RU2738775C1 - Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd - Google Patents
Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738775C1 RU2738775C1 RU2020123033A RU2020123033A RU2738775C1 RU 2738775 C1 RU2738775 C1 RU 2738775C1 RU 2020123033 A RU2020123033 A RU 2020123033A RU 2020123033 A RU2020123033 A RU 2020123033A RU 2738775 C1 RU2738775 C1 RU 2738775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- resonator
- factor
- intrinsic
- axis
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/16—Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
- H01J23/18—Resonators
- H01J23/20—Cavity resonators; Adjustment or tuning thereof
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области электронной техники, в частности, области электронно-вакуумных приборов (ЭВП) СВЧ диапазона, использующих объемные резонаторы. Авторами изобретения, предлагаемое техническое решение внедрено при разработке малогабаритного многолучевого широкополосного усилительного клистрона.The present invention relates to the field of electronic engineering, in particular, the field of electronic vacuum devices (EVD) of the microwave range, using resonant cavities. The authors of the invention, the proposed technical solution was implemented in the development of a small-sized multi-beam broadband amplifying klystron.
Необходимость обеспечения заданного уровня собственных потерь объемных резонаторов возникает в различных электровакуумных приборах (ЭВП), но особенно часто, эта задача актуальна в клистронах. Это связано с тем, что, помимо входного и выходного резонаторов, связанных со входным и выходным трактами, в усилительных клистронах используются, как дополнительные каскады усиления, промежуточные резонаторы, не связанные с внешней нагрузкой [1]. Эти резонаторы выполнены из металла с высокой проводимостью, обычно меди, и имеют высокую собственную добротность, составляющую, в зависимости от рабочего диапазона и конструкции резонаторов, от 700 до 10000. В широкополосных усилительных клистронах высокая добротность промежуточных резонаторов приводит к большой неравномерности коэффициента усиления прибора в зависимости от рабочей частоты, что недопустимо для целого ряда применений клистронов, в частности использования в радиолокаторах, особенно в радиолокаторах с внутриимпульсной модуляцией частоты зондирующего сигнала.The need to ensure a given level of intrinsic losses in cavity resonators arises in various electrovacuum devices (EVD), but especially often, this problem is relevant in klystrons. This is due to the fact that, in addition to the input and output resonators associated with the input and output paths, in the amplifying klystrons, intermediate resonators not associated with an external load are used as additional amplification stages [1]. These resonators are made of metal with high conductivity, usually copper, and have a high intrinsic Q-factor, which, depending on the operating range and the design of the resonators, is from 700 to 10000. In broadband amplifying klystrons, the high Q-factor of intermediate resonators leads to a large uneven gain of the device in depending on the operating frequency, which is unacceptable for a number of applications of klystrons, in particular, use in radars, especially in radars with intra-pulse modulation of the probing signal frequency.
Необходимость введения устройств, увеличивающих потери СВЧ полей в объемных резонаторах связана и с целым рядом других задач, в частности подавления самовозбуждения клистронов на паразитных видах колебаний резонаторов, снижения уровня гармоник и внеполосных излучений в спектре выходного сигнала и т.д. Для таких целей разработаны поглотительные устройства, работающие в определенной полосе частот, так называемые частотно селективные нагрузки [2], или устройства, воздействующие только на определенные виды колебаний резонатора, называемые пространственно -селективными нагрузками, например [3].The need to introduce devices that increase the losses of microwave fields in cavity resonators is associated with a number of other problems, in particular, suppression of self-excitation of klystrons on parasitic modes of resonator oscillations, reducing the level of harmonics and out-of-band emissions in the output signal spectrum, etc. For such purposes, absorbing devices have been developed that operate in a certain frequency band, the so-called frequency-selective loads [2], or devices that act only on certain types of resonator vibrations, called spatially selective loads, for example [3].
Таким образом, в настоящее время, разработано множество устройств, обеспечивающих снижение собственной добротности резонаторов. По принципу действия их можно разделить на три разновидности: поверхностные поглотители, устройства с подключением к резонатору внешней нагрузки, - объемные поглотители.Thus, at present, a variety of devices have been developed that provide a decrease in the intrinsic Q-factor of resonators. By the principle of their operation, they can be divided into three types: surface absorbers, devices connected to an external load to the resonator, - volume absorbers.
Поверхностные поглотители увеличивают потери СВЧ поля в резонаторах за счет снижения проводимости стенок резонаторов. Для этого используются специальные составы, наносимые на определенные части поверхности стенок, например, широко используемое покрытие «альсифер» [4]. В высокочастотных диапазонах, например, миллиметровом, где толщина проводящего «скин» слоя мала; применяются покрытия стенок резонаторов металлом, имеющим низкую, по сравнению с медью, проводимость, например, никелем, который наносится гальваническим методом. Известны конструкции, в которых часть стенок резонаторов выполнена из материала с низкой проводимостью, спаянного с медным корпусом [5].Surface absorbers increase the microwave field losses in the resonators by reducing the conductivity of the resonator walls. For this, special compounds are used, applied to certain parts of the wall surface, for example, the widely used Alsifer coating [4]. In high-frequency ranges, for example, millimeter, where the thickness of the conductive "skin" layer is small; The resonator walls are coated with a metal that has a low conductivity compared to copper, for example, nickel, which is applied by an electroplating method. Known designs in which part of the walls of the resonators is made of a material with low conductivity, soldered to a copper case [5].
Поверхностные поглотители широко применяются в вакуумной технике, поскольку имеют серьезные преимущества, а именно: легко охлаждаются и не ухудшают массо-габаритные характеристики приборов. Однако они имеют и серьезные недостатки. При использовании таких поглотителей трудно регулировать и изменять величину нагруженной добротности резонаторов. Между тем, в процессе пайки резонаторов, припои зачастую растекаются по поверхности и резко изменяют поверхностную проводимость стенок, а, следовательно, и собственную добротность резонаторов.Surface absorbers are widely used in vacuum technology, since they have serious advantages, namely: they are easy to cool and do not impair the mass-dimensional characteristics of devices. However, they also have serious disadvantages. When using such absorbers, it is difficult to control and change the value of the loaded Q-factor of the resonators. Meanwhile, in the process of soldering resonators, solders often spread over the surface and dramatically change the surface conductivity of the walls, and, consequently, the intrinsic Q-factor of the resonators.
Достаточно широко распространены и методы подключения внешних нагрузок, в частности, [6], где резонаторы, через вакуумно-плотные окна связи соединены с внешними аттенюаторами. Известны также и конструкции клистронов с резонаторами, соединенными вакуумно-плотными щелями связи с водяными каналами охлаждения [7]. В этом случае, поглотителем СВЧ поля является вода. Подобные методы допускают возможность изменения и подстройки величины добротности резонатора. Однако они имеют и очевидные недостатки, связанные с усложнением конструкции прибора и ухудшением массо-габаритных характеристик.Methods for connecting external loads are also quite widespread, in particular, [6], where resonators are connected to external attenuators through vacuum-tight coupling windows. Also known are the designs of klystrons with resonators connected by vacuum-tight communication slots with water cooling channels [7]. In this case, the absorber of the microwave field is water. Such methods allow the possibility of changing and adjusting the value of the Q-factor of the resonator. However, they also have obvious drawbacks associated with the complication of the device design and the deterioration of the mass-dimensional characteristics.
Третья разновидность поглотительных устройств связана с применением объемных поглотителей СВЧ поля. Это материалы с высоким уровнем диэлектрических потерь, например, карбидо-кремниевая керамика SIC, [8], графит [9], или поглотительная керамика КТ-30 [10]. Подобные материалы широко используются во многих СВЧ приборах, в частности ЛБВ, магнетронах, клистронах и т.д.The third type of absorbing devices is associated with the use of volumetric microwave field absorbers. These are materials with a high level of dielectric losses, for example, silicon carbide ceramics SIC, [8], graphite [9], or KT-30 absorbing ceramics [10]. Such materials are widely used in many microwave devices, in particular TWT, magnetrons, klystrons, etc.
Основным достоинством таких поглотителей является высокая эффективность поглощения СВЧ поля и, главное, возможность изменения и установки необходимой величины собственной добротности резонатора. В частности, в патенте [11], прототип, рассмотрена конструкция резонатора клистрона, в который через отверстие в боковой стенке вставлен диэлектрический стержень из материала, поглощающего СВЧ поле. Ось стержня перпендикулярна оси пролетного канала. При этом изменение величины собственной добротности резонатора производится путем изменения глубины погружения стержня в резонатор.The main advantage of such absorbers is the high efficiency of absorption of the microwave field and, most importantly, the ability to change and set the required value of the intrinsic Q-factor of the resonator. In particular, in the patent [11], the prototype, the design of the klystron resonator is considered, into which a dielectric rod made of a material that absorbs the microwave field is inserted through a hole in the side wall. The axis of the rod is perpendicular to the axis of the flight channel. In this case, the change in the value of the intrinsic Q-factor of the resonator is performed by changing the depth of immersion of the rod into the resonator.
Такая конструкция достаточно проста, практически не ухудшает габариты клистрона и обеспечивает эффективную настройку клистрона, поскольку установка стержня производится после пайки корпуса клистрона. Недостатком этой конструкции является необходимость подстройки частоты резонатора после настройки добротности, поскольку при изменении заглубления стержня изменяется и частота резонатора. Это усложняет процесс сборки и настройки клистрона, особенно если его конструкция не предполагает специальных устройств подстройки частоты резонаторов. Задачей, на решение которой направлено наше изобретение, является обеспечение возможности изменения и регулировки величины собственной добротности объемного резонатора без изменения его резонансной частоты.This design is quite simple, practically does not deteriorate the dimensions of the klystron and provides effective adjustment of the klystron, since the rod is installed after the klystron body is soldered. The disadvantage of this design is the need to adjust the frequency of the resonator after adjusting the quality factor, since the frequency of the resonator also changes when the depth of the rod changes. This complicates the assembly and tuning of the klystron, especially if its design does not imply special devices for adjusting the resonator frequency. The problem to be solved by our invention is to provide the possibility of changing and adjusting the value of the intrinsic Q-factor of the cavity resonator without changing its resonant frequency.
Эта задача решается следующим способом:This task is solved in the following way:
В устройстве настройки собственной добротности объемного резонатора ЭВП, состоящем из стержня, выполненного из поглощающей СВЧ поле керамики, установленного в объемный резонатор через отверстие в его боковой стенке так, что ось стержня перпендикулярна оси пролетного канала, этот стержень установлен с возможностью поворота вокруг своей оси, а цилиндрическая поверхность стержня частично покрыта слоем металла толщиной 3-9 микрон.In the device for adjusting the intrinsic Q-factor of the EEC cavity resonator, which consists of a rod made of ceramics absorbing the microwave field, installed in the cavity resonator through a hole in its side wall so that the axis of the rod is perpendicular to the axis of the flight channel, this rod is installed with the ability to rotate around its axis, and the cylindrical surface of the rod is partially covered with a metal layer 3-9 microns thick.
Часть цилиндрической поверхности стержня, не покрытая слоем металла, может состоять из двух участков, расположенных на противоположных сторонах этой поверхности и вытянутых вдоль всей длины стержня, с шириной каждого из непокрытых участков Δ, выбираемой из условияThe part of the cylindrical surface of the bar not covered with a metal layer can consist of two sections located on opposite sides of this surface and elongated along the entire length of the bar, with the width of each of the uncoated sections Δ selected from the condition
Δ=(0.1-0.3)D, где D - диаметр стержня.Δ = (0.1-0.3) D, where D is the diameter of the bar.
В объемном резонаторе могут быть установлены с возможностью поворота вокруг своих осей несколько стержней, оси которых перпендикулярны оси пролетного канала и цилиндрические поверхности которых частично покрыты слоем металла толщиной 3-9 микрон.Several rods can be installed in the resonant cavity with the possibility of rotation around their axes, the axes of which are perpendicular to the axis of the flight channel and the cylindrical surfaces of which are partially covered with a metal layer 3-9 microns thick.
Форма участков цилиндрической и торцевой поверхности керамических стержней, не покрытых металлом, может отличаться от описанной в предыдущем абзаце для корректировки пределов изменения собственной добротности резонатора или, например, для придания устройству настройки частотно - селективных свойств.The shape of the sections of the cylindrical and end surface of the ceramic rods, not covered with metal, may differ from that described in the previous paragraph to adjust the limits for changing the intrinsic Q-factor of the resonator or, for example, to give the device frequency-selective properties.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является возможность настройки величины собственной добротности объемного резонатора без изменения его резонансной частоты. Металлизированные поглотительные стержни могут быть запаяны в переходные втулки и приварены вакуумно-плотным швом к корпусу прибора в установленном, в процессе настройки, положении. При этом заварка стержней производится после пайки резонаторного блока, то есть когда добротность резонатора уже не может измениться в процессе пайки. Следует отметить также, что предложенное устройство не увеличивает габаритов прибора, поскольку целиком находится внутри резонатора.The technical result provided by the given set of features is the ability to adjust the value of the intrinsic Q-factor of the cavity resonator without changing its resonant frequency. Metallized absorber rods can be sealed into adapter sleeves and vacuum-tightly welded to the device body in the position set during the adjustment process. In this case, the welding of the rods is carried out after soldering the resonator unit, that is, when the Q-factor of the resonator can no longer change during the soldering process. It should also be noted that the proposed device does not increase the dimensions of the device, since it is entirely inside the resonator.
Изобретение поясняется эскизами. На фиг. 1 и фиг. 2 изображен объемный резонатор 1 клистрона. Через емкостные выступы объемного резонатора 1 проходят пролетные каналы 2. В индуктивной части резонатора 1, где сосредоточена магнитная составляющая СВЧ поля, установлен стержень 3 из поглотительной керамики, в частности из КТ-30, цилиндрическая поверхность которого частично металлизирована и покрыта слоем металла 4 толщиной 3-9 микрон. Эта толщина обусловлена стандартным гальваническим методом покрытия, нанесенного химическим или электрохимическим способом. Не покрыты металлом два узких участка 5 цилиндрической поверхности стержня 3. На фиг. 1 участки 5 расположены перпендикулярно направлению магнитных силовых линий, на фиг. 2 - параллельно направлению магнитных силовых линий. Стержень 3 на фиг. 1 представляет собой разомкнутую петлю, плоскость которой перпендикулярна направлению магнитных силовых линий СВЧ поля. Поэтому между верхним и нижним участками 4, покрытыми слоем металла возникает электрическое СВЧ поле, эффективно поглощаемое материалом керамики, из которой сделан стержень 3. При таком положении стержня 3 подавление СВЧ поля максимально, а величина собственной добротности минимальна.The invention is illustrated by sketches. FIG. 1 and FIG. 2 shows the
Стержень 3 на фиг. 2 повернут вокруг оси на 90° по сравнению с фиг. 1. В этом случае, плоскость разомкнутой петли параллельна направлению силовых линий магнитного СВЧ поля, и электрическое СВЧ поле между областями металлизированной цилиндрической поверхности мало. В таком положении, подавление СВЧ поля минимально, а собственная добротность резонатора максимальна.
Таким образом, изменение собственной добротности резонатора, от максимальной до минимальной величины, производится за четверть оборота стержня 3, фиг. 1 и фиг. 2.Thus, the change in the intrinsic Q-factor of the resonator, from the maximum to the minimum value, is performed in a quarter of a revolution of the
Выбор ширины Δ непокрытых металлом участков 5 цилиндрической поверхности стержня 3 (Δ=(0.1-0.3)D, где D - диаметр стержня), определяет диапазон изменения значений собственной добротности резонатора примерно от 600 (положение стержня 3 на фиг. 2) до 25 (положение стержня 3 на фиг. 1). Предлагаемое устройство внедрено в конструкцию промежуточных резонаторов малогабаритного многолучевого широкополосного клистрона, трехсантиметрового диапазона длин волн. Однако, предлагаемое устройство настройки собственной добротности объемных резонаторов может быть применено в любых ЭВП, использующих объемные резонаторы, в том числе отражательных клистронах, клистродах, вакуумных триодах, СВЧ компрессорах и так далее.The choice of the width Δ of the
Литература.Literature.
1. Хайков А.З. Клистронные усилители - М.: Сов. радио, 1972.1. Haykov A.Z. Klystron amplifiers - M .: Sov. radio, 1972.
2. GB 13584892. GB 1358489
3. RU 2075131 С13. RU 2075131 C1
4. RU 20241004. RU 2024100
5. JPS 551377025. JPS 55137702
6. JPS 511502636. JPS 51150263
7. JPS 5925148 (А)7. JPS 5925148 (A)
8. JPH 0473841(A)8. JPH 0473841 (A)
9. GB 6068039.GB 606803
10. УДК666.65:669(0433), Объемные поглотители СВЧ энергии в конструкциях современных электровакуумных СВЧ приборов и измерительных устройств, Бухарин Е.Н., Ильина Е.Н.10. UDC666.65: 669 (0433), Volumetric absorbers of microwave energy in the designs of modern electrovacuum microwave devices and measuring devices, Bukharin EN, Ilyina EN.
11. JP 2871272 (В2) (прототип)11.JP 2871272 (B2) (prototype)
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123033A RU2738775C1 (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123033A RU2738775C1 (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2738775C1 true RU2738775C1 (en) | 2020-12-16 |
Family
ID=73834977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020123033A RU2738775C1 (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2738775C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1404978A1 (en) * | 1986-04-03 | 1988-06-23 | Московский Инженерно-Физический Институт | Method of determining own quality factor of resonator |
JPH0473841A (en) * | 1990-07-12 | 1992-03-09 | Toshiba Corp | Microwave electron tube |
US5521551A (en) * | 1994-11-21 | 1996-05-28 | Ferguson; Patrick E. | Method for suppressing second and higher harmonic power generation in klystrons |
RU2075131C1 (en) * | 1994-01-26 | 1997-03-10 | Государственное научно-производственное предприятие "Торий" | Reflection oscillator |
JP2871272B2 (en) * | 1992-03-23 | 1999-03-17 | 日本電気株式会社 | Multi-cavity klystron |
RU152582U1 (en) * | 2014-09-16 | 2015-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Microwave filter |
-
2020
- 2020-07-10 RU RU2020123033A patent/RU2738775C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1404978A1 (en) * | 1986-04-03 | 1988-06-23 | Московский Инженерно-Физический Институт | Method of determining own quality factor of resonator |
JPH0473841A (en) * | 1990-07-12 | 1992-03-09 | Toshiba Corp | Microwave electron tube |
JP2871272B2 (en) * | 1992-03-23 | 1999-03-17 | 日本電気株式会社 | Multi-cavity klystron |
RU2075131C1 (en) * | 1994-01-26 | 1997-03-10 | Государственное научно-производственное предприятие "Торий" | Reflection oscillator |
US5521551A (en) * | 1994-11-21 | 1996-05-28 | Ferguson; Patrick E. | Method for suppressing second and higher harmonic power generation in klystrons |
RU152582U1 (en) * | 2014-09-16 | 2015-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Microwave filter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Garven et al. | A gyrotron-traveling-wave tube amplifier experiment with a ceramic loaded interaction region | |
US4851788A (en) | Mode suppressors for whispering gallery gyrotron | |
KR101983333B1 (en) | Vacuum electron device drift tube | |
Pershing et al. | A TE/sub 11/K/sub a/-band gyro-TWT amplifier with high-average power compatible distributed loss | |
JP4914472B2 (en) | Electronic tuning magnetron | |
Wang et al. | Design and microwave measurement of a broadband compact power coupler for sheet beam traveling wave tubes | |
Lawson et al. | High-power operation of a three-cavity X-band coaxial gyroklystron | |
CN108270056B (en) | Coaxial resonant cavity structure capable of fine frequency modulation and frequency modulation method | |
US4158791A (en) | Helix traveling wave tubes with resonant loss | |
US3360679A (en) | Electron discharge device having lossy resonant elements disposed within the electromagnetic field pattern of the slow-wave circuit | |
US11545329B2 (en) | THz vacuum electronic devices with micro-fabricated electromagnetic circuits | |
RU2738775C1 (en) | Device for tuning proper q-factor of volumetric resonators of vtd | |
Goebel et al. | Efficiency enhancement in high power backward-wave oscillators | |
US4219758A (en) | Traveling wave tube with non-reciprocal attenuating adjunct | |
US5477107A (en) | Linear-beam cavity circuits with non-resonant RF loss slabs | |
US2880357A (en) | Electron cavity resonator tube apparatus | |
RU2645298C2 (en) | Broadband multiport klystron with a multilink filter system | |
US3479556A (en) | Reverse magnetron having an output circuit employing mode absorbers in the internal cavity | |
US3376463A (en) | Crossed field microwave tube having toroidal helical slow wave structure formed by a plurality of spaced slots | |
RU2714508C1 (en) | Miniature multi-beam klystron | |
RU2815625C1 (en) | Cyclotron protective device resonator | |
JPH0473841A (en) | Microwave electron tube | |
JP4252274B2 (en) | Magnetron | |
JP2007287382A (en) | Pillbox vacuum window and manufacturing method of same | |
US9035707B2 (en) | Method for varying oscillation frequency of high frequency oscillator |