Голеніцкій І. І., Духін Н. Г. Федеральне державне унітарне підприємство НВП «Исток» 141190, Московська область, м. Фрязіно, Вокзальна 2а, Росія Fax: (095) 46 58 686; e-mail: istkor@elnet.msk. ru

Рис. 1. Розрахункова область ЕОС (1/2 системи).

Анотація – Наведено результати моделювання системи формування 36-променевого електронного потоку для мініатюрної «прозорою» ЛБВ з МФС на постійних магнітах Досліджено фізична природа обмеження токопрохождения багатопроменевого потоку крізь тонкі (0.4 мм) прогонові канали, пов’язана з поперечною складовою магнітного поля в межполюсном зазорі МФС. Шляхом оптимізації МФС визначені умови ефективного придушення поперечної складової для досягнення повного токопрохождения на колектор.

I. Вступ

Можливість багаторазового збільшення перші-АНСА багатопроменевих потоків в порівнянні з однопроменевими поклала початок розвитку нового перспективного напряму в електровакуумному приладобудуванні, пов’язаного зі створенням цілого класу багатопроменевих ЕВП СВЧ різного застосування, з різним рівнем вихідної потужності в широкому частотному діапазоні [1].

ЕОС багатопроменевих ЕВП СВЧ в силу своїх конструктивних особливостей відрізняються асиметрією в розташуванні парціальних променів і магнітних мас МФС щодо загальної осі приладу і їх адекватне математичне опис можливо тільки за допомогою більш точних, але в той же час більш трудомістких і недостатньо апробованих тривимірних математичних моделей. Тому протягом тривалого періоду при проектуванні багатопроменевих ЕОС обмежувалися застосуванням спрощених, але оперативних методів розрахунку, заснованих на двовимірних моделях ЕОС та МФС та електронного потоку [2, 3]. На сучасному етапі розвитку технологій комп’ютерного моделювання фізичних процесів в ЕВП СВЧ відкрилася перспектива більш глибокого дослідження і проектування багатопроменевих ЕОС на основі тривимірних моделей [4].

Fig. 3. Distribution of B±=V(Bx2+By2) at the z=8.3mm plane (a), and |B| distribution at a cathode magnetic pole (b)

Нижче наводяться результати тривимірного розрахунку багатопроменевої ЕОС мініатюрної ЛБВ [5].

II. Результати розрахунку

Puc. 3. Розподіл модуля поперечної складової індукції поля в площині z = 8.3 (а); модуля індукції поля (Ь) в отворах пн

багатопроменева ЕОС являє собою електронну гармату з плоским катодом і 36-і емітерами діаметром 0.3 мм, центри яких розташовані на трьох концентричних кіл з діаметрами 0.5, 1 і 1.5 мм Соосно емітера на невеликій відстані від катода (~ 0.1 мм) розташовується тонкий (~ 0.1 мм) фокусуючий (він же керуючий), ізольований від катода електрод під невеликим позитивним потенціалом 60 В. Потенціал анода 2300 В, струм пучка 300 мА. В анодному блоці виконаний ряд співвісних прогонових каналів діаметром 0.4 мм. Для підвищення технічного ККД багатопроменевої «прозорою» ЛБВ колектор ізольований від анодного блоку для рекуперації залишкової енергії потоку і має потенціал близько 1300 В. Загальний вид ЕОС представлений на Рис.1.

Fig. 1. Calculated area of the electron-optical system (1A of the total system)

Рис.2 Розрахункова область МФС (1/4 системи).

Fig. 2. Calculated area of the magnetic system (% of the total system).

Fig. 4. Field distribution along the axis of a partial channel 1 for B1 and Bz

Для фокусування потоку використовується МФС на постійних магнітах (Рис.2.) Магніти у вигляді прямокутних брусків намагнічені в поперечному напрямку і розташовуються на двох протилежних поверхнях катодного (ПН) і колекторного (КП) полюсних наконечників, що обумовлено необхідністю розміщення вузлів вводу-виводу енергії ВЧ-поля .. Протяжність межполюсного зазору дорівнює 27 мм; поперечні розміри ПН і КП – 30×30 мм2; Розміри магнітів першого ряду – 30x30x10 мм; другого ряду – 30x30x5 мм3. Розмір зовнішнього муздрамтеатру-64x25x8 мм33.

Розрахунок МФС з урахуванням нелінійних властивостей матеріалів (ВН-кривих для магніту КС-25 і стали «арм-ко») показав, що асиметрія розташування магнітних мас є причиною появи азимутальної неоднорідності магнітного поля в області проходження парціальних пучків.

Максимальна індукція поля має місце в перемичках між отворами (Ріс.З) і по перетину зовнішнього муздрамтеатру.

Поздовжня компонента поля практично однакова для всіх прогонових каналів. В центрі робочого зазору зазвичай має місце незначний провал, а в областях гармати і колектора – характерне поле розсіювання протилежного напрямку (Мал. 4). Поперечна складова має місце не тільки в отворах ПН і КП, як це прийнято вважати за аналогією з МС соленоідального типу, але і в робочому зазорі між катодним і колекторним ПН (Рис.4). Вплив її на парціальні пучки значно сильніше, ніж в отворах ПН і КП, завдяки більшому часу прольоту електронів в межпо-люсном зазорі .. Вектор поперечної складової поля змінює свій напрямок на 180 ° в середині межполюсого зазору. Максимальна величина його має місце в прогонових каналах зовнішнього ряду, розташованих в тому напрямку, де відсутні магнітні маси. Саме в цих отворах на середині каналів має місце максимальний поперечний дрейф центрів парціальних пучків, напрям якого приблизно збігається з напрямком вектора поперечної складової поля (Рис.5).

Рис. 5. Проекції траєкторій периферійних парціальних пучків на меридіональному площину.

Рис. 4. Розподіл вздовж осі парціального каналу № 1 поздовжньої (а) і поперечної (б) складових індукції поля.

Fig. 5. View of electron trajectories projected on a YOZ coordinate plane

Під впливом поперечної складової поля центр парціального пучка дрейфує на першій половині межполюсного зазору до стінки пролітного каналу, так що в деякій мірі умовне заповнення пучком пролітного каналу досягає ~ 0.8. На другій половині шляху центр пучка повторює свій рух вже в зворотному напрямку, повертаючись в центр каналу, але з розмитим поперечним перерізом.

Близьке до симетричного (щодо осі парціального каналу) розподіл щільності струму по перетину пучка зберігається на відносно короткому початковій ділянці області дрейфу. В середині межполюсного зазору має місце максимальне видалення центру пучка від осі каналу і асиметричний розподіл щільності струму по перетину (Рис.6).

У колекторної області багатопроменевої потік починає обертатися як єдине ціле щодо осі під дією симетричного відносно осі МС поля розсіювання. (Рис.7) Максимальна величина щільності струму 0.34 А / см2 (Питомої потужності 442 Вт / см2) Має місце на початковій ділянці колектора. На дні колектора вони відповідно зростають до 0.5 А / см2 і 650 Вт / см2 (Мал. 8).

III.                                      Висновок

Принциповою особливістю практично всіх систем формування багатопроменевих електронних потоків в ЕВП СВЧ є присутність попереч-ної складової електричних і магнітних полів в області проходження парціальних пучків .. На основі розглянутого в даній роботі методу, в якому використовуються тривимірних моделі потоку і МФС, показана можливість зменшення обурює впливу на парціальні пучки поперечних складових електричних і магнітних полів шляхом оптимізації параметрів ЕОС та МФС. Аналогічний підхід представляється пполезним при проектування електронно-оптичних систем широкого класу багатопроменевих ЕВП СВЧ з малими втратами струму в резонатора системі і високим рівнем середньої потужності.

IV. Список літератури

1. А. N. Korolev, S. A. Zaitsev, 1.1. Golenitskij, etc. Traditonal and Novel Vacuum Electron Devices. lEEEtrans. Electron Devices, vol.48, pp.2929-2937

2. Розвиток теорії та проектування НВЧ електровакуумних приладів / В. Г. Бороденко, І. М. Блейвас,

А. В. Галдецька, І. І. Голеніцкій та ін / / Електронна техніка. Сер. 1, СВЧ-техніка. 1995. Вип.1 (465). С.45-77.

3. Програма для моделювання осесіммет-ковий і плоских електронно-оптичних систем. / І. І. Голеніцкій, Т. П. Кущевська, С. А. Румянцев / / Електронна техніка. Сер.1. СВЧ-техніка. 2001. Вип.2. (478). С.65-70.

4. /. I. Golenitskij, N. G. Dukhina, Є. I. Kanevsky. A comprehensive computation of 3D optoelectronic and magnetic focusing systems. Electron. Techn., Ser.1, no. 2. pp.40-46, 2003, Elec-tronica SVCH.

5. В. V. Sazonov, A. S. Pobedonostsev. Multi-beam “transparent” TWTs amplifying chains on their basis. Electron. Techn., Ser.1, no. 2. pp.5-8, 2003, Electronica SVCH.

SIMULATING A MULTIBEAM ELECTRON-OPTICAL SYSTEM OF A ‘TRANSPARENT’ MINI-TWT

Golenitskiy I. I. , Dukhina N. G.

‘RPC istok’ Federal State-Owned Unitary Enterprise 2a Vokzalnaya St., Fryazino,

Moscow Region, Russia, 141190 Fax: (095) 4658686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Рис. 8. Розподіл щільності струму на колекторі.

Fig. 8. Current density distribution at a collector

Abstract — The results of simulating a 36-beam electron stream shaping system for a ‘transparent’ mini-TWT built on permanent magnets are presented. The physical nature of limitations on the multibeam electron stream transmission through thin (0.4mm) transit channels has been studied. The level of the stream transmission is determined by the amplitude of the magnetic field transversal component in a gap between the poles of a magnetic system. Optimization criteria for such magnetic systems are proposed. A complete delivery of the multibeam stream to the collector is provided.

Рис. 6. Розподіл щільності струму по перетину парціального пучка.

Fig. 6. Current density distribution along a transversal stream section

Puc. 7. Загальний вид траєкторій багатопроменевого потоку в просторі від катода до колектора

(а) і у катода (Ь).

Fig. 7. A general view of electron trajectories between cathode and collector (a) and at a cathode (b)

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»