многолучевой электровакуумный свч-прибор о-типа

Формула изобретения

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 _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.

Описание изобретения к патенту

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, _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, _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_2m на азимутальное направление магнитной индукции , созданной током m-го канала, расположенного на расстоянии r_m от q-го парциального потока. _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 _i. Для снижения динамического токооседания оси парциальных каналов должны быть развернуты в пространстве на тот же угол _i, так что центр каждого парциального канала в выходном сечении смещен в азимутальном направлении на величину _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 в тесла, магнитная проницаемость свободного пространства _o= 410^-7 Гн/м.

Азимутальная компонента поля B в точке q (фиг. 3) на радиусе R_i складывается из поля B₁, созданного суммарным током пучков, размещенных внутри окружности радиуса R_i, и поля B₂₁, 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 B₂ 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 и В_z вычисляется угол закручивания

(5)

и линейное смещение _i центра потока в азимутальном направлении на длине канала L:

(6)

Величины L и R_i должны быть выражены в одинаковых единицах, смещение _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 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 _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). 1