СВЧ-ПРИБОР КЛИСТРОННОГО ТИПА Российский патент 2023 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ-приборам, предназначенным для использования в ускорительной технике, радиопротиводействии и в других областях.

Известен СВЧ-прибор клистронного типа с двухзазорным выходным резонатором с рабочим синфазным видом колебаний [См. Отбор энергии от сгруппированного электронного потока двухзазорным резонатором на выходе усилительного клистрона / С.А. Зусмановский, Я.Я. Акментыньш, С.Ф. Зимин, К.Г. Симонов // Электронная техники, Сер. 1, «Электроника СВЧ» Вып. 12, 1966, С. 80-91]. Использование на выходе клистрона двухзазорного резонатора с синфазным видом колебаний позволяет существенно повысить КПД по сравнению с клистроном с однозазорным выходным резонатором. Однако не приводится конструкция клистрона с двухзазорным выходным резонатором, реализующим синфазные колебания.

Известен СВЧ-прибор клистронного типа, содержащий резонаторы с двумя и более зазорами взаимодействия с рабочим синфазным видом колебаний [авторское свидетельство №282537 «Резонатор для приборов СВЧ», приоритет 02.04.1969 г., Б.и. №27, 1995. С. 319]. В этих резонаторах трубы дрейфа между зазорами взаимодействия соединены с корпусом резонатора с помощью керамических изолирующих держателей, а контакт труб дрейфа с корпусом по постоянному току осуществляется с помощью металлической проволоки, намотанной на каждый изолирующий держатель. Такая спиральная проволока представляет большое индуктивное сопротивление для токов высокой частоты и через него эти токи не текут. В связи с этим, в таком резонаторе противофазный («паразитный») вид колебаний не возбуждается и обеспечивается работа прибора на синфазном виде колебаний.

Однако такой СВЧ-прибор имеет существенный недостаток: трудно осуществить соединение (например, пайкой) труб дрейфа с корпусом резонатора через керамические держатели из-за различия тепловых коэффициентов линейного расширения меди (из которого изготовлены трубы дрейфа и корпус) и керамики (из которой выполнены держатели). В таких СВЧ-приборах трудно получить большие средние мощности из-за перегрева металлической проволоки, что сказывается на надежности СВЧ-прибора в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является создание СВЧ-прибора клистронного типа с высоким уровнем выходной мощности.

Техническим результатом является подавление генерации противофазного вида колебаний, повышение надежности прибора при обеспечении высокого уровня выходной мощности.

Технический результат достигается тем, что СВЧ-прибор клистронного типа содержит выходной двухзазорный резонатор с рабочим синфазным видом колебаний, в корпусе резонатора между зазорами размещена труба дрейфа, соединенная с корпусом тремя держателями, имеющими форму близкую к плоским спиралям и расположенными симметрично относительно трубы дрейфа; на наружной поверхности резонатора установлена плотно прилегающая к корпусу труба охлаждения прямоугольного сечения, со штуцерами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, расположенная на уровне держателей; на криволинейные поверхности держателей нанесено поглощающее СВЧ-энергию покрытие; корпус резонатора, держатели и труба дрейфа выполнены из одного материала.

Сущность технического решения состоит в следующем: наличие трубы дрейфа между зазорами соединенной с корпусом тремя держателями, имеющими форму близкую к плоским спиралям и расположенными симметрично относительно трубы дрейфа, повышает жесткость конструкции резонатора, а также увеличивает площадь поверхности с нанесенным поглощающим противофазный вид колебаний покрытием. Плотно прилегающая к корпусу резонатора труба охлаждения прямоугольного сечения, расположенная на уровне держателей на наружной поверхности, позволяет уменьшить тепловую нагрузку за счет охлаждения области держателей резонатора и трубы дрейфа. Наличие штуцеров в трубе охлаждения создает непрерывное протекание охлаждающей жидкости. Поглощающее СВЧ-энергию покрытие нагружает противофазный «паразитный» вид колебания, вследствие чего он не возбуждается. Выполнение держателей, корпуса резонатора и трубы дрейфа из одного материала (например, меди) позволяет осуществить высокую надежность пайки резонатора. Таким образом, предложенная конструкция СВЧ прибора клистронного типа с рабочим синфазным видом колебаний обеспечивает устранение противофазного вида колебаний, надежность работы при получении высоких средних и импульсных мощностей.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид СВЧ-прибора клистронного типа, где:

1 - электронная пушка,

2 - входной резонатор,

3 - промежуточные резонаторы,

4 - двухзазорный выходной резонатор,

5 - коллектор,

6 - коаксиальный ввод СВЧ-энергии,

7 - волноводный вывод СВЧ-энергии,

8 - труба охлаждения,

9 - щель связи выходного резонатора,

10 - труба дрейфа,

11 - корпус резонатора,

12, 13, 14 - держатели,

15 - штуцера для подвода/отвода охлаждающей жидкости

16 - поглощающее покрытие.

На фиг. 2 показан двухзазорный выходной резонатор с рабочим синфазным видом колебаний.

На фиг. 3 показаны зависимости добротностей Q синфазного (Q_с) и противофазного (Q_пр) видов колебаний.

Предлагаемый СВЧ-прибор клистронного типа (фиг.1) работает следующим образом. Поток электронов, эмиттируемый с катода электронной пушки 1 проходит входной резонатор 2, в зазоре которого на него воздействует СВЧ-сигнал, подводимый через ввод энергии 6. Под воздействием этого СВЧ напряжения происходит модуляция и группировка электронного потока.

В промежуточных резонаторах 3 осуществляется дополнительная группировка электронного потока. В выходном двухзазорном резонаторе 4 осуществляется подгруппировка и отбор энергии от сгруппированного потока и передача СВЧ-энергии через щель связи 9 и волноводный вывод энергии 7 в нагрузку. Охлаждающая жидкость, протекающая через штуцера подвода/отвода 15 по трубе охлаждения 8, прилегающей к корпусу резонатора 11, осуществляет теплоотвод от держателей 12, 13, 14 и трубы дрейфа 10. Поглощающее покрытие 16, нанесенное на криволинейные поверхности держателей, препятствует возбуждению «паразитного» противофазного вида колебаний.

Для СВЧ-прибора клистронного типа с рабочим синфазным видом колебаний был изготовлен двухзазорный резонатор (фиг. 2), в котором все детали, в том числе корпус резонатора, труба дрейфа и спиральные держатели изготовлены из меди марки М0б, а в качестве покрытия криволинейных поверхностей держателей использовано карбонильное железо.

На фиг. 3 показаны зависимости добротностей Q синфазного (Q_с) и противофазного (Q_пр) видов колебаний двухзазорного резонатора от длины l покрытия (отсчет длины l ведется от корпуса к трубе дрейфа, L-полная длина спирали).

Эксперименты показали, что при покрытии поверхностей спиралей на длину, близкую к 1/3 от её полной длины синфазный (рабочий) вид колебаний практически не нагружен (Q_c=1400), в то время как противофазный («паразитный») вид нагружен существенно (Q_пр=200), то есть обеспечивается работа прибора на синфазном виде колебаний и устраняется возможность возникновения в нем противофазного вида.

Кроме того, изготовление корпуса резонатора, трубы дрейфа и спиральных держателей из одного материала позволяет эффективно осуществить соединение элементов, что повышает надежность работы прибора при получении высоких средних и импульсных мощностей.

Все вышеизложенное позволяет утверждать, что использование заявляемого технического решения приводит к достижению заявленного технического результата.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ-приборам, предназначенным для использования в ускорительной технике, радиопротиводействии и в других областях. Технический результат - подавление генерации противофазного вида колебаний, повышение надежности прибора при обеспечении высокого уровня выходной мощности. СВЧ-прибор клистронного типа содержит выходной двухзазорный резонатор с рабочим синфазным видом колебаний, в корпусе резонатора между зазорами размещена труба дрейфа, соединенная с корпусом тремя держателями, имеющими форму близкую к плоским спиралям и расположенными симметрично относительно трубы дрейфа. На наружной поверхности резонатора установлена плотно прилегающая к корпусу труба охлаждения прямоугольного сечения, со штуцерами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, расположенная на уровне держателей. На криволинейные поверхности держателей нанесено поглощающее СВЧ-энергию покрытие. Корпус резонатора, держатели и труба дрейфа выполнены из одного материала. 3 ил.

СВЧ-прибор клистронного типа, содержащий выходной двухзазорный резонатор с рабочим синфазным видом колебаний, отличающийся тем, что в корпусе резонатора между зазорами размещена труба дрейфа, соединенная с корпусом тремя держателями, имеющими форму, близкую к плоским спиралям, и расположенными симметрично относительно трубы дрейфа; на наружной поверхности резонатора установлена плотно прилегающая к корпусу труба охлаждения прямоугольного сечения, со штуцерами для подвода и отвода охлаждающей жидкости, расположенная на уровне держателей; на криволинейные поверхности держателей нанесено поглощающее СВЧ-энергию покрытие; корпус резонатора, держатели и труба дрейфа выполнены из одного материала.