RU2808235C1 - Выходная система сверхмощного клистрона - Google Patents
Выходная система сверхмощного клистрона Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808235C1 RU2808235C1 RU2023113482A RU2023113482A RU2808235C1 RU 2808235 C1 RU2808235 C1 RU 2808235C1 RU 2023113482 A RU2023113482 A RU 2023113482A RU 2023113482 A RU2023113482 A RU 2023113482A RU 2808235 C1 RU2808235 C1 RU 2808235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resonator
- output system
- power
- rectangular waveguide
- Prior art date
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании сверхмощных клистронов. Технический результат - повышение электропрочности выходной системы, выходной мощности прибора, надежности прибора и увеличение КПД. В выходной системе сверхмощного клистрона, содержащей выходной резонатор, соединенный через щель связи с выходным волноводом, дополнительно содержится по крайней мере один закороченный отрезок прямоугольного волновода, связанный с выходным резонатором через индуктивную щель связи, расположенную на боковой стенке резонатора, причем, щели расположены на равном расстоянии друг от друга. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при создании сверхмощных клистронов.
Известно техническое решение, в котором выходная электродинамическая система усилительного клистрона содержит активный резонатор, выходной тракт и пассивные резонаторы (Патент РФ № 1419405 на изобретение «Выходная электродинамическая система усилительного клистрона», МПК H01J 25/00). Однако, подобная конструкция не удовлетворяет требованиям, предъявляемым при проектировании сверхмощных клистронов.
Традиционная выходная система мощного клистрона, например, клистронов, выпускаемых фирмой THOMSON (Faillon G.J. THOMSON high peak power klystrons / Ps Klystron Modulator Technical Meeting October 7th And 5th 1991 - Cern. P. 239.), принятая за прототип, не может обеспечить электропрочность при импульсной мощности, превышающей 25 МВт.
Предложена новая конструкция выходной системы сверхмощного клистрона, которая не имеет недостатков аналога и прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение электропрочности выходной системы, повышение выходной мощности прибора, увеличение надежности прибора и увеличение КПД.
Технический результат достигается тем, что в выходной системе сверхмощного клистрона, содержащей выходной резонатор, соединенный через щель связи с выходным волноводом, дополнительно содержится, по крайней мере, один закороченный отрезок прямоугольного волновода, связанный с выходным резонатором через индуктивную щель связи, расположенную на боковой стенке резонатора, причем, щели расположены на равном расстоянии друг от друга, при этом нормированный размер прямоугольного волновода определяется как:
и ,
где - длина волны в центре рабочего диапазона выходной системы,
, - ширина и высота прямоугольных волноводов;
длина отрезка закороченного отрезка прямоугольного волновода определяется соотношением:
;
а угол раскрыва щели связи выбирается из интервала:
.
Сущность изобретения состоит в следующем. Наличие дополнительно, по крайней мере, одного закороченного отрезка прямоугольного волновода, соединённого с выходным резонатором через дополнительную щель связи, за счёт отражения части мощности позволяет обеспечить азимутальную однородность продольной компоненты электрического поля в области взаимодействия с электронным потоком, что приводит к улучшению взаимодействия и, следовательно, к повышению КПД прибора.
Количество дополнительных закороченных отрезков прямоугольного волновода, связанных через щель с выходным резонатором, определяется размерами элементов выходной системы (резонатора и прямоугольных волноводов), при этом, щели должны быть расположены на равном расстоянии друг от друга на боковой стенке резонатора для обеспечения азимутальной однородности продольной компоненты электрического поля в области взаимодействия с электронным потоком.
Нормированные ширина и высота прямоугольных волноводов, длина закороченного отрезка прямоугольного волновода, зависящие от длины волны в центре рабочего диапазона выходной системы, а также нормированный угол раскрыва щели, определяют нагруженную добротность выходной системы и, тем самым, влияют на величины электрического поля в полости и токов на поверхностях выходной системы. Выбор величин этих параметров из указанных интервалов позволяет минимизировать вероятность появления СВЧ пробоев и перегревов, что повышает электропрочность и надёжность при высоких выходных СВЧ мощностях.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена выходная система сверхмощного клистрона, где 1 - выходной резонатор; 2 - выходной прямоугольный волновод; 3 - щель связи; 4 - индуктивная щель связи; 5 - закороченный отрезок прямоугольного волновода.
На фиг. 2 приведены рассчитанный и измеренный коэффициенты передачи мощности выходной системы сверхмощного клистрона.
На фиг. 3 представлено распределение электрического поля в центре щели связи.
Устройство работает следующим образом. В выходном резонаторе 1 формируется переменное электромагнитное поле (с рабочей частотой f0). Отбор СВЧ мощности из выходного резонатора (1) в выходной прямоугольный волновод (2) осуществляется через щель связи (3). Часть мощности через индуктивную щель связи (4) попадает в закороченный отрезок прямоугольного волновода (5). Закорачивающая стенка отражает попавшую в этот отрезок СВЧ мощность и возвращает в выходной резонатор (1), из которого СВЧ мощность выводится через щель связи (3) в выходной прямоугольный волновод (2).
Пример исполнения. Было проведено математическое моделирование выходной системы сверхмощного клистрона методом конечных элементов и проведены измерения электродинамических характеристик на опытном образце.
Выходная система сверхмощного клистрона изготовлена из меди марки МВ (вакуумная). Пайка выходного прямоугольного волновода (2) и закороченного отрезка прямоугольного волновода (5) к выходному резонатору (1) реализована с помощью припоя ПСр72.
Выходная система сверхмощного клистрона по предложенному техническому решению содержит один дополнительный закороченный отрезок (5) прямоугольного волновода, соединённый с выходным резонатором (1) через индуктивную щель связи (4).
Элементы выходной системы имеют следующие размеры: ширина и высота выходного прямоугольного волновода (2) и закороченного отрезка прямоугольного волновода (5) - 90×45 мм, длина закороченного отрезка прямоугольного волновода (5) - 30.4 мм, радиус выходного резонатора (1) - 34.1 мм, высота выходного резонатора (1) - 26 мм, зазор выходного резонатора - 18 мм, угол раскрыва щелей связи (3, 4) - 720 (1.26 рад).
На фиг. 2 представлены результаты моделирования и измерений на опытном образце коэффициента передачи мощности выходной системы СМК. Результаты испытаний имеют хорошее совпадение с результатами моделирования, что позволяет использовать результаты моделирования для оценки напряжённости электрических полей в критических областях выходной системы сверхмощного клистрона при высоких мощностях.
На фиг. 3 представлено распределение электрического поля в центре щели связи на рабочей частоте при выходной мощности 20 МВт, где 1 - прототип, 2 - предложенная конструкция, 3 - уровень СВЧ пробоя в вакууме. Очевидно наличие большего запаса до уровня СВЧ пробоя по сравнению с прототипом, что говорит о повышении электропрочности конструкции.
В таблице 1 представлены результаты расчёта характеристического сопротивления нагруженного выходного резонатора и предельной величины выходной мощности.
Таблица 1 | ||
Тип выходной системы | Характеристическое сопротивление, Ом | Предельная мощность, МВт |
Прототип | 64,6 | 25,2 |
Предложенная конструкция | 78,1 | 52,4 |
Повышение характеристического сопротивления ведёт к увеличению КПД прибора в целом.
Таким образом, можно утверждать, что предложенное техническое решение позволяет достигнуть заявленного технического результата.
Claims (7)
- Выходная система сверхмощного клистрона, содержащая выходной резонатор, соединенный через щель связи с выходным волноводом, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по крайней мере один закороченный отрезок прямоугольного волновода, связанный с выходным резонатором через индуктивную щель связи, расположенную на боковой стенке резонатора, причем щели расположены на равном расстоянии друг от друга, при этом нормированный размер прямоугольного волновода определяется как:
- и ,
- где - длина волны в центре рабочего диапазона выходной системы, , - ширина и высота прямоугольных волноводов;
- длина отрезка закороченного отрезка прямоугольного волновода определяется соотношением:
- ;
- а угол раскрыва щели связи выбирается из интервала:
- .
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2808235C1 true RU2808235C1 (ru) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1419405A1 (ru) * | 1986-12-04 | 1995-12-27 | О.В. Геращенко | Выходная электродинамическая система усилительного клистрона |
US6777877B1 (en) * | 2000-08-28 | 2004-08-17 | Communication & Power Industries, Inc. | Gun-only magnet used for a multi-stage depressed collector klystron |
JP2008147027A (ja) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Toshiba Corp | マルチビームクライストロン |
RU2364978C1 (ru) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | Александр Николаевич Королев | Свч-прибор клистронного типа |
RU2554106C1 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина (АО "НПП "Исток" им. А.И. Шокина") | Сверхмощный многолучевой свч прибор клистронного типа |
RU2723439C9 (ru) * | 2019-10-22 | 2020-10-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Клистрон |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1419405A1 (ru) * | 1986-12-04 | 1995-12-27 | О.В. Геращенко | Выходная электродинамическая система усилительного клистрона |
US6777877B1 (en) * | 2000-08-28 | 2004-08-17 | Communication & Power Industries, Inc. | Gun-only magnet used for a multi-stage depressed collector klystron |
JP2008147027A (ja) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Toshiba Corp | マルチビームクライストロン |
RU2364978C1 (ru) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | Александр Николаевич Королев | Свч-прибор клистронного типа |
RU2554106C1 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина (АО "НПП "Исток" им. А.И. Шокина") | Сверхмощный многолучевой свч прибор клистронного типа |
RU2723439C9 (ru) * | 2019-10-22 | 2020-10-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Клистрон |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА, СЕР. 1, СВЧ-ТЕХНИКА, ВЫП. 4(547), 2020, c. 64-75. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Amjadi et al. | Design of a broadband eight-way coaxial waveguide power combiner | |
Levy et al. | Bandstop filters with extended upper passbands | |
del Olmo-Olmeda et al. | A novel band-pass filter topology for millimeter-wave applications based on the groove gap waveguide | |
Wang et al. | Wideband circular TE 21 and TE 01 mode converters with same exciting topologies | |
Liu et al. | Design and microwave measurement of a novel compact TE $ _ {0n} $/TE $ _ {1n'} $-mode converter | |
Burt et al. | A millimeter-wave klystron upconverter with a higher order mode output cavity | |
KR100893319B1 (ko) | 나선형 공진기를 이용한 초소형 대역저지필터 | |
Morales-Hernández et al. | Peak power handling capability in groove gap waveguide filters based on horizontally polarized resonators and enhancement solutions | |
RU2808235C1 (ru) | Выходная система сверхмощного клистрона | |
Sullca et al. | Hybrid wideband staircase filters in rectangular waveguide with enhanced out-of-band response | |
Arndt et al. | Computer-optimized multisection transformers between rectangular waveguides of adjacent frequency bands (short papers) | |
KR100739382B1 (ko) | 비방사마이크로스트립선로 | |
Dydyk | Efficient power combining | |
Joshi et al. | Design of coaxial cavity for high power magnetron | |
Naidu et al. | Enhancement of Bandwidth of an Extended Interaction Klystron by Symmetric Loading | |
Kim et al. | Partial $ H $-Plane Filters With Multiple Transmission Zeros | |
CN115249603A (zh) | 一种应用于磁控管的u形微波脉冲压缩装置 | |
Bilik | High-power in-line waveguide to coaxial adapter | |
Moulay et al. | Oversized Substrate-Integrated Waveguide for High-Power Millimeter-Wave Systems | |
RU2453018C1 (ru) | Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство | |
Benedicto et al. | Quarter-wavelength coaxial SIRs for space tx bandpass filters | |
Huang | Suppression of microstrip filter spurious responses using frequency-selective resistive elements | |
Krishna et al. | Design of Dual-Mode Substrate Integrated Coaxial Line (SICL) Cavity Filter for Millimeter-wave Applications | |
US11764454B1 (en) | Compact impedance transforming combiner/divider and method of making | |
RU2777656C1 (ru) | Волноводный вывод энергии СВЧ прибора |