RU2733725C1 - Collector for microwave device - Google Patents
Collector for microwave device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733725C1 RU2733725C1 RU2020103844A RU2020103844A RU2733725C1 RU 2733725 C1 RU2733725 C1 RU 2733725C1 RU 2020103844 A RU2020103844 A RU 2020103844A RU 2020103844 A RU2020103844 A RU 2020103844A RU 2733725 C1 RU2733725 C1 RU 2733725C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- magnetic
- hollow electrode
- central
- gap
- Prior art date
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 20
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
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
- H01J23/24—Slow-wave structures, e.g. delay systems
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к коллекторам электронов, и может найти широкое применение в многолучевых электронных приборах СВЧ типа О в качестве коллектора-рекуператора.The invention relates to microwave technology, namely to collectors of electrons, and can be widely used in multi-beam electronic devices of the microwave type O as a collector-recuperator.
Известен коллектор с рекуперацией энергии для СВЧ-прибора, содержащий входную секцию, оконечную секцию с выступом и ребрами, а также изолированный от нее отражатель вторичных электронов в виде стержня, расположенного на оси коллектора. Магнитный полюс соединен с входной секцией высоковольтным изолятором. Вторичные электроны, возникающие на любом участке принимающей поверхности, практически не имеют выхода из коллектора, следовательно, повышается КПД прибора и увеличивается срок службы. [Авторское свидетельство №1295955, МПК H01J 23/027].Known collector with energy recovery for a microwave device, containing an inlet section, an end section with a protrusion and ribs, as well as an isolated reflector of secondary electrons in the form of a rod located on the axis of the collector. The magnetic pole is connected to the input section with a high voltage insulator. Secondary electrons arising on any part of the receiving surface have practically no exit from the collector, therefore, the efficiency of the device increases and the service life increases. [Copyright certificate No. 1295955, IPC H01J 23/027].
В известном коллекторе с рекуперацией недостатком является высокая тепловая нагрузка на ребра выступа, которые перехватывают часть электронного потока. Расположение нескольких электродов с разными потенциалами, усложняет настройку прибора и ее стоимость.In the known collector with recuperation, the disadvantage is the high thermal load on the ribs of the projection, which intercept part of the electron flow. The arrangement of several electrodes with different potentials complicates the device setup and its cost.
Известна также конструкция рекуператора энергии, содержащая цилиндрический коллектор, магнит, цилиндрические экраны и дополнительный экран в виде стакана из магнитомягкого материала. Внутренняя цилиндрическая поверхность коллектора снабжена кольцевым выступом, который позволяет уменьшить тепловую нагрузку на электродинамическую систему за счет перехвата поверхностью выступа вторичных электронов. [Авторское свидетельство №1301222, МПК H01J 23/027].Also known is the design of an energy recuperator containing a cylindrical collector, a magnet, cylindrical screens and an additional screen in the form of a glass made of soft magnetic material. The inner cylindrical surface of the collector is equipped with an annular protrusion, which makes it possible to reduce the thermal load on the electrodynamic system due to the interception of the surface of the protrusion of secondary electrons. [Copyright certificate No. 1301222, IPC H01J 23/027].
Эта конструкция может быть использована для приборов средней мощности. В мощных многолучевых ЛБВ использование данного рекуператора затруднительно. Из-за общего входного отверстия в коллектор значительное количество электронов будет оседать до кольцевого выступа и на торцевой поверхности выступа, создавая дополнительную тепловую нагрузку на входную часть коллектора. При этом все вторичные и отраженные электроны будут образовываться на кольцевом выступе, создавая тепловую нагрузку на электродинамическую систему.This design can be used for medium power devices. It is difficult to use this recuperator in powerful multi-beam TWTs. Due to the common inlet to the collector, a significant amount of electrons will settle to the collar and on the end face of the collar, creating an additional thermal load on the collector inlet. In this case, all secondary and reflected electrons will be formed on the annular protrusion, creating a thermal load on the electrodynamic system.
Известна конструкция коллектора для многолучевого электронного СВЧ-прибора О-типа, состоящая из плоского магнитного полюса, дополнительно введенного полюса, выполненного из магнитомягкого материала в форме поверхности вращения, выпуклой частью обращенной к коллектору, с отверстиями по числу лучей. Оси отверстий образуют с осью прибора угол, определяющий угол поворота электронных лучей. [Авторское свидетельство №1040966, МПК H01J 25/00].Known design of a collector for a multi-beam electronic microwave device of the O-type, consisting of a flat magnetic pole, an additionally introduced pole, made of a magnetically soft material in the form of a surface of revolution, the convex part facing the collector, with holes according to the number of beams. The axes of the holes form an angle with the axis of the device, which determines the angle of rotation of the electron beams. [Copyright certificate No. 1040966, IPC H01J 25/00].
В известном коллекторе для многолучевого СВЧ-прибора недостатком являются сложности обеспечения хорошего теплового режима для каждого парциального коллектора и высокого токопрохождения электронного потока через дополнительный полюс.In the known collector for a multi-beam microwave device, the disadvantage is the difficulty of ensuring a good thermal regime for each partial collector and a high current passage of the electron flux through the additional pole.
Наиболее близкой к предлагаемому коллектору для СВЧ-прибора является конструкция коллектора электронного прибора СВЧ (прототип) [Авторское свидетельство №1240263, МПК H01J 23/027].Closest to the proposed collector for a microwave device is the design of the collector of an electronic microwave device (prototype) [Inventor's certificate No. 1240263, IPC H01J 23/027].
Коллектор электронного прибора СВЧ, содержащий соосно расположенные два разнопотенциальных полых электрода, магнит, магнитный полюс и магнитопроводящие экраны. Второй по направлению движения электронного потока электрод размещен за торцом магнита, а между двумя полыми электродами расположен кольцевой высоковольтный изолятор. Коллектор позволяет увеличить КПД прибора за счет улучшения рекуперации энергии электронов.The collector of a microwave electronic device, containing coaxially located two hollow electrodes of different potential, a magnet, a magnetic pole and magnetic conductive screens. The second electrode in the direction of movement of the electron flow is located behind the end of the magnet, and a ring high-voltage insulator is located between the two hollow electrodes. The collector allows you to increase the efficiency of the device by improving the recovery of electron energy.
Недостатком такой системы является наличие двух полых разнопотенциальных электрода, между которыми нужно обеспечить электрическую прочность для надежной работы прибора. Увеличить токопрохождение и повысить напряжение рекуперации энергии электронов невозможно. Для обеспечения допустимой удельной нагрузки продольный размер коллектора сильно увеличен, что влияет на массогабаритные параметры всего прибора.The disadvantage of such a system is the presence of two hollow electrodes of different potential, between which it is necessary to provide dielectric strength for reliable operation of the device. It is impossible to increase the current flow and increase the electron energy recovery voltage. To ensure the permissible specific load, the longitudinal size of the collector is greatly increased, which affects the weight and size parameters of the entire device.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение токопрохождения и КПД прибора, в том числе и для многолучевых приборов, за счет повышения напряжения рекуперации энергии электронов в коллекторе и уменьшения тепловой нагрузки на коллектор и за счет уменьшения обратного тока снижается тепловая нагрузка на электродинамическую систему.The technical result of the proposed invention is to increase the current flow and efficiency of the device, including for multi-beam devices, by increasing the voltage of electron energy recuperation in the collector and reducing the heat load on the collector and by reducing the return current, the thermal load on the electrodynamic system is reduced.
Технический результат достигается тем, что коллектор для СВЧ-прибора, содержит соосно расположенные полый электрод, магнит, магнитопроводящий экран, магнитный полюс с пролетными отверстиями. Магнитный полюс выполнен из двух частей, центральная часть выполнена в виде стакана, донышко которого с пролетными отверстиями соединено с основанием полого электрода, а боковая часть выполнена в виде стакана, в дно которого вставлен центральный стакан, причем между поверхностями центральной и боковой частей образован магнитный зазор толщиной L, площадь поперечного сечения зазора S и L, определяются из условий: U/E<L, S≥L/ (Rмз×μ0), где U - потенциал полого электрода, Е - допустимая напряженность электрического поля в области магнитного зазора, Rмз - допустимое магнитное сопротивление, μ0 - магнитная проницаемость.The technical result is achieved by the fact that the collector for the microwave device contains coaxially located hollow electrode, magnet, magnetic conductive screen, magnetic pole with flight holes. The magnetic pole is made of two parts, the central part is made in the form of a glass, the bottom of which with overhangs is connected to the base of the hollow electrode, and the side part is made in the form of a glass, into the bottom of which a central glass is inserted, and a magnetic gap is formed between the surfaces of the central and side parts thickness L, the cross-sectional area of the gap S and L, are determined from the conditions: U / E <L, S≥L / (R mz × μ 0 ), where U is the potential of the hollow electrode, E is the permissible electric field strength in the magnetic gap , R mz - permissible magnetic resistance, μ 0 - magnetic permeability.
Для коллектора характерны два режима работы: статический, когда скорости электронов на входе в коллектор примерно одинаковы, и динамический, когда скорости электронов существенно отличаются.The collector is characterized by two modes of operation: static, when the electron velocities at the entrance to the collector are approximately the same, and dynamic, when the electron velocities differ significantly.
Центральная часть магнитного полюса соединена с основанием полого электрода, что позволяет каждому лучу идти вдоль силовых линий магнитного поля через парциальное отверстие в магнитном полюсе, обеспечивая высокое токопрохождение, и за ним рассеиваться в общем коллекторе. Практически все вторичные и отраженные электроны, возникающие на внутренней поверхности полого электрода, не выходят из него, это позволяет существенно уменьшить обратный ток, следовательно, уменьшить тепловую нагрузку на поверхность электродинамической системы в двух режимах работы коллектора. Такая конструкция позволяет расширить первичный электронный поток при увеличении поверхности, принимающей электроны, и дополнительно повысить напряжение рекуперации энергии электронов в коллекторе, что существенно снижает тепловую нагрузку на коллектор и повышает КПД прибора.The central part of the magnetic pole is connected to the base of the hollow electrode, which allows each beam to follow the magnetic field lines through a partial hole in the magnetic pole, providing a high current transmission, and then dissipate in a common collector. Almost all secondary and reflected electrons arising on the inner surface of the hollow electrode do not leave it, this makes it possible to significantly reduce the reverse current, therefore, to reduce the thermal load on the surface of the electrodynamic system in two modes of collector operation. This design makes it possible to expand the primary electron flux with an increase in the surface that accepts electrons, and additionally increase the voltage of electron energy recovery in the collector, which significantly reduces the thermal load on the collector and increases the efficiency of the device.
Боковая и центральная части магнитного полюса соединены между собой через магнитный зазор, толщина L которого обеспечивает допустимую электрическую прочность, т.к. центральная часть находится под потенциалом полого электрода, а площадь поперечного сечения зазора S - минимальное сопротивление магнитного потока.The lateral and central parts of the magnetic pole are interconnected through a magnetic gap, the thickness L of which provides an admissible dielectric strength, since the central part is at the potential of the hollow electrode, and the cross-sectional area of the gap S is the minimum magnetic flux resistance.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлен предлагаемый одноступенчатый коллектор для СВЧ-прибора, где:FIG. 1 shows the proposed single-stage collector for a microwave device, where:
- полый электрод 1,- hollow electrode 1,
- магнит 2,-
- магнитопроводящий экран 3,- magnetic
- центральный стакан магнитного полюса 4,- the central glass of the
- боковой стакан магнитного полюса 5,- side glass of the
- пролетные отверстия 6,-
- магнитный зазор 7.-
ПримерExample
Коллектор содержит цилиндр полого электрода 1 с внутренним диаметром 12 мм выполнен из немагнитного материала - из меди. Кольцевой магнит 2, имеющий внутренний диаметр 53 мм и внешний - 93 мм. Кольцевой магнит 2 намагничен радиально. Магнитопроводящий экран 3 выполнен в виде полого цилиндра толщиной 6 мм из стали. Магнитопроводящий экран 3 обхватывает кольцевой магнит 2. Магнитный полюс из двух частей 4, 5 выполнен из магнитомягкого материала. В донышке центрального стакана 4 для пропускания пучков многолучевого потока выполнены 18 пролетных отверстий 6 диаметром 1 мм. Донышко центрального стакана 4 спаяно с основанием полого электрода 1. Центральный стакан 4 магнитного полюса находится под потенциалом U=18 кВ полого электрода 1. Толщина центрального стакана 4 1 мм, диаметр донышка 28 мм. Боковой стакан 5 магнитного полюса имеет внутренний диаметр 38 мм и толщину 7.5 мм. В дне стакана 5 выполнено отверстие диаметром 30 мм. Центральный стакан 4 вставлен в дно бокового стакана 5. Магнитный зазор 7 между поверхностями центральной 4 и боковой 5 частями магнитного полюса имеет толщину L=2.5 мм и площадь поперечного сечения S=615.5 мм2, при этом допустимая напряженность электрического поля Е=7.2 кВ/мм обеспечивает надежный режим работы прибора без пробоев, а магнитное сопротивление Rмз=3.2×106 1/Гн слабо влияет на магнитные потоки, создаваемые магнитом 2, которые замыкаются через боковой стакан 5 и центральный стакан 4 на магнитопроводящий экран 3.The collector contains a cylinder of a hollow electrode 1 with an inner diameter of 12 mm, made of a non-magnetic material - copper.
Предлагаемый коллектор работает следующим образом.The proposed collector works as follows.
На полый электрод 1 подают потенциал меньше потенциала катода. Модулированный по скорости электронный поток после прохождения через пролетные отверстия 6 центральной части магнитного полюса 4 попадает в полый электрод 1. Электронные пучки расширяются под действием пространственного заряда и оседают на внутреннюю поверхность полого электрода 1. Вторичные электроны, возникающие на любом участке принимающей поверхности полого электрода 1 практически не имеют выхода из него. Существует только небольшая группа (1-2%) приосевых электронов, которые могут осесть на электродинамическую систему, при этом удельная тепловая нагрузка на электродинамическую систему будет небольшой. Магнитные потоки, создаваемые магнитом 2, замыкаются через боковой стакан 5 и центральный стакан 4 на магнитопроводящий экран 3 через магнитный зазор 7, обеспечивая высокое токопрохождение в приборе.A potential less than the cathode potential is applied to the hollow electrode 1. The velocity-modulated electron flow, after passing through the
Предлагаемая конструкция коллектора для СВЧ-прибора позволяет по сравнению с прототипом уменьшить ток обратных электронов в 2.7 раза, следовательно значительно уменьшается тепловая нагрузка на электродинамическую систему. Повышение напряжения рекуперации энергии электронов в коллекторе как минимум в 1.5 раза позволяет существенно уменьшить тепловую нагрузку на коллектор. Мощность источников питания снижается и уменьшается потребляемая прибором мощность. Предлагаемое техническое решение позволяет достичь высокого (98-100%) токопрохождения в многолучевых СВЧ-приборах О-типа в двух режимах работы коллектора. Это в свою очередь приводит к увеличению коллекторного КПД до 65% и к увеличению технического КПД прибора до 40%.The proposed design of the collector for the microwave device allows, in comparison with the prototype, to reduce the current of backward electrons by 2.7 times, therefore, the thermal load on the electrodynamic system is significantly reduced. An increase in the voltage of electron energy recuperation in the collector by at least 1.5 times can significantly reduce the thermal load on the collector. The power of the power supplies decreases and the power consumption of the device decreases. The proposed technical solution makes it possible to achieve a high (98-100%) current transmission in multi-beam O-type microwave devices in two modes of collector operation. This, in turn, leads to an increase in the collector efficiency up to 65% and to an increase in the technical efficiency of the device up to 40%.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103844A RU2733725C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Collector for microwave device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103844A RU2733725C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Collector for microwave device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2733725C1 true RU2733725C1 (en) | 2020-10-06 |
Family
ID=72927081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020103844A RU2733725C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Collector for microwave device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2733725C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US611358A (en) * | 1898-09-27 | Arthur pillsbury dodge | ||
| SU1301222A1 (en) * | 1985-03-20 | 1996-02-27 | Г.В. Балашова | Single-step axisymmetrical electron energy recuperator of magnetic- focusing o-type device |
| SU1240263A1 (en) * | 1984-10-23 | 1996-03-27 | Г.В. Балашова | Collector of microwave device |
| SU1457706A1 (en) * | 1986-07-30 | 1996-04-10 | В.Г. Бороденко | Multiple-beam klystron |
| US6111358A (en) * | 1998-07-31 | 2000-08-29 | Hughes Electronics Corporation | System and method for recovering power from a traveling wave tube |
| US20050189881A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | E2V Technologies Limited | Collector arrangement |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103844A patent/RU2733725C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US611358A (en) * | 1898-09-27 | Arthur pillsbury dodge | ||
| SU1240263A1 (en) * | 1984-10-23 | 1996-03-27 | Г.В. Балашова | Collector of microwave device |
| SU1301222A1 (en) * | 1985-03-20 | 1996-02-27 | Г.В. Балашова | Single-step axisymmetrical electron energy recuperator of magnetic- focusing o-type device |
| SU1457706A1 (en) * | 1986-07-30 | 1996-04-10 | В.Г. Бороденко | Multiple-beam klystron |
| US6111358A (en) * | 1998-07-31 | 2000-08-29 | Hughes Electronics Corporation | System and method for recovering power from a traveling wave tube |
| US20050189881A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | E2V Technologies Limited | Collector arrangement |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4902926B2 (en) | Plasma accelerator | |
| RU2344577C2 (en) | Plasma accelerator with closed electron drift | |
| UA43914C2 (en) | THERMOELECTRONIC ELECTRICITY GENERATOR (OPTIONS) | |
| US2853641A (en) | Electron beam and wave energy interaction device | |
| JPH07192674A (en) | Magnetic field immersion type electron gun | |
| US3398315A (en) | A traveling wavetube with improved thermal and magnetic circuitry | |
| US6617791B2 (en) | Inductive output tube with multi-staged depressed collector having improved efficiency | |
| KR100576398B1 (en) | A vacuum interrupter and a vapor shield | |
| RU2733725C1 (en) | Collector for microwave device | |
| US3368102A (en) | Collector structure operating at a depressed potential for collecting a hollow electron beam | |
| US5461282A (en) | Advanced center post electron gun | |
| US8178813B2 (en) | Vacuum switch tube | |
| CN203553091U (en) | Highly reliable electronic gun with long service life | |
| US4339694A (en) | Flat cathode ray tube | |
| US3188515A (en) | Beam collector with auxiliary collector for repelled or secondarily-emitted electrons | |
| Yavor et al. | Achromatic quadrupole lenses | |
| US3265925A (en) | Field perturbing means for preventing beam scalloping in reversed field focusing system | |
| KR102532262B1 (en) | Ionic Wind Generator | |
| RU2686454C1 (en) | Cathode-mesh assembly with spatially-developed axially symmetric field-emission cathode | |
| JP2002529901A (en) | Hollow electron beam switching tube with high voltage isolation and current adjustable | |
| US2685046A (en) | Magnetron | |
| RU2074448C1 (en) | Magnetic focusing system of o-type microwave device | |
| SU294545A1 (en) | PLASMA SOURCE OF IONS - "ANTIPROBKTRON" | |
| US3099766A (en) | High capacity travelling wave tube for amplifying ultra high frequencies | |
| RU2291514C1 (en) | Multiple-electrode collector of o-type device |