RU206633U1

RU206633U1 - MAGNETIC FOCUSING SYSTEM

Info

Publication number: RU206633U1
Application number: RU2021106644U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Галдецкий; Евгения Александровна Богомолова; Ирина Петровна Натура; Григорий Валентинович Бакунин
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-09-20

Abstract

Полезная модель относится к электронным СВЧ-приборам О-типа, в частности к магнитным фокусирующим системам с однородным полем для фокусировки протяженных электронных потоков, выполненным на основе постоянных магнитов.Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение однородности магнитного поля в рабочем зазоре, что позволяет достичь высокого токопрохождения во всей рабочей полосе частот и повысить уровень выходной мощности ЛБВ при хороших условиях по тепловому режиму прибора.Технический результат достигается тем, что магнитная фокусирующая система состоит из секций, имеющих разную магнитную полярность внутренних поверхностей соседних секций и заключенных в общую обойму из магнитомягкого материала. Система выполнена из трех секций, в первой и последней секциях расположены кольцевые магниты с радиальной намагниченностью, а центральная секция имеет, по крайней мере, один кольцевой магнит с продольной намагниченностью. 2 ил.The utility model relates to O-type electronic microwave devices, in particular to magnetic focusing systems with a uniform field for focusing extended electron beams, made on the basis of permanent magnets. The technical result of the proposed utility model is to increase the uniformity of the magnetic field in the working gap, which makes it possible to achieve high current transmission in the entire operating frequency band and increase the output power of the TWT under good conditions for the thermal regime of the device. The technical result is achieved by the fact that the magnetic focusing system consists of sections with different magnetic polarity of the inner surfaces of adjacent sections and enclosed in a common cage made of magnetically soft material ... The system is made of three sections, in the first and last sections there are annular magnets with radial magnetization, and the central section has at least one annular magnet with longitudinal magnetization. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электронным СВЧ-приборам О-типа, в частности к магнитным фокусирующим системам с однородным полем для фокусировки протяженных электронных потоков, выполненным на основе постоянных магнитов.The useful model relates to O-type electronic microwave devices, in particular, to magnetic focusing systems with a uniform field for focusing extended electron beams, made on the basis of permanent magnets.

Известна магнитная фокусирующая система, которая состоит из двух, соединенных цилиндрическим магнитопроводом, радиально намагниченных обойм, каждая из которых состоит из пары полуобойм. Полуобоймы заполнены магнитами призматической формы. Магниты в полуобойме расположены в виде четырех спиц, закрепленных с помощью эпоксидного компаунда. [Б.В. Сазонов, А.С. Победоносцев Многолучевые многорежимные «прозрачные» ЛБВ и усилительные цепочки на их основе // Электронная техника, Сер. СВЧ-техника, вып. 2(482), 2003. С. 5-8].Known magnetic focusing system, which consists of two, connected by a cylindrical magnetic circuit, radially magnetized clips, each of which consists of a pair of half clips. Semi-holders are filled with prismatic magnets. The magnets in the half-ring are arranged in the form of four spokes fixed with an epoxy compound. [B.V. Sazonov, A.S. Pobedonostsev Multi-beam multi-mode "transparent" TWT and amplifying chains based on them // Electronic engineering, Ser. Microwave technology, vol. 2 (482), 2003. S. 5-8].

В известной магнитной фокусирующей системе недостатком является неоптимальный с точки зрения заполнения объем обоймы магнитным веществом, введение в рабочий зазор специальных устройств выпрямителей поля, усложняющих прибор. Данная конструкция обеспечивает однородность магнитного поля около 26%, что приводит к значительным величинам поперечных составляющих магнитного поля, что обуславливает заметное токооседание в многолучевых ЛБВ.In the known magnetic focusing system, the disadvantage is the suboptimal volume of the cage with a magnetic substance from the point of view of filling it, the introduction of special field rectifier devices into the working gap, which complicate the device. This design provides a uniformity of the magnetic field of about 26%, which leads to significant values of the transverse components of the magnetic field, which causes a noticeable current subsidence in multi-beam TWTs.

Известна также магнитная фокусирующая система, содержащая магниты, расположенные на одной оси и обойму из магнитомягкого материала. Преимущество этой магнитной системы заключается в ее компактности и хорошей экранировки внешних и собственных магнитных полей. [Авторское свидетельство №533997, МПК H01J 23/0 8// H01J 25/34].Also known is a magnetic focusing system containing magnets located on one axis and a cage of soft magnetic material. The advantage of this magnetic system is its compactness and good shielding of external and intrinsic magnetic fields. [Copyright certificate No. 533997, IPC H01J 23/0 8 // H01J 25/34].

Однако использование такой магнитной системы для фокусировки электронных потоков в приборах О-типа, в частности для малошумящих ЛБВ, является затруднительным вследствие того, что часть секции, расположенная вблизи рабочего зазора системы, вызывает увеличение поперечных составляющих вектора магнитной индукции из-за близости его к рабочему зазору и неоднородности материала обоймы, что ухудшает фокусирующие свойства системы.However, the use of such a magnetic system for focusing electron beams in O-type devices, in particular for low-noise TWTs, is difficult due to the fact that the part of the section located near the working gap of the system causes an increase in the transverse components of the magnetic induction vector due to its proximity to the working gap and inhomogeneity of the material of the cage, which deteriorates the focusing properties of the system.

Известна также магнитная фокусирующая система с однонаправленным фокусирующим магнитным полем, состоящая из радиально намагниченных с осевым сечением, уменьшающимся в нейтрали системы магнитов, соединенных магнитопроводом, расположенным снаружи магнитной системы. [Патент ФРГ №1298, 646, кл. 21 13/17, 1969].Also known is a magnetic focusing system with a unidirectional focusing magnetic field, consisting of radially magnetized with an axial cross-section, decreasing in the neutral, a system of magnets connected by a magnetic circuit located outside the magnetic system. [Federal Republic of Germany patent No. 1298, 646, cl. 21 13/17, 1969].

Недостатки этой магнитной системы следующие: часть магнитов системы, удаленная от осевого канала, используется неэффективно, прямоугольный в осевом сечении магнитопровод системы имеет повышенные габариты, так как и концевые и центральная его части выполнены с одинаковым сечением.The disadvantages of this magnetic system are as follows: a part of the system's magnets, remote from the axial channel, is used ineffectively; the system's magnetic circuit, rectangular in axial section, has increased dimensions, since both its end and central parts are made with the same cross section.

Наиболее близкой к предлагаемой магнитной фокусирующей системе является магнитная фокусирующая система с однородным полем (прототип) [Авторское свидетельство №342246, МПК H01J 23/08].Closest to the proposed magnetic focusing system is a magnetic focusing system with a uniform field (prototype) [Copyright certificate No. 342246, IPC H01J 23/08].

Магнитная фокусирующая система состоит из двух секций. Каждая секция содержит кольцевой магнит и кольцевые сектора, намагниченные радиально. Секции размещаются рядом друг с другом, причем полярности внутренних поверхностей соседних секций различны. Секции заключены в обойму из магнитомягкого материала. Однородное магнитное поле получают путем использования кольцевых секторов с различными центральными углами, причем чем ближе к середине системы, тем меньший центральный угол имеют кольцевые сектора.The magnetic focusing system consists of two sections. Each section contains an annular magnet and annular sectors, radially magnetized. The sections are placed next to each other, and the polarities of the inner surfaces of adjacent sections are different. The sections are enclosed in a cage made of soft magnetic material. A uniform magnetic field is obtained by using annular sectors with different central angles, and the closer to the middle of the system, the smaller the central angle of the annular sectors.

Недостатком такой системы является применение многослойных или однослойных массивных магнитов вдоль всего рабочего зазора, что увеличивает массогабаритные размеры всей системы. Настройка данной магнитной системы затруднительна из-за наличия кольцевых секторов, влияющих на уровень магнитного поля в рабочем зазоре. А также трудно контролировать однородность их намагниченности в каждой секции.The disadvantage of such a system is the use of multilayer or single-layer massive magnets along the entire working gap, which increases the weight and dimensions of the entire system. Tuning of this magnetic system is difficult due to the presence of annular sectors that affect the level of the magnetic field in the working gap. It is also difficult to control the uniformity of their magnetization in each section.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение однородности магнитного поля в рабочем зазоре, что позволяет достичь высокого токопрохождения во всей рабочей полосе частот и повысить уровень выходной мощности ЛБВ при хороших условиях по тепловому режиму прибора.The technical result of the proposed utility model is to increase the uniformity of the magnetic field in the working gap, which makes it possible to achieve a high current transmission in the entire working frequency band and to increase the output power level of the TWT under good thermal conditions of the device.

Технический результат достигается тем, что магнитная фокусирующая система состоит из секций, имеющих разную магнитную полярность внутренних поверхностей соседних секций и заключенных в общую обойму из магнитомягкого материала. Система выполнена из трех секций, в первой и последней секциях расположены кольцевые магниты с радиальной намагниченностью, а центральная секция имеет, по крайней мере, один кольцевой магнит с продольной намагниченностью.The technical result is achieved in that the magnetic focusing system consists of sections with different magnetic polarity of the inner surfaces of adjacent sections and enclosed in a common cage of soft magnetic material. The system is made of three sections, in the first and last sections there are annular magnets with radial magnetization, and the central section has at least one annular magnet with longitudinal magnetization.

Наличие трех секций с разной намагниченностью увеличивает однородность магнитного поля при сохранении габаритов всей системы.The presence of three sections with different magnetization increases the uniformity of the magnetic field while maintaining the dimensions of the entire system.

Центральная секция с кольцевым магнитом уменьшает поперечные составляющие вектора магнитной индукции в рабочем зазоре, улучшая фокусирующие свойства системы. Это в свою очередь позволяет повысить уровень выходной мощности ЛБВ и устранить токооседание на внутреннюю поверхность пролетного канала, обеспечивая надежную работу прибора по тепловому режиму.The central section with a ring magnet reduces the transverse components of the magnetic induction vector in the working gap, improving the focusing properties of the system. This, in turn, makes it possible to increase the TWT output power level and eliminate the current subsidence on the inner surface of the flight channel, ensuring reliable operation of the device in terms of thermal conditions.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемой магнитной фокусирующей системы, гдеFIG. 1 shows a block diagram of the proposed magnetic focusing system, where

первая секция 1,first section 1,

последняя секция 2,last section 2,

центральная секция 3,central section 3,

общая обойма 4,general clip 4,

кольцевой магнит 5,ring magnet 5,

центральный кольцевой магнит 6,central ring magnet 6,

рабочий зазор 7.working clearance 7.

На фиг. 2 представлен экспериментальный график распределения магнитного поля на оси рабочего зазора, где: В - индукция магнитного поля, в Тл.FIG. 2 shows an experimental graph of the magnetic field distribution on the axis of the working gap, where: B is the magnetic field induction, in T.

ПримерExample

Магнитная фокусирующая система состоит из трех секций 1, 2, 3, соединенных общей обоймой 4 из стали «Армко». Первая секция 1 содержит кольцевой магнит 5. Последняя секция 2 содержит кольцевой магнит 5. Кольцевой магнит 5 выполнен из сплава самарий-кобальт размером: наружный диаметр 93 мм, внутренний диаметр 53 мм, толщина 43 мм. Кольцевой магнит 5 намагничен радиально, так что внутренняя поверхность имеет одну полярность, а наружная другую. Секции 1 и 2 имеют разную полярность внутренней поверхности кольцевого магнита 5. Центральная секция 3 имеет центральный кольцевой магнит 6 из сплава самарий-кобальт размером: наружный диаметр 105 мм, внутренний диаметр 58 мм, толщина 37 мм, намагниченный продольно. Расстояние между кольцевым магнитом 5 первой секции 1 и центральным кольцевым магнитом 6 составляет 11 мм. Расстояние между кольцевым магнитом 5 последней секции 2 и центральным кольцевым магнитом 6 составляет 17 мм. Уровень магнитного фокусирующего поля во всем рабочем зазоре 7 определяется параметрами радиально намагниченных кольцевых магнитов 5. В рабочем зазоре 7, образованном секциями 1, 2, 3 размещены электродинамические системы прибора О-типа.The magnetic focusing system consists of three sections 1, 2, 3, connected by a common clip 4 made of Armco steel. The first section 1 contains a ring magnet 5. The last section 2 contains a ring magnet 5. The ring magnet 5 is made of a samarium-cobalt alloy with dimensions: outer diameter 93 mm, inner diameter 53 mm, thickness 43 mm. The ring magnet 5 is radially magnetized so that the inner surface has one polarity and the outer surface the other. Sections 1 and 2 have different polarities of the inner surface of the ring magnet 5. The central section 3 has a central ring magnet 6 made of samarium-cobalt alloy with dimensions: outer diameter 105 mm, inner diameter 58 mm, thickness 37 mm, magnetized longitudinally. The distance between the ring magnet 5 of the first section 1 and the central ring magnet 6 is 11 mm. The distance between the ring magnet 5 of the last section 2 and the central ring magnet 6 is 17 mm. The level of the magnetic focusing field in the entire working gap 7 is determined by the parameters of the radially magnetized ring magnets 5. In the working gap 7 formed by sections 1, 2, 3 there are electrodynamic systems of the O-type device.

Предлагаемая магнитная фокусирующая система работает следующим образом. Магнитные потоки, создаваемые кольцевыми магнитами 5, замыкаются через обойму 4 и рабочий зазор 7. В рабочем зазоре 7 формируется постоянное магнитное поле с требуемыми характеристиками (см. фиг. 2). Уровень магнитного фокусирующего поля во всем рабочем зазоре 7 определяется параметрами радиально намагниченных кольцевых магнитов 5. Центральный кольцевой магнит 6 в центральной секции 3 увеличивает интенсивность магнитного потока в центральной части рабочего зазора 7, что увеличивает однородность и уменьшает поперечные компоненты магнитного поля (см. фиг. 2). При движении электронного пучка в пролетном канале электродинамической системы, поперечные компоненты магнитного поля будут слабо влиять на траектории движения заряженных частиц, обеспечивая условия для уменьшения токооседания на пролетный канал. Снижение же токооседания существенно уменьшает тепловую нагрузку на электродинамическую систему.The proposed magnetic focusing system works as follows. The magnetic fluxes generated by the ring magnets 5 are closed through the cage 4 and the working gap 7. A constant magnetic field with the required characteristics is formed in the working gap 7 (see Fig. 2). The level of the magnetic focusing field in the entire working gap 7 is determined by the parameters of the radially magnetized ring magnets 5. The central ring magnet 6 in the central section 3 increases the intensity of the magnetic flux in the central part of the working gap 7, which increases the uniformity and reduces the transverse components of the magnetic field (see Fig. 2). When the electron beam moves in the transit channel of the electrodynamic system, the transverse components of the magnetic field will have little effect on the trajectories of charged particles, providing conditions for reducing the current settling on the transit channel. Reducing the current subsidence significantly reduces the thermal load on the electrodynamic system.

Предлагаемая конструкция магнитной фокусирующей системы позволяет за счет введения центральной секции увеличить однородность магнитного поля в рабочем зазоре. Экспериментально полученное распределение магнитного поля на оси системы представлено на фиг. 2. Таким образом, использование данной конструкции позволяет улучшить выходные и эксплуатационные параметры СВЧ-приборов, особенно многолучевых ЛБВ, а также повысить их надежность.The proposed design of the magnetic focusing system allows, due to the introduction of the central section, to increase the uniformity of the magnetic field in the working gap. The experimentally obtained distribution of the magnetic field on the axis of the system is shown in Fig. 2. Thus, the use of this design makes it possible to improve the output and operational parameters of microwave devices, especially multi-beam TWTs, and also to increase their reliability.

Claims

A magnetic focusing system consisting of sections with different magnetic polarities of the inner surfaces of adjacent sections and enclosed in a common cage made of soft magnetic material, characterized in that the system is made of three sections, in the first and last sections there are ring magnets with radial magnetization, and the central section has at least one ring magnet with longitudinal magnetization.