×
20.02.2014
216.012.a3b6

Результат интеллектуальной деятельности: КЛИСТРОН

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения. Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов, полостей. Резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля. В выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту. Технический результат - повышение эффективности использования энергии пучка электронов. 2 ил.
Основные результаты: Клистрон, содержащий установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов полостей, из которых внутренняя имеет средство вывода излучения, резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля, отличающийся тем, что в выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно: к области генерации электромагнитного излучения и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения.

В качестве аналога рассмотрим клистрон, описанный в [1] (IEEE Transactions on Plasma Science, vol.22, №5, October 1994, p.692). Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из одной полости, внешней по отношению к пучку электронов, средство вывода излучения, а также устройство для формирования ведущего магнитного поля. В данном устройстве немодулированный электронный поток, выходящий из катода, поступает в первый резонатор, в зазоре которого имеется продольное электрическое поле сверхвысокой частоты. Это поле производит скоростную модуляцию электронного потока. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки. В выходном резонаторе происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию СВЧ с последующим выводом энергии в выходную нагрузку.

Недостатком данной конструкции является малый КПД генерации излучения.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству является триаксиальный клистрон, описанный также в [1] (p.698). Как и в аналоге, данное устройство содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру, средство вывода излучения, а также устройство для формирования ведущего магнитного поля. Резонансная структура данного клистрона отличается от структуры аналога выходным резонатором, который образован не одной полостью, а двумя, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов, причем вывод энергии в выходную нагрузку осуществляется только посредством внутренней полости.

Недостатком данного генератора является малый КПД генерации излучения, обусловленный низкой эффективностью преобразования энергии пучка электронов в СВЧ-излучение.

Задачей предлагаемого изобретения является создание усовершенствованного СВЧ-генератора с целью повышения КПД генерации излучения.

Техническим результатом данного решения является увеличение эффективности использования энергии пучка электронов.

Технический результат в заявляемом устройстве достигается за счет того, что в отличие от известного клистрона, содержащего установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов полостей, из которых внутренняя имеет средство вывода излучения, резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля, в предлагаемом клистроне в выходном резонаторе помимо внутренней полости, внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту.

За счет организации в прототипе по сравнению с аналогом дополнительной, внутренней полости, настроенной на такую же частоту, что и внешняя, значительно уменьшается пространство взаимодействия 11 (см. фиг.2а и 2б) и тем самым уменьшается угол пролета , где

ω - круговая частота;

d - величина пространства взаимодействия;

ϑ0 - скорость электронного потока.

В свою очередь, уменьшение угла пролета приводит к увеличению коэффициента связи электронного потока m с резонатором и, как следствие, к увеличению электронного КПД, который пропорционален m.

Посредством сравнения прототипа с заявляемым, устанавливаем, что принцип действия устройства основан на следующем. Если внешняя полость резонатора не имеет узла вывода энергии (средства вывода излучения), как это организовано в прототипе, то в ней непрерывно нарастает электрическое поле, что непременно приводит к пробою резонатора. После пробоя скачкообразно возрастает угол пролета, и пока во внешней полости резонатора электрическое поле не достигло величины, равной величине поля во внутренней полости, угол пролета остается не оптимальным и, как следствие этого, КПД клистрона низок. В заявляемом устройстве и во внутренней, и во внешней полостях выходного резонатора происходит отбор кинетической энергии электронов и преобразование ее в энергию СВЧ с последующим выводом энергии в выходную нагрузку. За счет отбора энергии в выходную нагрузку, пробоя резонатора не происходит, и угол пролета остается оптимальным. Вторым важным фактором увеличения КПД является наличие двух каналов в средстве вывода излучения, что значительно уменьшает пробойные явления в трактах вывода излучения.

Таким образом, за счет организации и использования заявляемым образом выводного резонатора с внутренней и внешней полостями, снабженными средством вывода излучения, более эффективно используется энергия пучка электронов и повышается КПД генерации СВЧ-излучения.

На фиг.1 схематически изображен клистрон и подключение питания к устройству. На фиг.2 подробно изображена область взаимодействия электронного пучка с электрическим полем резонатора; 2а - аналог, 2б - прототип и заявляемое устройство.

Заявляемый генератор представляет собой расположенные в вакуумной камере 4 катод 2, анод 3, модулирующие резонаторы 6. Траектория движения пучка электронов 5 проходит между внутренней 8 и внешней 9 полостями выходного резонатора, настроенными на одну частоту. Энергия пучка электронов преобразуется в энергию СВЧ колебаний и посредством двух каналов системы вывода излучения 10 поступает из внутренней и наружной полостей выходного резонатора в атмосферу. Устройство для формирования ведущего магнитного поля 7 обеспечивает прохождение пучка электронов вдоль оси резонаторов. К катоду прикладывается высоковольтное напряжение от внешнего источника питания 1.

В качестве источника питания можно использовать генератор импульсного напряжения, выполненного, например, по схеме Аркадьева-Маркса [2] (Месяц Г.А. "Генерирование мощных наносекундных импульсов" М.: Атомиздат, 1972).

Устройство работает следующим образом. При подаче импульсного напряжения от внешнего источника питания 1 на катод 2, с поверхности катода инжектируется пучок электронов 5, который транспортируется вдоль оси резонаторов 6 с помощью магнитного поля, создаваемого устройством для формирования ведущего магнитного поля 7. Далее, промодулированный резонаторами 6 пучок пролетает между внутренней 8 и внешней 9 полостями выходного резонатора. В пространстве взаимодействия 11 происходит контакт пучка электронов с электрическим полем полостей резонатора, создавая в них СВЧ излучение (эквипотенциальные поверхности электрического поля изображены на фиг.2, позиция 12). Излучение из внутренней и наружной полостей выходного резонатора выводится в атмосферу через два канала системы вывода излучения 10. Таким образом, электронный пучок отдает дополнительную энергию внешней полости выходного резонатора для преобразования ее в высокочастотную электромагнитную энергию. То есть, увеличивается эффективность преобразования энергии пучка в СВЧ-излучение.

В примере выполнения предложенного СВЧ-генератора катод выполнен из тонкостенной нержавеющей стали, анод и резонаторы изготовлены из меди. Внутренние полости генератора вакуумируются до давления остаточного газа ~10-5 Top.

Таким образом, благодаря повышению эффективности преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения за счет усовершенствования резонансной структуры, КПД генератора увеличен.

Клистрон, содержащий установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов полостей, из которых внутренняя имеет средство вывода излучения, резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля, отличающийся тем, что в выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту.
КЛИСТРОН
КЛИСТРОН
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 101-110 из 124.
13.01.2017
№217.015.8fc5

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к области высокочастотной техники. Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, образованную электродами - полым катодом и полым анодом, разделенными изолятором, к электродам камеры подключены источник питания и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605202
Дата охранного документа: 20.12.2016
25.08.2017
№217.015.9650

Устройство для пассивной защиты ядерного реактора

Изобретение относится к системам защиты ядерных реакторов и может быть использовано при создании ядерных реакторов, в частности реакторов на быстрых нейтронах. Устройство пассивного ввода отрицательной реактивности выполнено в виде двух емкостей, расположенных в общем кожухе одна под другой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608826
Дата охранного документа: 25.01.2017
25.08.2017
№217.015.b825

Сверхширокополосный генератор электромагнитных импульсов

Изобретение относится к технике генерации мощных сверхширокополосных (СШП) электромагнитных импульсов (ЭМИ) субнаносекундного диапазона длительностей и может быть использовано при разработке соответствующих генераторов для средств связи, радиолокации, навигации и радиоэлектронной борьбы. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614986
Дата охранного документа: 03.04.2017
26.08.2017
№217.015.db8d

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к области высокочастотной техники. Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, образованную электродами - полым катодом и анодом, к электродам камеры подключены источник питания и электрическая нагрузка, к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624000
Дата охранного документа: 30.06.2017
13.02.2018
№218.016.2587

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций относится к плазмохимии, к синтезу озона и окислов азота из атмосферного воздуха, смеси кислорода с азотом с помощью барьерного разряда и может найти применение в научных исследованиях и медицине. Разрядная камера включает два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642798
Дата охранного документа: 26.01.2018
17.02.2018
№218.016.2e14

Система корректировки траекторий потока заряженных частиц

Изобретение относится к области ускорительной техники, физике плазмы, а именно к устройствам корректировки траекторий потоков заряженных частиц, и может быть использовано в атомной физике, медицине, химии, физике твердого тела. Система корректировки траекторий потока заряженных частиц содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643507
Дата охранного документа: 02.02.2018
09.05.2018
№218.016.37e1

Твэл реактора на быстрых нейтронах

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок для активных зон реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Твэл для реактора на быстрых нейтронах включает ядерное топливо, размещенное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646597
Дата охранного документа: 06.03.2018
10.05.2018
№218.016.3bd0

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора и способ ее изготовления

Группа изобретений относится к конструкциям тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора включает головку и хвостовик, которые соединены между собой с помощью чехла, а также пучок твэлов стержневого типа, которые размещены в чехле с помощью решетки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647707
Дата охранного документа: 19.03.2018
10.05.2018
№218.016.4915

Тепловыделяющая сборка и способ ее изготовления

Группа изобретений относится к конструкциям тепловыделяющих сборок ядерных реакторов и может быть использована в активных зонах реакторов на быстрых и тепловых нейтронах. В тепловыделяющейя сборке (ТВС) ядерного реактора, включающей головку и хвостовик, соединенные между собой с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651263
Дата охранного документа: 19.04.2018
11.03.2019
№219.016.dbca

Сорбционный фильтр

Изобретение относится к фильтрам, в частности к насыпным сорбционным фильтрам для очистки различных сред, например газов, от механических и химических примесей, и может быть использовано в устройствах, где положение фильтра меняется в пространстве и(или) присутствуют вибрационные нагрузки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002470694
Дата охранного документа: 27.12.2012
Показаны записи 101-110 из 124.
13.01.2017
№217.015.8fc5

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к области высокочастотной техники. Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, образованную электродами - полым катодом и полым анодом, разделенными изолятором, к электродам камеры подключены источник питания и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605202
Дата охранного документа: 20.12.2016
25.08.2017
№217.015.9650

Устройство для пассивной защиты ядерного реактора

Изобретение относится к системам защиты ядерных реакторов и может быть использовано при создании ядерных реакторов, в частности реакторов на быстрых нейтронах. Устройство пассивного ввода отрицательной реактивности выполнено в виде двух емкостей, расположенных в общем кожухе одна под другой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608826
Дата охранного документа: 25.01.2017
25.08.2017
№217.015.b825

Сверхширокополосный генератор электромагнитных импульсов

Изобретение относится к технике генерации мощных сверхширокополосных (СШП) электромагнитных импульсов (ЭМИ) субнаносекундного диапазона длительностей и может быть использовано при разработке соответствующих генераторов для средств связи, радиолокации, навигации и радиоэлектронной борьбы. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614986
Дата охранного документа: 03.04.2017
26.08.2017
№217.015.db8d

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к области высокочастотной техники. Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, образованную электродами - полым катодом и анодом, к электродам камеры подключены источник питания и электрическая нагрузка, к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624000
Дата охранного документа: 30.06.2017
13.02.2018
№218.016.2587

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций относится к плазмохимии, к синтезу озона и окислов азота из атмосферного воздуха, смеси кислорода с азотом с помощью барьерного разряда и может найти применение в научных исследованиях и медицине. Разрядная камера включает два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642798
Дата охранного документа: 26.01.2018
17.02.2018
№218.016.2e14

Система корректировки траекторий потока заряженных частиц

Изобретение относится к области ускорительной техники, физике плазмы, а именно к устройствам корректировки траекторий потоков заряженных частиц, и может быть использовано в атомной физике, медицине, химии, физике твердого тела. Система корректировки траекторий потока заряженных частиц содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643507
Дата охранного документа: 02.02.2018
10.05.2018
№218.016.4aa0

Генератор высокочастотных импульсов на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к области высокочастотной техники и может быть использовано при создании генераторов высокочастотного (ВЧ) излучения. Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, образованную целым катодом и анодом, к электродам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651580
Дата охранного документа: 23.04.2018
10.05.2018
№218.016.4b6c

Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к высоковольтным импульсным источникам электропитания сверхвысокочастотных (СВЧ) прямопролетных генераторов и усилителей. Высоковольтная система электропитания сверхвысокочастотного генератора клистронного типа с рекуперацией энергии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651578
Дата охранного документа: 23.04.2018
29.05.2018
№218.016.5883

Ускоритель электронов на основе сегнетоэлектрического плазменного катода

Изобретение относится к ускорителю электронов на основе сегнетоэлектрического плазменного (СЭП) катода. В предложенном ускорителе накопитель энергии совместно с формирователем импульса выполнен в виде формирующей линии, состоящей из n+1, где n - натуральное число отрезков однородных линий с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653505
Дата охранного документа: 10.05.2018
08.07.2018
№218.016.6dd4

Система импульсно-периодической зарядки

Система импульсно-периодической зарядки (СИЗ) с промежуточным емкостным накопителем относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе. Система импульсно-периодической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660171
Дата охранного документа: 05.07.2018
+ добавить свой РИД