Loading…
Tentative designs for X- and W-band klystrons with corkscrew-modulated hollow electron beam
Nie, Jiwei
Klystrons employing a hollow beam provides much higher RF power, compared to solid state amplifiers and compared to klystrons employing a pencil beam. This is the most important reason for the development of klystrons employing a hollow beam. This paper presents tentative designs for X-band and W-band klystrons with corkscrew-modulated hollow electron beam. The X-band TM110-mode klystron operates in a frequency of 10 GHz and achieves 500 kW output power without great difficulties. The power gain of the klystron is 49 dB. In the X-band klystron employing the TM310-mode the hollow beam has an initial beam power of 5 MW, while the output power reaches 3.0 MW. The proposed 3rd harmonic W-band klystron design uses an input signal of 30 GHz to realize an output signal of 90 GHz. The output power reaches 1.12 kW with the help of a penultimate cavity. The total efficiency is 10.4% with a depressed collector. The linearity of the klystron is also investigated. For the electron gun design, an electron gun with annular beam as for the X-band klystron in TM310-mode is proposed. This electron gun uses a uncompressed beam. For applications which require beam compression, a possible beam compression strategy is presented. In the investigation the hollow beam is present as continuous wave. But considering a long useful lifetime of the electron gun and better cooling of the klystron, a pulsed beam is recommended for practical applications.
Klystrons mit Hohlstrahl liefern viel höhere RF-Energie verglichen mit Halbleiterverstärkern, auch viel höhere Energie als Klystrons mit Stichstrahl. Das ist der Hauptgrund für die Forschung an Klystrons mit Hohlstrahl. Die vorliegende Arbeit stellt die Entwürfe der X-Band und W-Band Klystrons mit einem spiralförmig modulierten Strahl vor. Das X-Band TM110-mode Klystron arbeitet mit einer Frequenz von 10 GHz und erreicht eine Ausgangsleitung von 500 kW. Der Leistungsverstärkungsfaktor ist 49 dB. Ein Hohlstrahl mit 5MW Leistung im TM310-mode Klystron hat eine Ausgangsleistung von 3.0 MW. Das 3.-Ordnung-W-Band Klystron hat ein Eingangssignal von 30 GHz und realisiert ein Ausgangssignal von 90 GHz. Die Ausgangsleistung des W-Band Klystron ist 1.12kW mit Hilfe eines „Penultimate“ Resonators. Der Wirkungsgrad ist 10.4% mit Hilfe eines Kollektors. Die Linearität des Klystrons wird auch untersucht. Die Entwürfe der entsprechenden Elektronenkanonen wurden auch untersucht und präsentiert. Eine mögliche Strategie für Strahl-Kompression wird vorgestellt. In der Untersuchung wird der Hohlstrahl in Form eines kontinuierlichen Strahls realisiert. Aber für die Langlebigkeit einer Elektronenkanone und für bessere Kühlung wird für praktische Anwendungen ein gepulster Strahl empfohlen.
