МНОГОДИАПАЗОННЫЙ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЙ СВЧ-ПРИБОР ТИПА О Российский патент 2007 года по МПК H01J25/00 H01J25/10 H01J25/34 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а более конкретно к разработкам мощных электровакуумных приборов.

Известны мощные электровакуумные СВЧ-приборы, работающие в одном диапазоне частот [1].

В настоящее время разрабатываются радиолокационные комплексы, в которых для обнаружения цели используются СВЧ-излучения одного диапазона, а для наведения оружия на цель другого. Наведение оружия требует большой точности, поэтому для этого используется излучение с длиной волны в несколько раз меньшей, чем длина волны в диапазоне обнаружения цели. Поскольку не существует мощных СВЧ-приборов, способных работать в нескольких диапазонах частот, то для каждого диапазона используется отдельный прибор.

Создание одного мощного СВЧ-прибора, выполняющего функции нескольких приборов, упростит и удешевит разработку и производство радиолокационных комплексов. Многодиапазонные приборы, как и однодиапозонные, должны быть устойчивыми к самовозбуждению, иметь минимальные массогабаритные характеристики, малое оседание тока на электродинамические системы.

Таким образом, задача данного изобретения состоит в создании устройства мощного электровакуумного прибора, способного работать в нескольких диапазонах частот, устойчивого к самовозбуждению, с минимальными массогабаритными характеристиками и малым токооседанием.

Эта задача решается выполнением системы взаимодействия прибора из последовательно расположенных вдоль электронного потока электродинамических систем, каждая из которых отделена от другой проводящим диском с трубкой дрейфа, установкой на электродинамических системах вводов и выводов энергии, увеличением длины волны диапазона их работы, уменьшением отношения их внутреннего диаметра к этой длине волны, выполнением их пролетного канала или каналов постоянными или увеличивающимися при проходе от одной электродинамической системы к другой в направлении движения электронного потока.

Предложенный многодиапазонный электровакуумный СВЧ-прибор показан на чертеже

Цифрами обозначены:

I, II, ..., N-первая, вторая, ..., N-я электродинамические системы прибора, образующие его систему взаимодействия.

1 - электронная пушка,

2 - электронный поток,

3 - лампы, фокусирующие электронный поток,

4 - коллектор электронов,

5 - вводы энергии,

6 - выводы энергии электродинамических систем,

7 - проводящие диски,

8 - трубки дрейфа, изолирующие электродинамические системы друг от друга по электромагнитной энергии.

Заявленное устройство содержит электронную пушку 1, создающую поток 2, фокусирующие его магниты 3, коллектор электронов 4, расположенные последовательно вдоль электронного потока 2 электродинамические системы I, II, ..., N, образующие систему взаимодействия устройства, вводы 5 и выводы 6 энергии электродинамических систем, проводящие диски 7 с трубками дрейфа 8, изолирующие электродинамические системы по электромагнитной энергии.

Многодиапазонный СВЧ-прибор работает следующим образом (см. чертеж). Созданный электронной пушкой 1 одно- или многолучевой поток 2 (показан однолучевой поток) фокусируется магнитами 3 и проходит через электродинамические системы I, II, ..., N, оседая на коллекторе 4. Пушка 1 может быть как одно-, так и многолучевой, с сеточным или со штыревым управлением, а также одно- или многорежимной.

При включенном электронном пучке 1 и отсутствии сигналов на вводах энергии 5 системы взаимодействия прибора на выводах энергии 6 нет сигналов, потому что электродинамические системы I, II, ..., N изолированы друг от друга проводящими дисками 7 с трубками дрейфа 8 и электродинамические системы сконструированы так, чтобы они не самовозбуждались. В направлении движения электронного потока электродинамические системы I, II, ..., N расположены в порядке увеличения длины волны их работы. Это необходимо выполнить, так как при нелинейном взаимодействии электронного потока с электромагнитной волной в потоках возникают волны пространственного заряда, соответствующие длине волны сигнала на входе электродинамической системы и меньшие ее в кратное число раз. Эти волны через трубки дрейфа 8 переходят из одной электродинамической системы в другую, с которыми и происходит их взаимодействие. Однако это взаимодействие не оказывает никакого влияния на стабильность электродинамических систем, расположенных дальше от электронной пушки 1, чем усиливающая, так как взаимодействие последующих электродинамических систем с волнами пространственного заряда, созданных предыдущей, происходит в высших полосах пропускания последующих, где импеданс взаимодействия пренебрежимо мал, а вводы 5 и выводы 6 энергии рассогласованы.

Поэтому, когда происходит усиление сигнала одной электродинамической системы, следующие за ней электродинамические системы, которые работают в более длинноволновых диапазонах, остаются стабильными.

Для снижения массогабаритных характеристик прибора, удешевления и упрощения его изготовления электродинамические системы прибора должны иметь примерно одинаковые внутренние диаметры. Этого можно достичь, если по мере увеличения длины волны рабочего диапазона отношение внутреннего диаметра электродинамической системы к этой волне уменьшается.

Диаметр или диаметры пролетного канала электродинамической системы, примыкающей к электронной пушке 1, следует выбрать максимально возможным, т.к. она работает в самом коротковолновом диапазоне. Диаметры пролетного канала (каналов) последующих электродинамических систем могут быть выполнены равными диаметру пролетного канала предыдущей электродинамической системы или большим его, т.к. каждая последующая электродинамическая система работает в более длинноволновом диапазоне, чем предыдущая. В процессе движения электронного потока в фокусирующем магнитном поле в нем нарастают нестабильности из-за неоднородности поля, что приводит к увеличению токооседания. Снижение токооседания, в случае большой длины системы взаимодействия прибора, и достигается увеличением пролетного канала электродинамических систем от предыдущей к последующей в направлении движения электронного потока.

Для выполнения заявленного устройства могут быть использованы замедляющие системы типа цепочки связанных радиаторов [2, 3], типа встречных штырей [4], замедляющие системы спирального типа [4], из которых могут быть изготовлены многосекционные электродинамические системы. Наиболее эффективные многосекционные электродинамические системы из секций цепочек связанных резонаторов описаны в [5].

Отношение внутреннего диаметра к длине волны диапазона работы систем [2, 3] составляет 0,5-0,8, систем [4] - 0,12-0,30; а систем [5] около 0,1.

Система взаимодействия трехдиапазонного прибора может быть выполнена следующим образом:

- первая, примыкающая к электронной пушке, электродинамическая система самого короткого волнового диапазона, например миллиметрового, будет выполнена из цепочек связанных резонаторов;

- вторая электродинамическая система, например, сантиметрового диапазона будет выполнена из цепочек встречных штырей;

- третья, например, десятисантиметрового диапазона будет выполнена на основе замедляющей системы кольцо-стержень или кольцо-скобка.

Однако выполнение электродинамических систем не ограничивается только замедляющими системами. Ясно, что могут быть использованы и резонаторы, и комбинации замедляющих систем с резонаторами, т.е. клистронные и гибридные системы.

Также и фокусировка электронного потока может быть осуществлена как постоянным магнитным полем, так и реверсным и периодическим. При использовании периодического магнитного поля, когда электродинамическая система частично совмещена с фокусирующей, внутренний части дисков, разделяющих электродинамические системы, должны быть выполнены из немагнитного металла, а наружные из магнитного.

Создано устройство многодиапазонного электровакуумного СВЧ-прибора типа О, обладающее устойчивостью к самовозбуждению, малым токооседанием, с минимальными массогабаритными характеристиками.

Использование изобретения позволит вместо нескольких приборов разных диапазонов длин волн создать один, выполняющий все их функции, что упростит и удешевит разработку и производство многодиапазонных радиолокационных комплексов.

Литература

1. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. /Под ред. Л.Клэмпитта. Мир. Москва. 1974.

2. RU 2189660, Копылов В.В., Письменко В.Ф.

3. RU 2211501, Копылов В.В., Письменко В.Ф.

4. З.И.Тараненко, Я.К.Трожменко. Замедляющие системы. Техника. Киев, 1965, стр.107.

5. А.С. СССР №344529, Письменко В.Ф.

Многодиапазонный электровакуумный СВЧ-прибор типа О предназначен для разработки многодиапазонных радиолокационных станций, т.к. использование отдельного прибора для каждого диапазона усложняет и удорожает станцию. Техническим результатом является создание многодиапазонного прибора, обладающего устойчивостью к самовозбуждению, малым токооседанием и минимальными массогабаритными характеристиками. Прибор выполнен из электродинамических систем, расположенных вдоль электронного пучка и отделенных друг от друга проводящими дисками с трубками дрейфа. Каждая электродинамическая система снабжена вводом и выводом энергии. Длина волны рабочего диапазона электродинамических систем возрастает в направлении движения электронного пучка, а отношение внутреннего диаметра электродинамической системы к этой волне уменьшается в том же направлении. Диаметр пролетного канала остается постоянным или увеличивается от системы к системе в направлении движения электронного пучка. 1 ил.

Многодиапазонный электровакуумный СВЧ-прибор типа О, содержащий расположенные по оси электронную пушку, электронно-оптическую систему, систему взаимодействия электронного потока с электромагнитной энергией и коллектор электронов, отличающийся тем, что система взаимодействия образована последовательно расположенными вдоль электронного потока электродинамическими системами, отделенными одна от другой проводящим диском с трубкой дрейфа, каждая электродинамическая система снабжена вводом и выводом энергии, в направлении движения электронного потока электродинамические системы выполнены с увеличением длины волны их рабочего диапазона, при этом отношение их внутреннего диаметра к этой длине волны для каждой предыдущей системы превышает это отношение для каждой последующей, а диаметр пролетного канала или каналов выполнен постоянным или с увеличением от одной электродинамической системы к другой.