МНОГОЛУЧЕВОЙ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ СВЧ-ПРИБОР О-ТИПА Российский патент 1996 года по МПК H01J23/00 

Изобретение относится к электровакуумным приборам О-типа, в частности к многолучевым клистронам и лампам бегущей волны.

Целью изобретения является повышение средней выходной мощности и долговечности за счет улучшения токопрохождения.

Конструкция прибора приведена на фиг. 1 4.

На фиг. 1 представлена схема расположения пролетных каналов прибора, O₁O₂ ось прибора, 1 каналы некоторого i-го ряда, 2 оси этих каналов, α_i угол между осью прибора и осью канала i-го ряда, 3 каналы внутренних рядов, 4 оси этих каналов, R_i радиус, на котором расположены центры каналов i-го ряда, вектор индукции продольного внешнего фокусирующего поля, Δ_i смещение в азимутальном направлении центра пролетного канала в выходном сечении относительно центра во входном сечении.

На фиг. 2 показана силовая линия магнитного поля, создаваемая линейным током.

На фиг. 3 представлена проекция B_θ2m на азимутальное направление магнитной индукции , созданной током m-го канала, расположенного на расстоянии r_m от q-го парциального потока. γ_m угол между радиусом R_i и прямой mq.

На фиг. 4 показан суммарный вектор магнитной индукции , т. е. векторная сумма внешнего продольного фокусирующего поля и азимутального поля , созданного парциальными электронными потоками. Токи, протекающие по каналам, внешним по отношению к рассматриваемому i-му, не влияют на величину азимутальной компоненты поля на радиусе R_i.

Устройство работает следующим образом.

За счет векторного сложения внешнего фокусирующего магнитного поля и собственного магнитного поля силовые линии магнитного поля становятся винтовыми линиями с углом закручивания a_i.. Электроны каждого парциального потока движутся в этом поле, в среднем следуя силовым линиям. В результате оси парциальных потоков также приобретают вид винтовых линий с тем же углом закручивания, так что центр каждого потока в выходном сечении смещается в азимутальном направлении на величину Δ_i. Для снижения динамического токооседания оси парциальных каналов должны быть развернуты в пространстве на тот же угол α_i, так что центр каждого парциального канала в выходном сечении смещен в азимутальном направлении на величину Δ_i относительно его центра во входном сечении.

Величина угла закручивания и линейного смещения в азимутальном направлении вычисляется из следующих соображений. Согласно закону Био-Савара-Лапласа магнитная индукция линейного тока J направлена азимутально (фиг. 2) и на расстоянии r от него равна:
(1)
Здесь сила тока J выражена в амперах, r в метрах, B_θ в тесла, магнитная проницаемость свободного пространства μ_o= 4π•10^-7 Гн/м.

Азимутальная компонента поля B_θ в точке q (фиг. 3) на радиусе R_i складывается из поля B_θ1, созданного суммарным током пучков, размещенных внутри окружности радиуса R_i, и поля B_θ21, созданного током пучков, размещенных на радиусе R_i. При равенстве парциальных токов J_o и равномерном их распределении по окружностям каждого ряда с номером j<i с учетом (1) имеем:
(2)
где N_j число пучков в j-м ряде.

Индукция B_θ2 вычисляется суммированием азимутальных составляющих магнитных полей, создаваемых в точке q остальными парциальными токами i-го ряда каналов (фиг. 3):
(3)
(2) и (3) получаем суммарную азимутальную компоненту поля в точке:
(4)
Из отношения B_θ и В_z вычисляется угол закручивания
(5)
и линейное смещение Δ_i центра потока в азимутальном направлении на длине канала L:
(6)
Величины L и R_i должны быть выражены в одинаковых единицах, смещение Δ_i в метрах, B_z в тесла.

В формулу (6) введен поправочный коэффициент k_i 0,8 -2,3.

Нижняя его граница меньше 1, потому что соотношение (1), а следовательно, (5) и (6) справедливы для линейного тока бесконечной длины, для конечной длины тока B_θ меньше на небольшую величину (менее 10%). Кроме того, угол закручивания должен выбираться с учетом дестабилизирующих факторов. Верхняя граница коэффициента k_i определяется из конструктивных соображений. В устройствах со многими рядами каналов углы поворота a_i в каждом ряду разные. Выполнение расстояния смещения Δ_i для каждого из рядов точно в соответствии с формулой (6) без поправочного коэффициента k_i к несимметричному взаимному размещению каналов разных рядов в выходном сечении электродинамической системы по сравнению с его входным сечением.

Желательно, в ряде случаев, сохранить симметричное расположение выходных сечений, сделав его таким же, как входные. Определяющим здесь будет угол закрутки внешнего ряда каналов, поскольку он несет наибольший ток. Этим и объясняется выбор верхней границы для поправочного коэффициента k_i, проведенный на основании анализа ряда реальных систем.

В случае применения реверсной фокусирующей системы, содержащей участки однонаправленного поля и короткие зоны равенства (изменения знака поля), расчет угла наклонов оси канала разводится по приведенной формуле в пределах каждого участка однородного поля с учетом его знака.

Техническая реализация предложенного решения для приборов, пролетные каналы которых содержат внутри электродинамической системы зазоры взаимодействия, как в клистронах или лампах бегущей волны на цепочке связанных резонаторов, может быть осуществлена, например, смещением прямолинейных каналов отдельных труб дрейфа относительно соседних согласно соотношению (6) (ступенчатая аппроксимация винтовой линии). ЫЫЫ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ3

Использование: в электровакуумных приборах СВЧ О-типа. Сущность изобретения: в многолучевом приборе с электродинамической системой, в которой пролетные каналы расположены в несколько рядов на концентрических цилиндрических поверхностях, центр каждого пролетного канала в выходном сечении смещен в азимутальном направлении относительно его центра во входном сечении на расстояние, задаваемое определенным соотношением. 4 ил.

Многолучевой электровакуумный СВЧ-прибор О-типа, содержащий магнитную фокусирующую систему и электродинамическую систему с пролетными каналами, расположенными в несколько рядов на концентрических цилиндрических поверхностях, ось которых совпадает с направлением однородного фокусирующего магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения средней мощности и долговечности за счет улучшения токопрохождения, центр каждого пролетного канала в выходном сечении электродинамической системы смещен в азимутальном направлении относительно его центра во входном сечении на расстояние Δ_i согласно соотношению

где K_i коэффициент для i-го ряда, принимающий значения от 0,8 до 2,3;
L длина пролетного канала, м;
I_о ток парциального луча, А;
B_z индукция однородного фокусирующего магнитного поля, Тл;
R_i радиус цилиндрической поверхности, на которой располагаются оси каналов i-го ряда, м;
N_j, N_i число электронных лучей в j-м и i-м рядах соответственно.