СЕКЦИОНИРОВАННАЯ ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Российский патент 2007 года по МПК H01J25/34 

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к конструкции электровакуумного прибора О-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн.

Уход в более коротковолновый диапазон длин волн приводит к уменьшению размеров резонаторов замедляющей системы и требует высокой точности соблюдения допусков на размеры элементов замедляющей системы. Эти факторы в значительной степени влияют на равномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) лампы бегущей волны.

В секционированных ЛБВ между секцией формирования электронного луча и усиливающей секцией размещают секцию поглощения СВЧ-энергии, в которой поглощающий СВЧ-энергию материал размещен в резонаторе регулярной части замедляющей системы. Миниатюрная конструкция такой замедляющей системы ЛБВ мм диапазона длин волн не дает возможности размещать элемент из поглощающего СВЧ-энергию материала в резонаторе регулярной части.

Известно [1] применение "петляющего волновода" в качестве замедляющей системы в ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн. Он представляет собой набор диафрагм с отверстиями связи, собранный таким образом, что отверстия связи образуют петлеобразную структуру, при этом пролетный канал пересекает эту структуру перпендикулярно петлям связи.

Недостатком этой замедляющей системы является сложность ее согласования с выводами энергии лампы бегущей волны, а также сложность ее сборки, обусловленная наличием ступеней в стыках петлеобразующих диафрагм.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции (прототипом) является конструкция секционированной замедляющей системы ЛБВ, которая может использоваться в миллиметровом диапазоне длин волн [2]. Эта секционированная замедляющая система включает в себя регулярную секцию формирования электронного пучка, две регулярные усиливающие секции и размещенные между ними секции поглощения СВЧ-энергии. Размещение керамического поглотителя в резонаторе замедляющей системы приводит к изменению его резонансной частоты, поэтому в данной конструкции применены волноводные поглотительные секции, имеющие увеличенный радиальный размер по сравнению с радиальным размером регулярной секции замедляющей системы. Недостатком прототипа является невозможность применения данной конструкции поглощающей СВЧ-секции в миниатюрных замедляющих системах.

Технической задачей предложенного изобретения является создание миниатюрной конструкции замедляющей системы, позволяющей получить нужный уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярной частью замедляющей системы, а также упрощение ее изготовления и уменьшение ее массогабаритных характеристик.

Поставленная техническая задача решается тем, что в секционированной замедляющей системе лампы бегущей волны, выполненной на цепочке связанных резонаторов, включающей регулярную секцию формирования электронного пучка, регулярные усиливающие секции и размещенные между ними секции поглощения с поглотителями СВЧ-энергии, резонаторы регулярных секций выполнены из немагнитного материала в виде чередующихся колец и диафрагм без трубок дрейфа, два резонатора секции поглощения размещены симметрично относительно диска, закорачивающего по СВЧ-полю регулярные секции, расположенного между кольцами секции поглощения СВЧ-энергии и выполненного из немагнитного материала с пролетным отверстием, при этом каждый резонатор секции поглощения образован также кольцевым поглотителем СВЧ-энергии, закрепленным пайкой на закорачивающем по СВЧ-полю диске, и кольцевым выступом, выполненным на этом диске между пролетным отверстием и поглотителем СВЧ-энергии, при этом размеры резонаторов секции поглощения выбраны исходя из следующих соотношений:

0.1L<d<1.1L,

1.4L<h<2.5L,

0.95R<r<1.1R,

где d - расстояние от выступа до ближайшей диафрагмы [м];

L - длина кольца регулярной части [м];

h - длина кольца секции поглощения [м];

r - внутренний радиус кольца секции поглощения СВЧ-энергии [м];

R - внутренний радиус кольца регулярной секции [м].

В предложенной секционированной замедляющей системе лампы бегущей волны на диафрагмах регулярной части, расположенных перед секцией поглощения СВЧ-энергии, выполнено покрытие из материала с более высоким электрическим сопротивлением, чем у материала диафрагмы. В предложенной секционированной замедляющей системе лампы бегущей волны покрытие диафрагмы выполнено либо из молибдена, либо из никеля, либо из карбида молибдена.

В предложенной конструкции минимальный радиальный размер замедляющей системы при уходе в коротковолновый диапазон сохраняется за счет использования секции поглощения СВЧ-энергии с протяженным линейным размером. При этом необходимый уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярными частями замедляющей системы, выполненными из немагнитного материала, состоящими из колец и диафрагм без трубок дрейфа, происходит за счет сочетания конфигурации цилиндрического резонатора регулярной части с конфигурацией тороидального резонатора в секции поглощения СВЧ-энергии. При этом тороидальный резонатор работает на высших типах волн, а его резонансная частота на одном из высших типов волн совпадает с полосой пропускания замедляющей системы.

Два тороидальных резонатора секции поглощения размещены симметрично относительно диска, закорачивающего по СВЧ-полю регулярные секции. Каждый тороидальный резонатор образован этим диском, кольцевым поглотителем СВЧ-энергии и кольцевым выступом, выполненном на диске между пролетным отверстием и поглотителем СВЧ-энергии, а также предыдущей диафрагмой регулярной части замедляющей системы. Размеры тороидального резонатора выбираются исходя из соотношений:

0.1L<d<1.1L,

1.4L<h<2.5L,

0.95R<r<1.1R,

где d - расстояние от выступа до ближайшей диафрагмы [м];

L - длина кольца регулярной части [м];

h - длина кольца секции поглощения [м];

r - внутренний радиус кольца секции поглощения СВЧ-энергии [м];

R - внутренний радиус кольца регулярной секции [м].

Эти соотношения подобраны экспериментально. В пределах этих соотношений достигается необходимый уровень поглощения и согласование поглотителя секции поглощения СВЧ-энергии с замедляющей системой. В лампах с миниатюрной замедляющей системой такой конструкции можно получить достаточное поглощение порядка 30 дБ и согласование с КСВН порядка 1.2-1.25 на один поглотитель в малом объеме.

Для улучшения согласования секции поглощения СВЧ-энергии с регулярными секциями замедляющей системы используют резонаторы, имеющие большие потери, это осуществляют покрытием диафрагм металлами, имеющими большее электрическое сопротивление, чем материал диафрагм. В случае, когда резонаторы регулярных секций выполнены из меди, покрытие диафрагм осуществляют либо никелем, либо молибденом, либо карбидом молибдена. В коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн это покрытие работает как поглотитель.

В этой конструкции перед сборкой замедляющей системы происходит проверка каждого кольца и диафрагмы по геометрическим размерам по отдельности, что упрощает настройку прибора, поскольку невозможно проконтролировать все резонаторы по резонансной частоте. Этот технологический прием позволяет упростить изготовление замедляющей системы.

Использование секционированной замедляющей системы с секцией поглощения СВЧ-энергии предложенной конструкции с протяженным линейным размером позволяет уменьшить радиальные размеры замедляющей системы, что приводит к уменьшению размеров лампы бегущей волны и уменьшению ее массогабаритных характеристик.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена конструкция секционированной замедляющей системы в поперечном сечении.

Предложенная конструкция секционированной замедляющей системы содержит регулярную секцию (часть) формирования электронного пучка 1, одну или несколько регулярных усиливающих секций (частей) 2 и размещенную между секциями 1 и 2 секцию поглощения СВЧ-энергии 3. Чередующиеся диафрагмы 4 и кольца 5 образуют резонаторы 6 регулярных секций 1 и 2. Материал диафрагм 4 и колец 5 выбирают с малым электрическим сопротивлением. В диафрагмах 4 выполнены пролетные отверстия 7 и щели связи 8. Секция поглощения СВЧ-энергии 3 включает в себя два кольца 9, внешний диаметр которых равен внешнему диаметру диафрагм 4 и колец 5 регулярных секций 1 и 2, и расположенный между кольцами 9 диск 10, закорачивающий по СВЧ-полю регулярные секции. Диск 10 снабжен двумя кольцевыми выступами 11, которые расположены с двух его противоположных сторон (торцов) и выполнены из того же материала, что и диск 10. В центральной части диска 10 выполнено пролетное отверстие 7, при этом щели связи в диске 10 отсутствуют. На диске 10 с двух его сторон (торцов) расположены кольцевые керамические поглотители 12, которые закреплены на диске 10 пайкой с помощью припоя 13, при этом каждый кольцевой выступ 11 размещен между кольцевым керамическим поглотителем СВЧ-энергии 12 и пролетным отверстием 7 диска 10. Все перечисленные выше элементы секции поглощения СВЧ-энергии 3 образуют два тороидальных резонатора 14, размещенных симметрично относительно диска 10.

Для улучшения согласования секции поглощения СВЧ-энергии 3 с регулярными секциями 1 и 2 замедляющей системы на внутренние поверхности резонаторов, например на диафрагмы 4, может быть нанесено покрытие 15 из никеля, либо молибдена, либо карбида молибдена с целью увеличения удельного сопротивления материала резонаторов.

Секционированная замедляющая система работает следующим образом. Предварительно сформированный электронный поток поступает в пролетный канал замедляющей системы, который образован пролетными отверстиями 7 диафрагм 4 регулярных секций 1, 2 и диска 10 секции поглощения 3. Входной СВЧ-сигнал поступает в регулярную секцию формирования электронного пучка 1 и модулирует по скоростям электронный поток, проходящий через эту секцию. Затем электронный поток проходит через секцию поглощения СВЧ-энергии 3 и попадает в регулярную усиливающую секцию 2 замедляющей системы, где возбуждает СВЧ-поле, соответствующее входному СВЧ-сигналу. Этому СВЧ-полю электроны отдают свою энергию в соответствии с законом взаимодействия. В регулярной усиливающей секции 2 происходит усиление СВЧ-сигнала. Для поглощения отраженного СВЧ-сигнала используют секцию поглощения СВЧ-энергии 3, образованную двумя тороидальными резонаторами 14. В этой секции 3 поглощение СВЧ-энергии, отраженной от диска 10, осуществляется в поглотителе 12.

Таким образом, в предложенной миниатюрной секционированной замедляющей системе обеспечены необходимый уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярными секциями замедляющей системы, а также упрощено ее изготовление и уменьшены ее массогабаритные характеристики.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Microwave journal. June 1988 p.p.52-73. Microwave tube design efforts yield steady performance improvements.

2. Microwave journal. Jule 1982 p.p.55-69. Interest in mm waves spurs tube growth (прототип).

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к конструкции электровакуумного прибора O-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн. Технической задачей является создание миниатюрной конструкции, позволяющей получить нужный уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярной частью замедляющей системы, а также упрощение ее изготовления и уменьшение ее массогабаритных характеристик. Конструкция секционированной замедляющей системы включает в себя регулярную секцию формирования электронного пучка, регулярные усиливающие секции (одна или несколько секций), секцию поглощения СВЧ-энергии. Диафрагмы и кольца образуют резонаторы регулярной части. Материал диафрагм и колец выбирают с малым электрическим сопротивлением. В диафрагмах выполнен пролетный канал и щели связи. Секция поглощения СВЧ-энергии включает в себя два кольца, имеющих наружный диаметр, такой же как и диаметр колец регулярных секций, и диск, закорачивающий СВЧ-поле, в котором выполнен пролетный канал, и регулярные секции. В диске выполнен пролетный канал, но отсутствуют щели связи. На этом диске с двух сторон выполнены кольцевые выступы из материала, закорачивающего СВЧ-поле, и с двух сторон к торцам диска припаяны кольцевые керамические поглотители. Все перечисленные выше элементы секции поглощения образуют два тороидальных резонатора. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны, выполненная на цепочке связанных резонаторов, включающая регулярную секцию формирования электронного пучка, регулярные усиливающие секции и размещенные между ними секции поглощения с поглотителями СВЧ-энергии, отличающаяся тем, что резонаторы регулярных секций выполнены из немагнитного материала в виде чередующихся колец и диафрагм без трубок дрейфа, два резонатора секции поглощения размещены симметрично относительно диска, закорачивающего СВЧ-поле и расположенного между кольцами секции поглощения СВЧ-энергии и выполненного из немагнитного материала с пролетным отверстием, при этом каждый резонатор секции поглощения снабжен кольцевым поглотителем СВЧ-энергии, закрепленным пайкой на закорачивающем СВЧ-поле диске, и кольцевым выступом, выполненным на этом диске между пролетным отверстием и поглотителем СВЧ-энергии, при этом размеры резонаторов секции поглощения выбраны исходя из следующих соотношений:

0,1L<d<1,1L,

1,4L<h<2,5L,

0,95R<r<1,1R,

где d - расстояние от кольцевого выступа до ближайшей диафрагмы (м);

L - длина кольца регулярной секции (м);

h - длина кольца секции поглощения (м);

r - внутренний радиус кольца секции поглощения СВЧ-энергии (м);

R - внутренний радиус кольца регулярной секции (м).