ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Российский патент 2005 года по МПК H01J25/34 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к лампам бегущей волны (ЛБВ). Изобретение касается ламп с замедляющей системой типа цепочки связанных резонаторов и электростатической периодической фокусирующей системой. Это изобретение может быть использовано для разработки мощных непрерывных и импульсных ЛБВ, работающих в СВЧ-диапазоне.

До настоящего времени в большинстве конструкций ламп бегущей волны для фокусировки электронного потока используют магнитную фокусировку (соленоиды, постоянные магниты, магнитные периодические фокусирующие системы). Магнитные фокусирующие системы достаточно дороги, габаритны и массивны. Поэтому, в ряде случаев, используются различные системы электростатической фокусировки, в том числе и электростатическая периодическая фокусирующая система (ЭПФС).

При создании конструкции стояла задача разработки мощной ЛБВ с электростатической фокусировкой.

Известна ЛБВ со спиральной замедляющей системой и с ЭПФС [1], в которой двухзаходная спиральная система имеет две спирали с возможностью подачи на них разных потенциалов. В такой замедляющей системе один из витков одной спирали вместе с двумя соседними витками другой спирали образуют в рабочем режиме электростатическую линзу. Совокупность всех этих электростатических линз образует ЭПФС. Такие спиральные ЛБВ являются маломощными и пригодны только для входных каскадов усилительной цепочки СВЧ-приборов передатчика.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является конструкция ЛБВ с электростатической фокусировкой [2]. Эта конструкция пригодна для создания более мощных ЛБВ, чем ЛБВ со спиральной ЗС. Она включает в себя электронную пушку, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, электростатическую периодическую фокусирующую систему, совмещенную с замедляющей системой, и коллектор. В ней ЭПФС выполнена в виде электродов, закрепленных на держателях, которые установлены в корпусе прибора с помощью керамических изоляторов. Электроды размещены в полостях резонаторов.

В данной конструкции малая электрическая прочность изоляторов не позволяет использовать высокое напряжение на электродах и, соответственно, получить более высокую выходную мощность лампы бегущей волны. Поэтому данная конструкция не позволяет достичь уровня мощности, требуемой от ЛБВ в выходных каскадах передающих систем. В этой конструкции при использовании низких рабочих напряжений процесс группировки сгустков электронного потока (в динамическом режиме) обуславливает возрастание объемного заряда на выходном участке замедляющей системы, расфокусировку электронного луча и ограничение выходной мощности ЛБВ.

Электрическая прочность линз этой конструкции ЭПСФ невелика, что ограничивает возможность создания более мощных приборов.

Предложена конструкция ЛБВ, включающая электронную пушку, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, электростатическую периодическую фокусирующую систему, выполненную в виде электродов, закрепленных на держателях и размещенных в полостях резонаторов, коллектор. В эту ЛБВ дополнительно введена длиннофокусная магнитная линза между замедляющей системой и коллектором. Вокруг замедляющей системы дополнительно введена вакуумная оболочка, в которую дополнительно введены опорные стержни и изоляторы, при этом опорные стержни количеством от 1 до 3-х установлены снаружи резонаторов параллельно оси замедляющей системы и электрически соединены с катодом электронной пушки. Изоляторы выполнены в виде втулок, закрепленных на внешних стенках резонаторов и жестко соединенных с опорными стержнями, кроме того, держатели электродов соединены с опорными стержнями и изолированы с помощью вакуумного зазора от стенок резонаторов.

Такая конструкция позволяет создать мощную ЛБВ, которую можно установить в выходных каскадах передающих устройств.

В данной конструкции за счет применения длиннофокусной магнитной линзы, установленной между замедляющей системой и коллектором, не происходит расфокусировка электронного луча. Следовательно, выходная мощность ЛБВ может быть значительно повышена.

В данной конструкции ЛБВ повышена электрическая прочность за счет того, что держатели электродов изолированы от корпусов резонаторов вакуумными зазорами. Эффект повышения электрической прочности достигается за счет создания дополнительной опорной конструкции, включающей в себя стержни и изоляторы, и установки ее снаружи резонаторов параллельно оси замедляющей системы, а также за счет размещения замедляющей системы и дополнительной конструкции в вакуумной оболочке. Такая конструкция позволяет сохранить постоянными вакуумные зазоры между электродами и резонаторами.

Электрическое соединение опорных стержней с катодом электронной пушки позволяет обойтись без дополнительных изолированных выводов из вакуумной оболочки прибора, что упрощает прибор и повышает его надежность.

Для обеспечения вибропрочности и ударной устойчивости ЛБВ число держателей каждой диафрагмы линз ЭПФС может быть от 1 до 3 и, кроме того, конструкция изоляторов в виде втулок, закрепленных на внешних стенках изоляторов и жестко соединенных с опорными стержнями, также повышает вибропрочность.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена ЛБВ предложенной конструкции;

на фиг.2 изображено поперечное сечение А-А предложенной конструкции ЛБВ с фиг.1, с двумя опорными стержнями и двумя держателями электродов в каждом периоде ЭПФС;

на фиг.3 изображено поперечное сечение А-А предложенной конструкции ЛБВ с фиг.1, с тремя опорными стержнями и тремя держателями электродов в каждом периоде ЭПФС;

на фиг.4 изображено поперечное сечение Б-Б предложенной конструкции ЛБВ с фиг.1 для варианта с двумя держателями.

В данном примере предложенной конструкции ЛБВ, изображенной на фиг.1, она включает в себя электронную пушку 1, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, состоящую из резонаторов 2, ЭПФС с пролетным каналом 3. ЭПФС включает в себя электроды 4, закрепленные на держателях 5, размещенных в полостях резонаторов 2. Держатели электродов 5 закреплены на опорных стержнях 6, установленных снаружи резонаторов 2 параллельно оси ОО замедляющей системы. Опорные стержни могут быть количеством от 1 до 3-х. На фиг.2 и 3 показана конфигурация ЛБВ, в которой опорных стержней два, фиг.2, и опорных стержней три, фиг.3. Изоляторы 7 жестко соединены со стержнями 6 по всей высоте втулки. Вся опорная конструкция ЗС помещена в вакуумную оболочку 8, которая с одной стороны вакуумно уплотняется крышкой 9, а с другой стороны соединена с изолятором электронной пушки 10.

Опорные стержни 6 электрически соединены с катодом электронной пушки 1 посредством электрического проводника 11. Длиннофокусная магнитная линза 12 установлена между ЗС и коллектором 13 и закреплена у основания коллектора.

14 - электрический зазор между электродом 4 и стенками резонаторов 2.

ЛБВ работает следующим образом. При подаче напряжения на катод электронной пушки 1 оно посредством проводника 11 передается на опорные стержни 6, далее через них на держатели электродов 5, а через них на сами электроды 4.

В каждом резонаторе 2 замедляющей системы электрод 4 вместе с торцевыми стенками резонатора образует электростатическую линзу, обеспечивающую фокусировку электронного луча на участке каждого резонатора.

Совокупность этих электростатических линз позволяет провести электронный поток от катода до коллектора. В электростатической системе вакуумный зазор 14 обеспечивает электрическую изоляцию держателя 5 электрода 4 относительно корпуса резонатора 2, таким образом не нарушается фокусировка электростатической линзы.

Электроны, эмитируемые электронной пушкой 1, проходят в статическом режиме через пролетный канал замедляющей системы, фокусируются в нем с помощью электродов 4 в электронный луч и поступают в коллектор 13. При подаче сигнала на замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов 2 электронный луч взаимодействует с СВЧ-полем, возбуждаемым в зазорах резонаторов 2 ЗС, формирующих бегущую волну. В результате взаимодействия бегущая волна в ЗС усиливается, а на выходном конце ЗС, примыкающем к коллектору 13, сгруппированный электронный луч удерживается от расфокусировки с помощью магнитной линзы 12. Энергия усиленной бегущей волны выводится из ЗС через окно вывода энергии.

Таким образом предложенная конструкция позволяет повысить мощность ЛБВ и использовать ее в выходных каскадах передатчиков.

Источники информации

1. С.И.Молоковский, А.Д.Сушков. "Интенсивные электронные и ионные пучки". Изд. "Энергия", Л., 1972, с.31, рис.1-18.

2. З.И.Тараненко, Я.К.Трохименко. "Замедляющие системы". Киев, 1965 г., с 242, рис 153 б.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к лампам бегущей волны (ЛБВ). Конструкция ЛБВ включает электронную пушку, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, электростатическую периодическую фокусирующую систему, выполненную в виде электродов, закрепленных на держателях и размещенных в полостях резонаторов, и коллектор. Длиннофокусная магнитная линза установлена между замедляющей системой и коллектором. Вокруг замедляющей системы имеется вакуумная оболочка, в которую введены опорные стержни и изоляторы, при этом опорные стержни количеством от 1 до 3-х установлены снаружи резонаторов параллельно оси замедляющей системы и электрически соединены с катодом электронной пушки. Изоляторы выполнены в виде втулок, закрепленных на внешних стенках резонаторов и жестко соединенных с опорными стержнями. Держатели электродов соединены с опорными стержнями и изолированы с помощью вакуумного зазора от стенок резонаторов. Техническим результатом является создание мощной ЛБВ для использования в выходных каскадах передающих устройств. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Лампа бегущей волны, включающая электронную пушку, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, электростатическую периодическую фокусирующую систему, выполненную в виде электродов, закрепленных на держателях и размещенных в полостях резонаторов, коллектор, отличающаяся тем, что вокруг замедляющей системы дополнительно введена вакуумная оболочка, в которую дополнительно введены опорные стержни и изоляторы, при этом опорные стержни в количестве от 1 до 3 установлены снаружи резонаторов параллельно оси замедляющей системы и электрически соединены с катодом электронной пушки, а изоляторы выполнены в виде втулок, закрепленных на внешних стенках резонаторов и жестко соединенных с опорными стержнями, кроме того, держатели электродов соединены с опорными стержнями и изолированы с помощью вакуумного зазора от стенок резонаторов.2. Лампа бегущей волны по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена длиннофокусная магнитная линза между замедляющей системой и коллектором.