Замедляющая система планарного типа Российский патент 2018 года по МПК H01J23/24 

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к замедляющим системам для широкополосных приборов О-типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

Известна замедляющая система штыревого типа для ЛБВ миллиметрового диапазона, содержащая периодический волновод с квадратным внутренним поперечным сечением, в полости которого перпендикулярно первой и второй смежным стенкам волновода размещены снабженные пролетными каналами штыри соответственно первой и второй штыревых гребенок, при этом третья и четвертая смежные стенки волновода снабжены соответственно первым и вторым протяженными вдоль волновода прямоугольными выступами, расположенными напротив торцевых граней штырей соответственно первой и второй штыревых гребенок [Патент Российской Федерации №2396646, МПК Н01Р 9/00].

В известной замедляющей системе недостатком является увеличенная крутизна дисперсионной характеристики, плохая теплоотдача при больших выходных мощностях и недостаточно высокое сопротивление связи.

Известна также замедляющая система типа «меандр», содержащая расположенные параллельно друг другу и перпендикулярно продольной оси системы идентичные отрезки проводников, замкнутые поочередно с разных сторон металлическими перемычками и образующие последовательность ячеек со скользящей плоскостью симметрии. Система «меандр» обеспечивает постоянное замедление в широкой полосе. [Авторское свидетельство №636712, МПК H01J 23/24].

Однако в замедляющей системе «меандр», состоящей из отрезков проводников, при больших уровнях мощности происходят СВЧ пробои между перемычками. Кроме того, эта система обладает недостаточно высоким сопротивлением связи.

Известна замедляющая система планарного типа, содержащая периодический волновод, в котором размещена диэлектрическая подложка с системой проводников (прототип) [Силин Р.А., Замедляющие системы. ЦНИИ «Электроника», Москва, 1977, Выпуск №7 (469), с. 70].

Известная замедляющая система содержит прямоугольный волновод, на одной из внутренних сторон которого расположена диэлектрическая подложка с нанесенными на нее проводниками, в первом случае - в виде меандра, а во втором - в виде штырей.

Недостатком такой системы является высокая диэлектрическая нагрузка и плохие условия теплового режима при больших выходных мощностях прибора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение выходной мощности прибора при обеспечении хорошего отвода тепла от замедляющей системы.

Предлагаемая замедляющая система планарного типа содержит периодический волновод, в котором размещена диэлектрическая подложка с системой проводников. Вторая подложка с идентичной системой проводников размещена параллельно первой, причем между их проводниками образован пролетный канал вдоль продольной оси волновода. При этом каждая подложка выполнена шириной не более λ/2, где λ - длина волны, и закреплена на расстоянии d от внутренней стенки волновода, причем , где n - коэффициент замедления определен из соотношения n=с/v_ф, где с - скорость света, v_ф - фазовая скорость СВЧ-волны, а диэлектрические подложки выполнены из CVD алмаза.

Система проводников может быть выполнена в виде меандра, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками меандра.

Система проводников может быть выполнена в виде штыревой гребенки, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками гребенки.

Система проводников может быть выполнена в виде встречных штырей, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними штырями на подложке.

Система проводников может быть выполнена в виде лестницы, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками.

Выполнение подложек из CVD алмаза, имеющего высокую теплопроводность, позволяет закрепить их в волноводе на расстоянии d от его внутренней стенки, что, в свою очередь, позволяет увеличить сопротивление связи на оси замедляющей системы. Расстояние d определяется вышеприведенной формулой. При нарушении данного соотношения сопротивление связи будет снижаться.

Ширина подложки не должна превышать λ/2 для предотвращения возникновения паразитных видов колебаний.

Толщина проводников не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками. При меньшей толщине будет происходить токооседание электронного потока на поверхность диэлектрика, что вызовет накопление заряда в подложке и процессы вторичной эмиссии.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемой замедляющей системы с проводниками в виде меандра, где:

- волновод 1,

- диэлектрическая подложка 2

- система проводников в виде меандра 3.

На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемой замедляющей системы с проводниками в виде штыревой гребенки, где:

- волновод 1,

- диэлектрическая подложка 2,

- система проводников в виде штыревой гребенки 3.

На фиг. 3 представлена схема проводников на подложке: а) проводники в виде встречных штырей, б) проводники в виде лестницы.

Пример 1

Замедляющая система планарного типа содержит волновод 1, выполненный из меди, размером 0.8×1.5 мм. Диэлектрическая подложка 2 выполнена из CVD алмаза, размером 0.8×26.5 мм, толщиной 0.1 мм. На диэлектрической подложке 2 выполнены проводники 3 в виде меандра из меди, толщиной 35 мкм и шириной 350 мкм, расстояние между соседними проводниками р=70 мкм. Каждая диэлектрическая подложка 2 закреплена на расстоянии d=0.5 мм от внутренней стенки волновода 1. При n=4.07. Вдоль продольной оси волновода 1 между меандрами образован пролетный канал, высота канала 0.24 мм.

Пример 2

Замедляющая система планарного типа содержит волновод 1, размером 0.8×1.5 мм. Диэлектрическая подложка 2 выполнена из CVD алмаза, размером 0.8×26.5 мм, толщиной 0.1 мм. На диэлектрической подложке 2 выполнены проводники 3 в виде штыревой гребенки из меди, толщиной 30 мкм, расположенных перпендикулярно продольной оси волновода 1 и параллельно друг другу, ширина проводников 265 мкм, расстояние между соседними проводниками р=70 мкм. Каждая диэлектрическая подложка 2 закреплена на расстоянии 0.5 мм от внутренней стенки волновода 1. При n=4.284. Вдоль продольной оси волновода 1 между гребенками образован пролетный канал, высота канала 0.24 мм.

Предлагаемая замедляющая система работает следующим образом.

В ЛБВ через ввод энергии в замедляющую систему подается входная СВЧ-мощность. В замедляющей системе распространяется бегущая волна по периодическому волноводу 1 вдоль системы проводников. Электронный поток проходит внутри пролетного канала, образованного двумя идентичными системами проводников 2, расположенных на диэлектрических подложках 3. Электрическое поле СВЧ-волны взаимодействует с проходящим вдоль замедляющей системы электронным потоком, усиливается за счет кинетической энергии электронного потока. Усиленная СВЧ-волна через вывод энергии поступает в полезную нагрузку. Эффект взаимодействия СВЧ-волны с электронным потоком осуществляется в определенной части полосы прозрачности замедляющей системы (рабочем диапазоне). В рабочем диапазоне ЛБВ скорость электронного потока приблизительно равна фазовой скорости СВЧ-волны, то есть выполняется условие синхронизма.

Предлагаемая конструкция замедляющей системы позволяет обеспечить необходимые условия теплового режима и увеличить выходную мощность до 30 Вт ЛБВ миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, усилением 15 дБ, работающей в интервале рабочих напряжений 14,5-16,5 кВ в рабочей полосе частот 3 ГГц,

Использование: для широкополосных приборов О-типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что замедляющая система планарного типа содержит периодический волновод, в котором размещена диэлектрическая подложка с системой проводников, вторая подложка с идентичной системой проводников размещена параллельно первой, причем между их проводниками образован пролетный канал вдоль продольной оси волновода, при этом каждая подложка выполнена шириной не более λ/2, где λ - длина волны, и закреплена на расстоянии d от внутренней стенки волновода, причем , где n - коэффициент замедления определен из соотношения n=с/v_ф, где с - скорость света, v_ф - фазовая скорость СВЧ-волны, а диэлектрические подложки выполнены из CVD алмаза. Технический результат - обеспечение возможности увеличения выходной мощности прибора при обеспечении хорошего отвода тепла от замедляющей системы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Замедляющая система планарного типа, содержащая периодический волновод, в котором размещена диэлектрическая подложка с системой проводников, отличающаяся тем, что вторая подложка с идентичной системой проводников размещена параллельно первой, причем между их проводниками образован пролетный канал вдоль продольной оси волновода, при этом каждая подложка выполнена шириной не более λ/2, где λ - длина волны, и закреплена на расстоянии d от внутренней стенки волновода, причем , где n - коэффициент замедления определен из соотношения n=с/v_ф, где с - скорость света, v_ф - фазовая скорость СВЧ-волны, а диэлектрические подложки выполнены из CVD алмаза.

2. Замедляющая система планарного типа по п. 1, , отличающаяся тем, что система проводников выполнена в виде меандра, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками меандра.

3. Замедляющая система планарного типа по п. 1, отличающаяся тем, что система проводников выполнена в виде штыревой гребенки, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками гребенки.

4. Замедляющая система планарного типа по п. 1, отличающаяся тем, что система проводников выполнена в виде встречных штырей, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними штырями на подложке.

5. Замедляющая система планарного типа по п. 1, отличающаяся тем, что система проводников выполнена в виде лестницы, причем толщина проводника не менее р/17, где р - расстояние между соседними проводниками.