ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Российский патент 2005 года по МПК H01J25/36 

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к лампам бегущей волны.

Потребности создания новой радиоаппаратуры в коротковолновом диапазоне длин волн диктуют необходимость разработки и в этом диапазоне компактных и более мощных ламп бегущей волны (ЛБВ). При этом по возможности необходимо базироваться на существующих типах магнитных систем.

Известна ЛБВ [1] с магнитной периодической фокусирующей системой МПФС и замедляющей системой ЗС спирального типа. В этой ЛБВ МПФС состоит из магнитных колец, разделенных полюсными наконечниками. Спиральная ЗС состоит из металлической спирали, укрепленной на диэлектрических опорах-изоляторах в металлической оболочке. Использование МПФС в такой конструкции позволяет создавать компактные пакетированные ЛБВ с достаточно высокой мощностью и малой массой.

Однако система спираль-опора-оболочка рассеивает ограниченное количество тепла, выделяемого в результате потерь в спирали, опорах и на внутренней стороне оболочки, поэтому ограничена и выходная мощность такой ЛБВ.

Наиболее близким к предлагаемому решению (прототипом) является ЛБВ [2], содержащая электронную пушку, систему охлаждения, набор фрагментов из совмещенных магнитной периодической фокусирующей системы и регулярной СВЧ части замедляющей системы. Здесь используется ЗС типа цепочки связанных резонаторов. ЗС этого типа позволяет рассеивать большую мощность потерь и получать более высокую выходную мощность. Что касается МПФС, то одному ее периоду соответствуют два периода ЗС (“классическая” схема).

Однако с уменьшением длины волны период ЗС уменьшается, и при использовании такой схемы совмещения МПФС и ЗС в конструкции-прототипе сокращался бы период МПФС и убывала бы толщина магнитных колец. А это означало бы и уменьшение магнитного поля, необходимого для фокусировки более мощного электронного потока, а поэтому и невозможность повышения выходной мощности ЛБВ. Ожидать быстрого наращивания магнитной энергии фокусирующих колец за счет применения возможных новых магнитных материалов не приходится. Поэтому сокращать длину периода МПФС неприемлемо. Следовательно, в данной конструкции решить новую задачу и обеспечить повышение мощности и компактности одновременно невозможно.

Предложена лампа бегущей волны, содержащая электронную пушку, систему охлаждения, набор фрагментов из совмещенных магнитной периодической фокусирующей системы и регулярной СВЧ части замедляющей системы с пролетными трубками, разделенными зазорами, отличающаяся тем, что в каждом фрагменте, равном длине периода магнитной периодической фокусирующей системы, размещены три периода регулярной СВЧ части замедляющей системы типа “встречные штыри”, причем во всех фрагментах в первом полупериоде магнитной периодической фокусирующей системы середина магнита и середина зазора между пролетными трубками совмещены по их поперечным сечениям, а во втором полупериоде магнитной периодической фокусирующей системы середина магнита и середина пролетной трубки между двумя другими зазорами совмещены по их поперечным сечениям.

В качестве варианта предложенной конструкции представлена лампа бегущей волны, в которой все фрагменты обращены к электронной пушке первым полупериодом фрагмента, при этом применена жидкостная система охлаждения.

Предложенное изобретение позволяет повысить выходную мощность и обеспечить компактность ЛБВ в коротковолновом диапазоне длин волн при использовании хорошо освоенных в промышленности МПФС. В заявленной конструкции ЗС типа “встречные штыри” позволяет почти вдвое уменьшить ее внутренний диаметр и приблизить полюсные наконечники (и магниты) к оси лампы. Это означает, что магнитное поле, обеспечивающее фокусировку электронного потока, усиливается. Такое усиление магнитного поля позволяет фокусировать более мощный электронный поток и, в свою очередь, обеспечивать повышение выходной мощности ЛБВ. Кроме того, “сжатая” ЗС позволяет улучшить теплоотвод от ее элементов и содействовать повышению выходной мощности ЛБВ.

Каждый период МПФС включает последовательно соединенные половину полюсного наконечника, магнит (кольцо), полный полюсный наконечник, магнит (кольцо), половину полюсного наконечника. Период ЗС типа “встречные штыри” простирается от среднего поперечного сечения одной пролетной трубки до среднего поперечного сечения следующей трубки. Период МПФС и три периода ЗС составляют совмещенный фрагмент, набор которых составляет регулярные части МПФС и ЗС ЛБВ.

При предложенном совмещении в фрагменте согласованы периодичности МПФС и ЗС для коротковолнового диапазона, что позволяет при создании соответствующей ЛБВ использовать ранее разработанные надежные и достаточно компактные МПФС.

Поскольку на входе и выходе ЗС подсоединена к устройствам ввода-вывода энергии, а магнитное поле имеет в начале и в конце МПФС особенности, обуславливающие согласование с электронным потоком, то эти части ЗС и МПФС отличаются от регулярных участков ЗС и МПФС. В случае применения системы жидкостного охлаждения все фрагменты должны быть обращены к электронной пушке первым (более простым) полупериодом фрагмента.

Первый период ЗС первого полупериода фрагмента имеет больше места для размещения входной части каналов охлаждения.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено продольное сечение фрагмента предложенной ЛБВ.

На фиг.2 представлено поперечное сечение стыка второго и третьего периодов ЗС.

Предложенная ЛБВ включает в себя электронную пушку, систему охлаждения, набор фрагментов из совмещенных магнитной периодической фокусирующей системы и регулярной СВЧ части замедляющей системы. Фрагмент состоит из первого (I) и второго (II) полупериодов МПФС, содержащих магниты 1 и полюсные наконечники 2. Внутри МПФС размещены первый (III), второй (IV) и третий (V) периоды ЗС (всего три). Период ЗС содержит примыкающие половинки втулок 3 (от среднего поперечного сечения одной пролетной трубки до среднего поперечного сечения соседней пролетной трубки). Полные втулки 3 содержат пролетные трубки 4 с пролетными каналами 5 и с азимутальными щелями 6, охватывающими пролетные трубки 4 до штырей 7, каналы охлаждения и центровки (показан вариант из шести каналов). Части 4, 7 каждой целиковой втулки 3 и она сама (остальные ее части) заштрихованы в одном направлении, но для наглядности с разной частотой штриховочных линий.

В ЛБВ, состоящей из электронной пушки, входа в пролетный канал, ввода энергии, набора фрагментов регулярных частей МПФС и ЗС, вывода энергии и коллектора, электронный поток с катода “проходит” через пролетный канал до коллектора благодаря МПФС.

В каждом фрагменте магниты 1 создают от полупериода (I) к полупериоду (II) синусоидально-подобное магнитное поле, а полюсные наконечники 2 подводят его ближе к пролетным трубкам 4 с пролетными каналами 5. Электронный поток проходит через пролетные каналы 5 каждого фрагмента благодаря фокусирующему действию МПФС. Волна, бегущая в ЗС, в каждом из трех периодов (III, IV, V) фрагмента взаимодействует с электронным потоком и по мере прохождения через периоды ЗС всех фрагментов усиливается. Период ЗС является участком волновода сложного сечения и имеет штыри 7, щели 6, пролетные трубки 4 с пролетными каналами 5.

Одновременно на вход ЗС подается входная СВЧ мощность. Бегущая волна в ЗС взаимодействует с электронным потоком и усиливается, а через вывод энергии выводится в нагрузку. Неиспользованный электронный поток рассеивается в коллекторе.

Тепло, рассеиваемое в периодах ЗС во втулках 3, передается в жидкость, протекающую в каналах охлаждения, и отводится из ЗС.

Созданы экспериментальные образцы ЛБВ на основе предлагаемой конструкции. При их испытании получены ожидаемые результаты: высокая выходная мощность в коротковолновом диапазоне длин волн, стабильная работа, компактная конструкция.

Источники информации

1. Электроника (энциклопедический словарь). Раздел: Лампа бегущей волны. Изд. “Советская энциклопедия”, М., 1991, с.248.

2. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. /Под редакцией Л. Клэмпитта. М.: Мир, 1974, с.19-21 (прототип).

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к лампам бегущей волны. Лампа бегущей волны содержит электронную пушку, систему охлаждения, набор фрагментов из совмещенных элементов магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС) и регулярной СВЧ части замедляющей системы с пролетными трубками, разделенными зазорами. Лампа в каждом фрагменте имеет магниты и полюсные наконечники, там же размещены три периода регулярной СВЧ части замедляющей системы типа “встречные штыри”. Ячейки замедляющей системы имеют штыри и щели, причем во всех фрагментах в первом полупериоде МПФС середина магнита и середина зазора между пролетными трубками совмещены по их поперечным сечениям. А во втором полупериоде МПФС середина магнита и середина пролетной трубки между двумя другими зазорами совмещены по их поперечным сечениям.Техническим результатом является повышение выходной мощности лампы в коротковолновом диапазоне длин волн. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Лампа бегущей волны, содержащая электронную пушку, систему охлаждения, набор фрагментов из совмещенных магнитной периодической фокусирующей системы и регулярной СВЧ-части замедляющей системы с пролетными трубками, разделенными зазорами, отличающаяся тем, что в каждом фрагменте, равном длине периода магнитной периодической фокусирующей системы, размещены три периода регулярной СВЧ-части замедляющей системы типа “встречные штыри”, причем во всех фрагментах в первом полупериоде магнитной периодической фокусирующей системы середина магнита и середина зазора между пролетными трубками совмещены по их поперечным сечениям, а во втором полупериоде магнитной периодической фокусирующей системы середина магнита и середина пролетной трубки между двумя другими зазорами совмещены по их поперечным сечениям.2. Лампа бегущей волны по п.1, отличающаяся тем, что все фрагменты обращены к электронной пушке первым полупериодом фрагмента, при этом применена жидкостная система охлаждения.