Раздельное питание коллектора и резонаторов клистрона с поддержанием положительного потенциала коллектора

Устройство относится к области электротехники и может использоваться для питания пролетных клистронов в радиолокационной и радиопередающей аппаратуре и установках для ядерных исследований.

Полезная модель позволяет сократить суммарную емкость и массу высоковольтных накопителей и повысить срок службы клистрона.

1. Устройство, состоящее из включенных последовательно высоковольтных источников питания 1 и 2, общие выходы которых соединены с корпусом 3, накопителем 4, газовым разрядником 5, средней точкой резистивного делителя из резисторов 6 и 7 и резонаторами 8 клистрона 9, другой выход источника 1 подсоединен ко второму выводу резистора 7, токоограничивающему резистору 10, другой вывод которого подсоединен к катоду 11 клистрона, второму выводу накопителя 4 и накопителю 12, второй конец которого подключен ко второму выходу источника 2, второму контакту газового разрядника 5, второму выводу резистора 6 и коллектору 13 клистрона. Схема представлена на фигуре 1.

2. Устройство по п. 1, с включенным параллельно источнику 2 защитным конденсатором 14.

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться для питания пролетных клистронов в радиолокационной и радиопередающей аппаратуре и установках для ядерных исследований.

Известна схема высоковольтного питания пролетного клистрона, включающая в себя высоковольтный источник и накопитель, включенные между катодом и резонаторами с коллектором, имеющими потенциал корпуса (R.L. Cassel, М.N Nguyen. A Unique Power Supply for the PEP II Klystron at SLAC. Presented at the IEEE Particle Accelerator Conference: Accelerator Science, Technology and Applications, Vancouver, B.C., Canada, 5/12/97-5/16/97). Недостатком такой схемы является необходимость в использовании высоковольтного накопителя большой емкости в случае работы клистрона в режиме длинного импульса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система высоковольтного питания пролетного клистрона с коллектором, имеющим режим рекуперации, включающая в себя два или более высоковольтных накопителя с источниками питания, один из накопителей с соответствующим источником питания включен между катодом клистрона и резонаторами, имеющими потенциал корпуса, а другие, один или несколько накопителей с источниками - между катодом и одной или несколькими секциями коллектора, имеющими потенциал ниже потенциала корпуса (US 3644778, опубл. 1972.02.22). Достоинством такой схемы является повышенный КПД, обусловленный рекуперативным торможением электронов, и, как следствие, уменьшение рассеиваемого в коллекторе тепла. Недостатками такой схемы являются сложная система высоковольтного питания, применимая только к клистронам с коллектором специальной конструкции, а также необходимость поддержания потенциалов секций коллектора в относительно узком диапазоне напряжений, так как в противном случае отраженные от коллектора электроны повысят ток резонаторов. Соответственно в представленной схеме также требуется использование накопителей относительно большой емкости, что в целом не обеспечивает уменьшения суммарной емкости накопителей при длинном импульсе.

Цель - уменьшение емкости накопителя или накопителей и улучшение массогабаритных характеристик системы высоковольтного питания клистрона при сохранении универсальности применения к любым мощным пролетным клистронам при длинных импульсах.

Поставленная цель достигается тем, что потенциал коллектора поддерживается положительным относительно резонаторов, что допускает изменение потенциала коллектора от нуля до максимального, которое может обеспечить конструкция коллектора клистрона, благодаря чему возрастает допустимое падение напряжения во время длинного импульса и становится возможным применение в цепи катод-коллектор накопителя меньшей емкости и массы, а в цепи катод-резонаторы, ввиду того что ток резонаторов обычно на порядок меньше тока коллектора требуемая величина емкости накопителя имеет практически то же значение, что и в цепи катод-коллектор. При такой конфигурации высоковольтного питания клистрона общая требуемая емкость накопителей при длительности импульсов t_и=100 мкс снижается не менее чем в 3 раза, что обеспечивает уменьшение запасаемой в них энергии, часть которой может выделиться при пробое в клистроне, а также снижение тока резонаторов, и тем самым, увеличивает срок службы клистрона.

1. Включенные последовательно высоковольтные источники питания 1 и 2, общие выходы которых соединены с корпусом 3, накопителем 4, газовым разрядником 5, средней точкой резистивного делителя из резисторов 6 и 7 и резонаторами 8 клистрона 9, другой выход источника 1 подсоединен ко второму выводу резистора 7, токоограничивающему резистору 10, другой вывод которого подсоединен к катоду 11 клистрона, второму выводу накопителя 4 и накопителю 12, второй конец которого подключен ко второму выходу источника 2, второму контакту газового разрядника 5, второму выводу резистора 6 и коллектору 13 клистрона. Схема представлена на фигуре 1.

2. Устройство по п. 1, с включенным параллельно источнику 2 защитным конденсатором 14.

Предлагаемая система высоковольтного питания клистрона работает следующим образом.

1. На источники питания 1 и 2 подается первичная сеть, источники осуществляют заряд накопителей 4 и 12, при этом напряжение на накопителе 4 равно требуемой разности потенциалов между катодом 11 и резонаторами 8 клистрона 9 с корпусом 3, а напряжение на накопителе 12 превышает напряжение на накопителе 4 на величину, лежащую в диапазоне от нуля до максимально допустимого между коллектором 13 и резонаторами 8 клистрона. Соответственно источник 1 рассчитан на полный ток катода, а источник 2 на ток коллектора. В случае пробоя клистрона защита обеспечивается газовым разрядником 5. Для ограничения тока катода клистрона при его пробое катод 11 подключен к высоковольтным накопителям 4 и 12 через токоограничивающий резистор 10. С целью разряда накопителей 4 и 12 при выключении питания параллельно накопителям установлен резистивный делитель 6, 7. Емкость накопителя 4 определяется исходя из допустимого спада амплитуды ВЧ сигнала за время импульса, его длительности и тока резонаторов, емкость накопителя 12 определяется током коллектора, длительностью импульса и выбранным допустимом спадом напряжения коллектора.

2. Устройство по п. 1, в котором для предотвращения бросков напряжения при заряде и разряде накопителя 12, а также в случае пробоя клистрона, между коллектором 13 и корпусом 3 установлен дополнительный защитный конденсатор 14, емкостью на порядок меньше накопителя 12.

1. Устройство, состоящее из включенных последовательно высоковольтных источников питания, общие выходы которых соединены с корпусом, резонаторами клистрона, накопителем цепи катод-резонаторы, газовым разрядником, и средней точкой резистивного делителя, другой выход первого источника подсоединён к одному из концов резистивного делителя, токоограничивающему резистору, другой вывод которого подсоединён к катоду клистрона, второму выводу накопителя цепи катод-резонаторы и накопителю цепи катод-коллектор, второй конец которого подключен ко второму выходу второго источника, второму контакту газового разрядника, второму концу резистивного делителя и коллектору клистрона.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между коллектором и резонаторами клистрона включен дополнительный защитный конденсатор.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что суммарная величина ёмкости накопителей цепей катод-коллектор и катод-резонаторы для обеспечения требования: Е_{(КТ-РЕЗ)}0,01Е_{(КТ-РЕЗ)} за t_ИМП=100 мкс, может быть, по крайней мере, не менее чем в 3 раза меньше, чем для системы питания клистрона с общим коллектором и резонатором.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что суммарная величина энергии в емкостных накопителях цепей катод-коллектор и катод-резонаторы при обеспечении требования Е_{(КТ-РЕЗ)}0,01Е_{(КТ-РЕЗ)} за t_ИМП=100 мкс, может быть, по крайней мере, не менее чем в 2,5 раза меньше, чем для системы питания клистрона с общим коллектором и резонатором.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел защиты для обеспечения защиты клистрона при его аварийных режимах может быть выполнен проще по схеме, рассчитанной на перехват или блокирование энергии емкостных накопителей, по крайней мере, не менее чем в 2,5 раза меньше.