ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Российский патент 1995 года по МПК H01J25/34 

Изобретение относится к электронным приборам сверхвысоких частот (СВЧ), а более конкретно к лампам бегущей волны (ЛБВ) со спиральной замедляющей системой, и может быть использовано в радиолокации, связи и других областях техники для усиления сигналов СВЧ.

Известны ЛБВ, содержащие электронную пушку, формирующую электронный поток, ввод и вывод высокочастотной энергии и спиральную замедляющую систему с изменяющимся вдоль нее шагом [1]
Такие ЛБВ не нашли широкого применения из-за плохой воспроизводимости выходных параметров, что связано со сложностью изготовления и контроля шага замедляющих систем с изменяющимся шагом, а также из-за низкой производительности этих операций.

Известны также ЛБВ, содержащие электронную пушку, формирующую электронный поток, ввод и вывод высокочастотной энергии и спиральную замедляющую систему с постоянным шагом, укрепленную между диэлектрическими стержнями, на которые нанесен поглотитель [2] ЛБВ этого типа широко применяются, так как они просты в изготовлении и имеют хорошую воспроизводимость параметров.

Однако ЛБВ с постоянным шагом спирали имеют более низкий КПД, так как скорость электронного потока в ЛБВ падает вдоль замедляющей системы, а фазовая скорость волны, распространяющейся по замедляющей системе, остается постоянной.

Кроме того, в мощных ЛБВ как с постоянным, так и с переменным шагом спирали в выходной части замедляющей системы обычно из-за сильной модуляции электронного потока существенно увеличивается оседание электронов на спираль, что приводит к дополнительному уменьшению КПД, разогреву спирали и снижению надежности ЛБВ.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД, выходной мощности и надежности ЛБВ с постоянным шагом спирали путем устранения или уменьшения различия скорости электронов и фазовой скорости высокочастотной волны и снижения токооседания в выходной части спиральной замедляющей системы.

Указанная цель достигается тем, что в ЛБВ, включающей ввод и вывод высокочастотной энергии и спиральную замедляющую систему с постоянным шагом, спиральная замедляющая система выполнена со ступенчато-переменным внутренним диаметром при постоянном наружном диаметре, причем диаметр участка спирали, примыкающего к выводу энергии, больше диаметра участка спирали, примыкающего к вводу энергии.

Ступенчатое увеличение внутреннего диаметра спирали от ввода к выводу энергии уменьшает токооседание и фазовую скорость волны в выходной части замедляющей системы, а также составляющую второй гармоники в выходном сигнале. Это приводит к повышению КПД, выходной мощности и надежности ЛБВ.

На фиг. 1 изображена предложенная ЛБВ с частичным вырезом; на фиг. 2 спиральная замедляющая система, используемая в этой ЛБВ.

Лампа бегущей волны имеет электронную пушку 1, создающую электронный поток, ввод 2 и вывод 3 высокочастотной энергии и спиральную замедляющую систему 4 с равномерным шагом, постоянным наружным диаметром и ступенчато увеличивающимся от ввода к выводу энергии внутренним диаметром, укрепленную между диэлектрическими стержнями 5, на которые нанесен поглотитель. Внутренний диаметр спирали ступенчато изменяется от d₁ со стороны электронной пушки до d_n со стороны вывода энергии, как это показано на фиг. 2. Наружный диаметр при этом остается постоянным.

Следует отметить, что повышение КПД и выходной мощности возможно и при ступенчатом наружном диаметре. Однако при этом усложняется изготовление ЛБВ и ухудшается крепление спирали в диэлектрических стержнях и теплоотвод от спирали. Таким образом, по совокупности свойств ЛБВ с постоянным наружным диаметром спирали превосходит подобную ЛБВ со ступенчатым наружным диаметром.

Количество ступеней и величины изменения диаметров зависят от характера изменения скорости электронов в конкретной ЛБВ. Как правило, достаточно иметь 2-4 ступени с общим изменением внутреннего диаметра 5-30%
Использование в ЛБВ спирали со ступенчатым изменением внутреннего диаметра на 7% при неизменном наружном диаметре спирали привело к увеличению КПД и выходной мощности на 20% и снижению уровня второй гармоники в выходном сигнале на 2-3 дБ.

Предложенная ЛБВ почти не отличается от прототипа по трудоемкости (достаточно изготовить новые керны для навивки спирали, все остальные детали, узлы и технологические операции остаются прежними).

Использование: в технике СВЧ, в частности в лампах бегущей волны (ЛБВ) со спиральной замедляющей системой. Сущность изобретения: в ЛБВ, содержащей пушку, формирующую электронный поток, ввод и вывод высокочастотной энергии и спиральную замедляющую систему с равномерным шагом, спиральная замедляющая система имеет внутренний диаметр, ступенями увеличивающийся от ввода к выводу высокочастотной энергии, при сохранении постоянным наружного диаметра спирали. 2 ил.

ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ, содержащая спиральную замедляющую систему с равномерным шагом, ввод и вывод энергии, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, выходной мощности и надежности лампы, спиральная система выполнена со ступенчато-переменным внутренним диаметром при постоянном наружном диаметре, причем диаметр участка спирали, примыкающего к выводу энергии, больше диаметра участка спирали, примыкающего к вводу энергии.