线振荡器 | |
RU2553574C2 (ru) | Способ свч-генерации на основе электронных пучков | |
RU2672180C1 (ru) | Генератор импульсов возбуждения для лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов | |
Fuks et al. | Efficient relativistic magnetron with lengthy virtual cathode formed using the magnetic mirror effect | |
RU2119691C1 (ru) | Циклонный преобразователь свч-энергии | |
Kemp et al. | Pulsed depressed collector for high-efficiency RF systems | |
Ghawde et al. | Pulse forming network with optimized pulse power and rise time | |
Abramyan et al. | Energy recovery and power stabilization of pulsed electron beams in Marx generator circuits | |
Jiang et al. | Partially–grounded depressed beam collector for the O-MBK and beyond | |
Abdullin et al. | Accelerators with vacuum insulated Marx generators | |
EP3364440A1 (en) | Iot based power system | |
RU2784248C1 (ru) | Устройство для увеличения силы тяги в электрическом ионном двигателе | |
CN115967374B (zh) | 一种基于全固态开关混联的高压脉冲发生装置 | |
US9076624B2 (en) | Generating microwave radiation | |
US9177748B2 (en) | Pulsed depressed collector | |
RU2216066C2 (ru) | Релятивистский магнетрон | |
Lee et al. | Design of solid-state Marx modulator with high duty factor for the proton beam extraction |