ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 2016 года по МПК H01J23/24 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к замедляющим системам для мощных СВЧ приборов с длительным взаимодействием.

Наиболее близкой по технической сущности является замедляющая система (патент РФ на изобретение «Замедляющая система», №2453945, приоритет от 27.12.2010 г. авторов Л.В. Ворониной, А.Ф. Липатова, В.Б. Профе, МПК H01J 23/24, опубл. 20.06.2012. Бюл. №17), содержащая волноведущие элементы и внешний цилиндрический металлический корпус. Волноведущие элементы выполнены в виде одинаковых отрезков спирали, а внешний цилиндрический металлический корпус установлен соосно виткам отрезков спирали. Концы отрезков спирали замкнуты с помощью опор на внешний цилиндрический металлический корпус, при этом концы соседних отрезков спирали смещены относительно друг друга на угол α_N по часовой стрелке, величина которого выбрана из соотношения:

где N=1, 2, 3 … - число отрезков спирали на периоде структуры.

Однако такая замедляющая система в большей степени предназначена для СВЧ приборов с низкими ускоряющими напряжениями (до 5 кВ), имеет низкие значения сопротивления связи в своей полосе пропускания, при этом в системе могут самовозбуждаться колебания на остальных не рабочих модах.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании замедляющей системы с низким замедлением в своей полосе пропускания (для использования высокоэнергетических пучков), высокими значениями сопротивления связи одной моды колебаний и с нулевыми сопротивлениями связи остальных мод.

Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в увеличении сопротивления связи одной моды колебаний, снижение до минимального значения сопротивления связи остальных мод и расширении функциональных возможностей.

Данный технический результат достигается тем, что в замедляющей системе для СВЧ-прибора, содержащей цилиндрический металлический корпус и установленные соосно ему волноведущие элементы, образующие пролетный канал и концами замкнутые на внутреннюю поверхность металлического корпуса, при этом концы соседних волноведущих элементов смещены относительно друг друга на угол α_N по часовой стрелке, величина которого выбрана из соотношения:

где N=1, 2, 3 … - число волноведущих элементов на периоде замедляющей системы, новым является то, что каждый волноведущий элемент выполнен в виде изогнутых и расположенных напротив друг друга отрезков «меандра».

При таком построении замедляющей системы взаимодействие электронного потока возможно лишь с продольным электрическим полем первой моды колебаний, так как сопротивление связи нулевой и остальных мод практически равны нулю, что в свою очередь исключает их возможное самовозбуждение.

Отсутствие в замедляющей системе взаимодействия электронного потока с нулевой модой колебаний (с наибольшей длиной волны) и высокие значения сопротивления связи электронного потока с первой модой позволяет использовать замедляющую систему для усиления и генерации электромагнитных волн с меньшей длиной волны, не уменьшая при этом геометрических размеров образованного элементами пролетного канала, а использование различных по геометрии отрезков «меандра» и вариантов их замыкания на корпус позволяет создавать дисперсионные характеристики замедляющей системы с требуемой кривизной и шириной полосы пропускания, что в совокупности позволяет расширить функциональные возможности. Кроме того, по сравнению со спиральными структурами изготовление изогнутых отрезков «меандра» имеет не сложную технологию (например, фрезеровка прямоугольных пазов в половинках круглого волновода).

На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 представлены частные случаи реализации конструкции замедляющей системы с одинаковыми отрезками «меандра» при N=2, т.е. когда места замыкания на цилиндрический металлический корпус концов элемента волноведущей структуры (элемент состоит из изогнутых и расположенных напротив друг друга отрезков «меандра») относительно соседнего смещены на угол α₂=180° и, соответственно, период замедляющей системы содержит два волноведущих элемента.

Замедляющая система (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит цилиндрический металлический корпус 1, соосно которому установлены волноведущие элементы 2 и 3, образующие пролетный канал цилиндрической формы.

Каждый волноведущий элемент 2, 3 выполнен в виде изогнутых и расположенных напротив друг друга отрезков «меандра» 4 и 5.

Концы отрезков «меандра» 4 и 5 замкнуты на внутреннюю поверхность цилиндрического металлического корпуса 1 с помощью опор 6.

Изогнутые отрезки «меандра» 4 и 5 могут быть выполнены как из провода, так и из половинок круглого волновода с прорезанными в них пазами.

Замедляющая система для СВЧ-прибора работает следующим образом.

В СВЧ приборе через ввод энергии на вход замедляющей системы подается подлежащий усилению внешний СВЧ сигнал со спектром, находящимся в полосе пропускания замедляющей системы. Усиление бегущих вдоль замедляющей системы волн происходит за счет их взаимодействия с трубчатым или цилиндрическим электронным потоком, скорость которого подбирается приблизительно равной фазовой скорости электромагнитной волны в замедляющей системе. Длина замедляющей системы определяется положением максимума амплитудной характеристики.

Необходимые кривизна и ширина полосы пропускания дисперсионной характеристики замедляющей системы достигаются изменением пространственной геометрии волноведущих элементов 2, 3, а также за счет использования различных вариантов их замыкания на внутреннюю поверхность корпуса 1 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), что расширяет функциональные возможности.

На фиг. 4 представлены зависимости амплитуды продольной составляющей электрического поля (кривые 1) и сопротивления связи (кривые 2) от нормированной частоты для первых двух мод колебаний замедляющей системы, показанной на фиг. 3. Из анализа кривых видно, что предлагаемая замедляющая система обеспечивает взаимодействие электронного потока лишь с продольным электрическим полем первой моды колебаний, так как сопротивления связи нулевой и второй моды практически равны нулю, что исключает их самовозбуждение, а также увеличение сопротивления связи первой моды колебаний.

Вывод СВЧ энергии из замедляющей системы осуществляется с помощью выходного устройства (на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 не показано).

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к замедляющим системам для мощных СВЧ приборов с длительным взаимодействием. Технические результаты заключаются в увеличении сопротивления связи одной моды колебаний, снижение до минимального значения сопротивления связи остальных мод и расширении функциональных возможностей. Замедляющая система содержит цилиндрический металлический корпус и установленные соосно ему волноведущие элементы, образующие пролетный канал и концами замкнутые на внутреннюю поверхность металлического корпуса. При этом концы соседних волноведущих элементов смещены относительно друг друга на угол α_N по часовой стрелке, величина которого выбрана из соотношения:

где N=1, 2, 3 … - число волноведущих элементов на периоде замедляющей системы. При этом каждый волноведущий элемент выполнен в виде изогнутых и расположенных напротив друг друга отрезков «меандра». 4 ил.

Замедляющая система для СВЧ-прибора, содержащая цилиндрический металлический корпус и установленные соосно ему волноведущие элементы, образующие пролетный канал и концами замкнутые на внутреннюю поверхность металлического корпуса, при этом концы соседних волноведущих элементов смещены относительно друг друга на угол α_N по часовой стрелке, величина которого выбрана из соотношения:

где N=1, 2, 3 … - число волноведущих элементов на периоде замедляющей системы, отличающаяся тем, что каждый волноведущий элемент выполнен в виде изогнутых и расположенных напротив друг друга отрезков «меандра».