ВОЛНОВОДНАЯ ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ЛБВ О-ТИПА Российский патент 2020 года по МПК H01J23/24 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к замедляющим системам для ламп бегущей волны (ЛБВ) и ламп обратной волны (ЛОВ) О-типа.

Известна волноводная замедляющая система (ЗС) ЛБВ, содержащая металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что его широкие стороны многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС в плоскостях, перпендикулярных этой оси. В широких сторонах волновода имеются цилиндрические отверстия, образующие пролетный канал для прохождения электронного потока; ось пролетного канала совпадает с осью ЗС, при этом длина волновода, соответствующая одному периоду ЗС, приближенно равна длине волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот [Г.А. Азов, М.В. Ефремова, В.А. Солнцев, С.А. Хриткин // Моделирование импульсной лампы бегущей волны трехмиллиметрового диапазона длин волн/ Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. №8. С.788-793], [Kwang Но Jang, Jin Joo Choi, Jong Hyun Kim // Experiments on Sub-Teraherz Folded Waveguide Traveling Wave Tubes / IEEE 15th Intl. Vac. Electron. Conf. IVEC 2017, 01. Monday, 04. Novel Slow Wave Structures, ID312].

Данная ЗС имеет ряд недостатков, ограничивающих возможность получения непрерывной выходной мощности более 10-50 Вт. Первый недостаток состоит в том, что такая ЗС может применяться только в ЛБВ с одним электронным потоком (в однолучевой ЛБВ). ЗС, содержащие изогнутый (петляющий) волновод, применяются преимущественно в ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн. Учитывая то, что критическая длина волны в волноводе (λкр) равна 2а, где а - размер широкой стороны волновода, в миллиметровом диапазоне длин волн широкие стороны волноводов имеют размеры не более 5 мм. Пролетные каналы для электронных потоков целесообразно размещать в области максимальных и близких к максимальным значениям напряженностей электрического поля в волноводе, поэтому оси пролетных каналов для электронных потоков в таких волноводных ЗС должны проходить через средние линии широких сторон волновода, а их диаметры должны выбираться из интервала 0,2-0,5 мм. Это ограничивает возможность применения в ЛБВ электронных потоков с током более 20-100 мА из-за увеличения плотности тока в них до 100-1000 А/см², что существенно сокращает возможность получения приемлемого токопрохождения в протяженных пролетных каналах малого диаметра и, соответственно, ограничивает возможность получения непрерывной выходной мощности более 10-50 Вт в однолучевой ЛБВ. Кроме этого, питающие напряжения у однолучевых ЛБВ существенно выше, чем у многолучевых ЛБВ. Второй недостаток состоит в том, что в таких ЗС длина волновода между участками взаимодействия электронного потока с электромагнитной волной в волноводе равна или мало отличается от длины волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот, что приводит к увеличению потерь СВЧ-мощности, уменьшению выходной мощности и КПД ЛБВ.

Также известна волноводная ЗС, используемая в ЛБВ и содержащая металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что его широкие стороны многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС в плоскостях, перпендикулярных этой оси, при этом длина волновода, соответствующая одному периоду ЗС, приближенно равна длине волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот.ЗС содержит пролетный канал прямоугольного поперечного сечения для прохождения ленточного электронного потока. В ЗС больший размер пролетного канала ориентирован вдоль линий, перпендикулярных узким сторонам волновода [А.Д. Григорьев, А.С. Иванов, В.А. Ильин, В.В. Лучинин, В.Н. Титов // Проектирование лампы бегущей волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов / Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. Вып. 4 (527). 2015. С. 28-34].

Недостатком данной ЗС является в первую очередь то, что такая ЗС может применяться только в однолучевой ЛБВ. Выходная непрерывная мощность этих ЛБВ существенно ниже, а питающие напряжения существенно выше, чем у многолучевых ЛБВ. Во-вторых, значительная часть пролетного канала ЗС находится в волноводной области, удаленной от максимальной напряженности электрического поля, что снижает эффективность взаимодействия электронного потока с электромагнитной волной в волноводе и КПД ЛБВ. В-третьих, в прямоугольных пролетных каналах ухудшается прохождение ленточных электронных потоков из-за их вращения в магнитном поле магнитной фокусирующей системы ЛБВ. В-четвертых, в таких ЗС длина волновода между участками взаимодействия электронного потока с электромагнитной волной в волноводе равна или мало отличается от длины волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот, что приводит к увеличению потерь СВЧ-мощности, уменьшению выходной мощности и КПД ЛБВ.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является волноводная ЗС ЛБВ, содержащая ввод СВЧ электромагнитной волны, вывод СВЧ электромагнитной волны и металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что его широкие стороны многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС в плоскостях, перпендикулярных этой оси. В широких сторонах волновода имеются цилиндрические отверстия, образующие для двухрядного прохождения электронных потоков два пролетных канала, оси которых параллельны продольной оси ЗС и расположены близко друг к другу и к оси волноводной ЗС в плоскости, разделяющей широкие стороны волновода пополам, причем длина волновода, соответствующая одному периоду ЗС, приближенно равна длине волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот [Е.А. Ракова, А.В. Галдецкий // Многолучевая "прозрачная" ЛБВ миллиметрового диапазона / Сборник статей Четвертой всероссийской конференции "Электроника и микроэлектроника СВЧ". Санкт-Петербург. 1-4 июня 2015. Том 1. С. 102-106].

Недостатком данной ЗС является то, что наличие двух пролетных каналов на одном периоде ЗС (при условии, что длина волновода, соответствующая одному периоду ЗС, приближенно равна длине волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот) приводит к тому, что длина пути распространения электромагнитной волны в волноводе между осями пролетных каналов в соседних участках волновода до изгиба и после изгиба волновода не совпадает с длиной этой волны в волноводе, поэтому возникают колебания фаз взаимодействия двух электронных потоков с электромагнитной волной в ЗС, что снижает выходную мощность и КПД ЛБВ, а также может приводить к появлению паразитных составляющих в спектре выходных сигналов ЛБВ. Также недостатком является то, что в таких ЗС длина волновода между участками взаимодействия электронного потока с электромагнитной волной в волноводе мало отличается от длины волны в волноводе на одной из частот рабочего диапазона частот, что приводит к увеличению потерь СВЧ-мощности, уменьшению выходной мощности и КПД ЛБВ.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение потерь СВЧ-мощности в волноводной ЗС ЛБВ О-типа, увеличение выходной мощности и КПД ЛБВ О-типа, а также уменьшение длины ЗС.

Технический результат достигается тем, что волноводная замедляющая система содержит СВЧ-ввод, СВЧ-вывод и металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что плоские участки его широких сторон многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС в плоскостях, перпендикулярных этой оси. В плоских участках широких сторон волновода имеются отверстия, образующие для прохождения электронных потоков пролетные каналы, оси которых параллельны продольной оси ЗС и расположены в плоскости, параллельной узким сторонам волновода и разделяющей широкие стороны волновода пополам.

При этом длины каждого из плоских участков широких сторон волновода, расположенных между его изгибами, равны одному и тому же целому числу n длин волн электромагнитной волны в волноводе на средней частоте рабочего диапазона частот (f_CP), при (w/λ_B)≥n≥2, где:

n - целое число, количество длин волн электромагнитной волны в волноводе на f_CP;

λ_B - длина электромагнитной волны на f_CP в волноводе, м;

w - длина каждого плоского участка широкой стороны волновода, м.

Имеющиеся в плоских участках широких сторон волновода отверстия образуют для прохождения электронных потоков k=n⋅m пролетных каналов при

λ_B/(h+d)≥m≥2, где:

m - целое число, количество пролетных каналов на длине волновода, равной одной длине электромагнитной волны на f_CP в волноводе;

h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов, м;

d - размер пролетного канала по прямой, проходящей через оси отверстий любых соседних пролетных каналов в плоскостях, перпендикулярных оси ЗС, м.

Для обеспечения синхронизма движения в ЗС электромагнитной волны на f_CP и электронных потоков период ЗС должен удовлетворять условию

P_ЗС=2qT_Р⋅5,932⋅10⁵⋅(U_ЗС)^0,5, где:

Р_ЗС - период ЗС, м;

Т_Р - период колебаний электромагнитной волны в волноводе на f_СР, с.;

U_ЗС - напряжение ЗС относительно катода ЛБВ О-типа, В;

q - параметр, определяющий длину участков модуляции электронных потоков по плотности, выбираемый в интервале значений 0,5≤q≤3, причем для ЗС с постоянным периодом q имеет постоянное значение на всей длине ЗС, а для ЗС с переменным периодом q имеет переменное значение на всей длине ЗС или на любой ее части.

При этом изгибы волновода, соответствующие каждому периоду ЗС, имеют длину S_изг, равную q⋅λ_B, где q имеет одно и то же значение для изгиба волновода и соответствующего ему периода ЗС.

Пролетные каналы могут быть взаимно расположены на расстоянии, соответствующем условию, исключающему взаимное влияние в волноводе пространственных зарядов соседних электронных потоков в ЛБВ О-типа: h≥b, где:

h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов, м;

b - размер узкой стороны волновода, м.

Также пролетные каналы в поперечном сечении могут иметь форму прямоугольников, большая сторона которых перпендикулярна узким стенкам волновода.

Увеличение длины плоских участков широких сторон волновода на периоде ЗС позволяет значительно увеличить количество пролетных каналов в ЗС. Дополнительное увеличение количества пролетных каналов и уменьшение расстояний между участками взаимодействия электромагнитной волны с электронными потоками в ЗС достигается за счет увеличения количества каналов на длине волновода, равной длине электромагнитной волны в волноводе на f_CP. Увеличение количества пролетных каналов и уменьшение расстояний между участками взаимодействия электромагнитной волны с электронными потоками в ЗС, обеспечение эффективной модуляции электронных потоков по плотности в совокупности с обеспечением синхронизма движения электромагнитной волны и электронных потоков в ЗС при соответствии предлагаемому решению условий по ее периоду и размещению пролетных каналов позволяет увеличить количество электронных потоков в ЛБВ О-типа и суммарный ток этих электронных потоков, соответственно также увеличить суммарную мощность электронных потоков, которая передается электромагнитной волне в волноводе, и уменьшить потери СВЧ-мощности между участками взаимодействия электронных потоков с электромагнитной волной в ЗС. Это приводит к уменьшению потерь СВЧ мощности в ЗС, уменьшению длины этой ЗС, увеличению выходной мощности и КПД ЛБВ О-типа. Изменение периода ЗС вдоль ее длины при изменении параметра q позволяет управлять условиями взаимодействия электронных потоков с электромагнитной волной в ЗС, что обеспечивает дополнительное увеличение выходной мощности и КПД ЛБВ О-типа. Кроме того, уменьшение длины ЗС позволяет создавать в пролетных каналах ЗС магнитные фокусирующие поля с большой индукцией с помощью магнитных систем с уменьшенными габаритами и массой.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом. На Фиг. 1 представлены продольное и поперечное сечения волноводной ЗС в частном случае ее выполнения, содержащей 7 пролетных каналов, где:

1 - ЗС, выполненная согласно предлагаемому решению;

2 - СВЧ-ввод;

3 - СВЧ-вывод;

4 - металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, выполненный согласно предлагаемому решению;

5 - пролетные каналы для прохождения электронных потоков;

b - размер узкой стороны волновода;

h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов;

d - размер пролетного канала по прямой, проходящей через оси отверстий любых соседних пролетных каналов в плоскостях, перпендикулярных оси ЗС;

w - длина плоского участка широкой стороны волновода;

Р_ЗС - период ЗС;

Sp_ЗС - длина волновода, соответствующая одному периоду ЗС;

S_изг - длина изгиба волновода.

Волноводная замедляющая система ЛБВ О-типа (1), выполненная согласно предлагаемому решению, содержит СВЧ-ввод (2) для соединения ЗС (1) с входной волноведущей системой и согласования их волновых сопротивлений; СВЧ-вывод (3) для соединения ЗС (1) с выходной волноведущей системой и согласования их волновых сопротивлений; металлический волновод (4) прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что плоские участки его широких сторон многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС (1) в плоскостях, перпендикулярных этой оси, и имеющий в плоских участках широких сторон отверстия, образующие для прохождения электронных потоков пролетные каналы (5), оси которых параллельны продольной оси ЗС (1) и расположены в плоскости, параллельной узким сторонам волновода (4), разделяющей широкие стороны волновода (4) пополам.

На длине (Sp_ЗС) волновода (4), соответствующей одному периоду ЗС (1), между его изгибами имеются плоские участки широких сторон волновода (4), длины которых равны одному и тому же целому числу п длин волн электромагнитной волны в волноводе на средней частоте рабочего диапазона частот (f_СР) при (w/λ_B)≥n≥2, где n - целое число, количество длин волн электромагнитной волны в волноводе (4) на f_CP; λ_B - длина электромагнитной волны на f_CP в волноводе (4), м; w - длина плоского участка широкий стороны волновода (4), м. Имеющиеся в широких сторонах волновода (4) отверстия образуют для прохождения электронных потоков k=n⋅m пролетных каналов (5) при λ_B/(h+d)≥m≥2, где m - целое число, количество пролетных каналов (5) на длине волновода (4), равной одной длине электромагнитной волны на f_CP в волноводе (4); h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов (5), м; d - размер пролетного канала (5) по прямой, проходящей через оси отверстий любых соседних пролетных каналов (5) в плоскостях, перпендикулярных оси ЗС (1), м. Для обеспечения синхронизма движения в ЗС (1) электромагнитной волны на f_CP и электронных потоков период ЗС (1) удовлетворяет условию P_ЗС=2qT_Р⋅5,932⋅10⁵⋅(U_ЗС)^0,5, где Р_ЗС - период ЗС (1), м; Т_Р - период колебаний электромагнитной волны в волноводе (4) на f_СР, с; U_ЗС - напряжение ЗС (1) относительно катода ЛБВ О-типа, В. q - параметр, определяющий длину участков модуляции электронных потоков по плотности, выбирается в интервале значений 0,5≤q≤3, причем для ЗС (1) с постоянным периодом q имеет постоянное значение на всей длине ЗС (1), для ЗС (1) с переменным периодом, q имеет переменное значение на всей длине ЗС (1) или на любой ее части. При этом изгибы волновода (4), соответствующие каждому периоду ЗС (1), имеют длину S_изг, равную q⋅λ_B, где q имеет одно и то же значение для изгиба волновода (4) и соответствующего ему периода ЗС (1).

При этом возможно исполнение ЗС, в котором пролетные каналы (5) взаимно расположены на расстоянии h≥b, где h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов (5), м; b - размер узкой стороны волновода (4), м.

Кроме того, возможно исполнение ЗС с пролетными каналами (5), имеющими в поперечном сечении форму прямоугольников, большая сторона которых перпендикулярна узким стенкам волновода (4). Такое исполнение ЗС применяется в ЛБВ О-типа с ленточными электронными потоками и позволяет увеличить суммарный ток электронных потоков ЛБВ О-типа и соответственно увеличить его выходную мощность. При этом не происходит существенного ухудшения прохождения электронных потоков в прямоугольных пролетных каналах (5) ЗС (1) из-за меньшей длины предлагаемой ЗС (1) и малости угла поворота ленточных электронных потоков в магнитном поле магнитной фокусирующей системы ЛБВ О-типа.

Волноводная замедляющая система (1) ЛБВ О-типа (ЗС) работает следующим образом. В ЛБВ О-типа на СВЧ-ввод (2) подается электромагнитная волна на частоте рабочего диапазона частот. Из СВЧ-ввода (2) электромагнитная волна поступает в металлический волновод (4) прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что плоские участки его широких сторон многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС (1) в плоскостях, перпендикулярных этой оси, и движется по волноводу (4) к СВЧ-выводу (3). Волновод (4) имеет в плоских участках широких сторон отверстия, образующие для прохождения электронных потоков пролетные каналы (5), оси которых параллельны продольной оси ЗС (1) и расположены в плоскости, параллельной узким сторонам волновода (4) и разделяющей широкие стороны волновода (4) пополам. При прохождении через пролетные каналы (5) электронных потоков происходит многократное взаимодействие проходящей по волноводу (4) электромагнитной волны на частоте рабочего диапазона частот с электронными потоками, проходящими по пролетным каналам (5). Многократность взаимодействий и их количество обеспечивается тем, что на длине (Sp_ЗС) волновода (4), соответствующей одному периоду ЗС (1), между его изгибами имеются плоские участки широких сторон волновода (4), длины которых равны одному и тому же целому числу п длин волн электромагнитной волны в волноводе на средней частоте рабочего диапазона частот (f_СР) при (w/λ_B)≥n≥2, где n - целое число, количество длин волн электромагнитной волны в волноводе (4) на f_СР; λ_B - длина электромагнитной волны на f_СР в волноводе (4), м; w - длина плоского участка широкой стороны волновода (4), м, а имеющиеся в широких сторонах волновода (4) отверстия образуют для прохождения электронных потоков k=n⋅m пролетных каналов (5) при λ_B/(h+d)≥m≥2, где m - целое число, количество пролетных каналов (5) на длине волновода (4), равной одной длине электромагнитной волны на f_CP в волноводе (4); h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов (5), м; d - размер пролетного канала (5) по прямой, проходящей через оси отверстий любых соседних пролетных каналов (5) в плоскостях, перпендикулярных оси ЗС (1), м. При этом происходит модуляция электронных потоков по скорости электронов, образование и увеличение плотности электронных сгустков в каждом электронном потоке, причем образовавшиеся сгустки электронов в электронных потоках при движении в пролетных каналах (5) попадают в одну и ту же на всей длине ЗС (1), имеющую различные значения для разных пролетных каналов (5), фазу электромагнитной волны, проходящей в волноводе (4). При значении напряжения на ЗС относительно катода ЛБВ (U_ЗС), превышающем значение, соответствующее режиму полного синхронизма движения электронных потоков с электромагнитной волной, но близком к режиму синхронизма, происходит торможение электронных сгустков электронных потоков в тормозящих фазах электромагнитной волны в волноводе (4) и, за счет этого, происходит усиление мощности электромагнитной волны. Мощность электромагнитной волны увеличивается при взаимодействии с каждым электронным потоком при последовательном прохождении участков волновода (4) с пролетными каналами (5). При этом, за счет обеспечения синхронизма движения в ЗС (1) электромагнитной волны f_СР и электронных потоков, каждый электронный поток на всех участках взаимодействия с электромагнитной волной в волноводе (4) сохраняет свои фазовые условия взаимодействия в пределах, соответствующих усилению мощности электромагнитной волны до уровня насыщения. Синхронизм движения в ЗС (1) электромагнитной волны на f_СР и электронных потоков обеспечивается в результате того, что период ЗС (1) удовлетворяет условию P_ЗС=2qT_Р⋅5,932⋅10⁵⋅(U_ЗС)^0,5, где Р_ЗС - период ЗС (1), м; Т_Р - период колебаний электромагнитной волны в волноводе (4) на f_СР, с; U_ЗС - напряжение ЗС (1) относительно катода ЛБВ О-типа, В; q - параметр, определяющий длину участков модуляции электронных потоков по плотности, выбирается в интервале значений 0,5≤q≤3, причем для ЗС (1) с постоянным периодом, q имеет постоянное значение на всей длине ЗС (1), для ЗС (1) с переменным периодом q имеет переменное значение на всей длине ЗС (1) или на любой ее части; при этом изгибы волновода (4), соответствующие каждому периоду ЗС (1), имеют длину S_изг, равную q⋅λ_B, где q имеет одно и то же значение для изгиба волновода (4) и соответствующего ему периода ЗС (1). Увеличение количества пролетных каналов (5) и уменьшение расстояний между участками взаимодействия электромагнитной волны с электронными потоками в ЗС (1), обеспечение эффективной модуляции электронных потоков по плотности, в совокупности с обеспечением синхронизма движения электромагнитной волны на f_СР и электронных потоков в ЗС (1), при соответствии предлагаемому решению условий по ее периоду и размещению пролетных каналов (5), позволяет увеличить количество электронных потоков в ЛБВ О-типа и суммарный ток этих электронных потоков; увеличить суммарную мощность электронных потоков, которая передается электромагнитной волне в волноводе (4); уменьшить потери СВЧ-мощности между участками взаимодействия в ЗС (1). Это приводит к уменьшению потерь СВЧ-мощности в ЗС (1), уменьшению длины этой ЗС (1), увеличению выходной мощности и КПД ЛБВ О-типа. Изменение периода ЗС (1) вдоль ее длины при изменении параметра q позволяет управлять условиями взаимодействия электронных потоков с электромагнитной волной в ЗС (1), что обеспечивает дополнительное увеличение выходной мощности и КПД ЛБВ О-типа.

Кроме того, уменьшение длины ЗС (1) позволяет создавать в пролетных каналах (5) ЛБВ О-типа магнитные фокусирующие поля с большой индукцией с помощью магнитных систем с уменьшенными габаритами и массой.

В варианте исполнения ЗС (1), в котором пролетные каналы (5) взаимно расположены на расстоянии h≥b, где h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов (5), м; b - размер узкой стороны волновода (4), м; исключается взаимное влияние в волноводе (4) пространственньгх зарядов соседних электронных потоков в ЛБВ О-типа и обеспечивается улучшение токопрохождения в пролетных каналах (5) ЗС (1), уменьшается потребляемая мощность ЗС (1) и увеличивается КПД ЛБВ О-типа.

Кроме того, в исполнении ЗС с пролетными каналами (5), имеющими в поперечном сечении форму прямоугольников, большая сторона которых перпендикулярна узким стенкам волновода (4), в этих пролетных каналах (5) проходят ленточные электронные потоки, что позволяет дополнительно увеличить суммарный ток электронных потоков ЛБВ О-типа и соответственно увеличить его выходную мощность. При этом не происходит существенного ухудшения прохождения электронных потоков в прямоугольных пролетных каналах (5) ЗС (1) из-за меньшей длины предлагаемой ЗС (1) и, соответственно, малости угла поворота ленточных электронных потоков в магнитном поле магнитной фокусирующей системы ЛБВ О-типа.

Источники информации:

1. Г.А. Азов, М.В. Ефремова, В.А. Солнцев, С.А. Хриткин // Моделирование импульсной лампы бегущей волны трехмиллиметрового диапазона длин волн/ Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. №8. С.788-793.

2. Kwang Но Jang, Jin Joo Choi, Jong Hyun Kim // Experiments on Sub-Teraherz Folded Waveguide Traveling Wave Tubes / IEEE 15th Intl. Vac. Electron. Conf. IVEC 2017, 01. Monday, 04. Novel Slow Wave Structures, ID312.

3. А.Д. Григорьев, A.C. Иванов, В.А. Ильин, B.B. Лучинин, В.Н. Титов // Проектирование лампы бегущей волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов / Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. Вып. 4 (527). 2015. С. 28-34.

4. Е.А. Ракова, А.В. Галдецкий // Многолучевая "прозрачная" ЛБВ миллиметрового диапазона / Сборник статей Четвертой всероссийской конференции "Электроника и микроэлектроника СВЧ". Санкт-Петербург. 1 - 4 июня 2015. Том 1. С. 102-106.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к замедляющим системам для ламп бегущей волны (ЛБВ) и ламп обратной волны (ЛОВ) О-типа. Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение потерь СВЧ-мощности в волноводной ЗС ЛБВ О-типа, увеличение выходной мощности и КПД ЛБВ О-типа, а также уменьшение длины ЗС. Технический результат достигается тем, что волноводная замедляющая система содержит СВЧ-ввод, СВЧ-вывод и металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что плоские участки его широких сторон многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС в плоскостях, перпендикулярных этой оси. В плоских участках широких сторон волновода имеются отверстия, образующие для прохождения электронных потоков пролетные каналы, оси которых параллельны продольной оси ЗС и расположены в плоскости, параллельной узким сторонам волновода и разделяющей широкие стороны волновода пополам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Волноводная замедляющая система ЛБВ О-типа, содержащая СВЧ-ввод, СВЧ-вывод и металлический волновод прямоугольного поперечного сечения, изогнутый так, что плоские участки его широких сторон многократно пересекают продольную ось образованной таким образом ЗС в плоскостях, перпендикулярных этой оси, а в плоских участках широких сторон волновода имеются отверстия, образующие для прохождения электронных потоков пролетные каналы, оси которых параллельны продольной оси ЗС и расположены в плоскости, параллельной узким сторонам волновода и разделяющей широкие стороны волновода пополам, отличающаяся тем, что длины каждого из плоских участков широких сторон волновода, расположенных между его изгибами, равны одному и тому же целому числу n длин волн электромагнитной волны в волноводе на средней частоте рабочего диапазона частот (f_CP) при (w/λ_B)≥n≥2, где n - целое число, количество длин волн электромагнитной волны в волноводе на f_CP;

λ_в - длина электромагнитной волны на f_CP в волноводе, м;

w - длина каждого плоского участка широкой стороны волновода, м; а имеющиеся в плоских участках широких сторон волновода отверстия образуют для прохождения электронных потоков k=n⋅m пролетных каналов при λ_B/(h+d)≥m≥2, где m - целое число, количество пролетных каналов на длине волновода, равной одной длине электромагнитной волны на f_CP в волноводе; h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов, м; d - размер пролетного канала по прямой, проходящей через оси отверстий любых соседних пролетных каналов в плоскостях, перпендикулярных оси ЗС, м; причем для обеспечения синхронизма движения в ЗС электромагнитной волны на f_CP и электронных потоков период ЗС удовлетворяет условию P_ЗС=2qT_P⋅5,932⋅10⁵⋅(U_ЗС)^0,5, где Р_ЗС - период ЗС, м; Т_Р - период колебаний электромагнитной волны в волноводе на f_СР, с; U_ЗС - напряжение ЗС относительно катода ЛБВ О-типа, В; q - параметр, определяющий длину участков модуляции электронных потоков по плотности, выбираемый в интервале значений 0,5≤q≤3, причем для ЗС с постоянным периодом q имеет постоянное значение на всей длине ЗС, а для ЗС с переменным периодом q имеет переменное значение на всей длине ЗС или на любой ее части; при этом изгибы волновода, соответствующие каждому периоду ЗС, имеют длину S_изг, равную q⋅λ_B, где q имеет одно и то же значение для изгиба волновода и соответствующего ему периода ЗС.

2. Волноводная замедляющая система ЛБВ О-типа по п. 1, отличающаяся тем, что пролетные каналы взаимно расположены на расстоянии, соответствующем условию h≥b, исключающему взаимное влияние в волноводе пространственных зарядов соседних электронных потоков в ЛБВ О-типа, где h - размер между металлическими границами отверстий любых соседних пролетных каналов, м; b - размер узкой стороны волновода, м.

3. Волноводная замедляющая система ЛБВ О-типа по п. 1, отличающаяся тем, что пролетные каналы в поперечном сечении имеют форму прямоугольников, большая сторона которых перпендикулярна узким стенкам волновода.