Изобретение относится к области ко.н- труировзиик приборов и устройств СВЧ, в астности к многорядным замедляющим ситемам (ЗС), находящим применение в приорах СВЧ типа ламп, бегущей волны и ламп братной волны.
Цель изобретения - подавление паразитных колебаний в широком диапазоне чатот,
Данкое изобретение позволяет также сохранить параметры рабочего типа волны без существенных усложнений конструкции ц нарушений области пространства взаимодействия.
На фиг. 1 изображена пптирядная встречно-штыревая замедляющая система D разрезе, в плоскости, перпендикулярной штьфям 1, ограниченная доумя стенками 2J на фиг. 2 приведено поперечное распределение электрического поля Ezm (z -значение продольной компоненты поля в точках х; Е/° - амплитуда поля) основного и высших типов вопн 8 пятиряднрй замедляющей системе с разным располо:;кением ограничивающих стенок; на фиг. 3 приведена зависимость коэффициентов усреднеяия квадрата поля типов волн многорядной системы бх. от поперечного сдвига фазы г/о- ля рядами - нэ фиг, 4 поотроеиа зазискмость )кцие.мтй поАавл.ен ,1Я гт xni. от. 0т для второго, и третьего TS-THSSB волны пятирядмоГг заме,,ля1ощей системы. ,
.Подавление паразитных колебаний, соответствующих высшмм типам волн, в дан- иой многорздной зймедляю.щей системе
штыреиого типа объйсняется тем фактом,
Что измёкеиие располо сеиия ограниш ваю- щих стенок сущестгзенио изменяет поперечное распределение поля и соотЕетственно усредненную величину его Для различных типов волн. Подбирай это положение, мож- нодобиться значительногоснйхеь(ия усред-. «енного поля высших типой волн do отношению к ocHOSHONty и тем самым снизить зффективкость возбуждения мк з С8Ч- приборе.
Влияние расположения ограничивающих стенок на поперечное распределение поля различных типов воли (т 1, 2, 3) пятирядной ctiCTeivtbt штыревого типа проиллюстрировано на фиг. 2 (расположение рядов и стенок дано схематично). Кривые распределения рассчитаны по формулам, полученным в предложении, так, что потенциалы поля на штырях в напраш}ен ад оси х изменяются по синусоидальному закону с фазовым сдвигом т между рядами, зависящим дпя данной замедляющей системы от
расстояния Р между крайним рядом и стенкой. Пунктирные линии соответствуют случаю расположени1я стенок в плоскостях
1/1/ симметрии системы (Р -;:;-), сплошные случаю, когда Р 5W. Как видно из фиг,2, поперечиое распределение поля в многорядной системе носит сложный характер, поэтому при определении зффективности
взаимодействия его с электронным пучком, характеризующей также л эффективность возбуждения данного типа волны, необходимо усреднять значение поля по оси х. Исследование зависимости козффицивита усреднения квадрата поля высших типов волн системы с различным числом рядов от фазового сдвиге ч/} т, определяемого величиной Р;
5хт
lElrn(x)dx.
WME/°,2
(1)
показало наличие областей max и min на
кривых б хт( г/ т)(см,фиг,3).
Велич иь -ipm может быть определена либо экспериментально -- по двум значениям, квадрата поля, измерзиным в разных очках XI и Х2 между рядам/л, или ь:а оснсваНИИ упрощающего предположения, что в нз- лрзвлении оси х р. 18жду ограничивающими стеикз. л п при произвольном расстоянии Р укладывается целое число вариаций поля, соответстоующих.яидексу типа волны m {как
и 8 случае расположенмя стенок Б плоскоv-j. стях симметрии системь при Р - -к-), тогда
1 Г ,,„
1
Р/0,5 W + N - 1
(2)
Таким обрезом, располагая ограничивающие на расстоянии Р, соответствующем min О хЕл двя данного высшего типа
волны, можно Добиться снижения эффективности его возбуждения Б СВЧ-приборе. Необходимо также отметить, что величина т не зависит от частоты, и снижение уровня поля высшего типа волны за счет
подбора положения стенок осуществляется ее всей полосе частот данного fwna аолны, т.е. в отличие.от прототипа в данном случае подавление паразитных колебаний широкополосно.
Для опре,делен /1я min, соответствующего минимальным значениям коэффициента ускорения и хт, необходимо продифференцировать зависимость б xmCt/J m) И, приравняв ее нулю, найти корни этого уравнения, затем
исследовать их на min. Подобные выкладки довольно громоздки ввиду сложности выражений E2m/x/Ez ° и соответственно д хт, поэтому для определения т mIn использовался более простой подход. Было установлено, НТО при усреднении дискретных величин Ezm - амплитуд поля над штырями, где k 1.2,....N - номер ряда, и при усреднении поля по .непрерывной координате X положение mln коэффициента усреднения сохраняется неизменным. Следовательно, т можно определить из боле простого выражения - коэффициента усреднения амплитуд поля над штырями
аи ); (
-If. , .1 vSlnV;mN .-2 J
В соответствии с выра ением (3) уравнение для определения mmln имеет вид:.
Nctg N V m ctg V m . (4 ) .
Обычно используемые в СВЧ-приборах повышенной мощности мнргорядные штыревые замедляющие системы со держат 3-6 рядов. Из рассмотрения зависимости бхт( т) в случае систем с разным числом рядов (пример для пятирядной штыре вой системы дан на фиг.З) можно отметить, что коэффициент усреднения поля основного типа волны (т 1) расчет с уменьшением поперечного фазового сдвига т (что соответствует отделению Стенок от крайних рядов), для второго типа (т 2) вначале растет, затем спадает, для третьего типа (т 3) зависимость (5хт( Vm) имеет max и mtn, для более высоких га max и mln чередуются.
Расчет коэффициента усреднения (выражение (5 хт приведено ниже) для пятйряд- ной системы при 0,5 W/L 0,577 показал, что при расположении стенок на расстоянии P/Cf,5W 6, соответствующем mln д хз (третьего типа) 0,3 , величина (5x3 0,132. что в 2,2 раза меньше коэффициента усреднения основного типа ((5x1 0,295). Если сравнить эти величины со случаем располЪ- жения стенок в плоскости симметрии (Р
Ч ,
0,5W. V 3 в ). где б хз 1.2. то видно
существенное увеличение подавления третьего типа волны в предложенном случае (P/0,5W-6).
5
Типы волн с номерами гп 3 отдалены по частоте от рабочего диапазона и не представляют опасности при работе прибора, поэтому положение ограничивающих сте- 5 нок относительно крайних рядов штырей выбирается из условия оптимального подавления второго и третьего типа волн, ближайших к основному. Учитывая, что коэффициент усреднения поля второго типа
10 волны уменьшается с отдалением стенок от крайних рядов, а для третьего тигта при определенном расстоянии Р между стенками и рядами, соответствующими t/ m mln, имеется Минимум (5хт. то для снижения отно-15 сительного уровня полей высших типов золи, ближайших к основному, предлагается располагать стенки в положении, соответствующем минимуму поля третьего типа 90ЛНЫ. Величина т Щ1п при ш 3 опреде0 ляется из уравнения (4);.
.
5 С учетом зависимости расстояния Р от поперечного фазового сдвига -(2} получают простое соотношение для определения расположения ограничивающих стенок по геометрическим .параметрам замедляю0 щей системы;
,5(N -f 1 )W, (5)
Как видно из уравнения (5), расстояние Р в 5 данном устройстве определяется числом ря- , дов и расстоянием между нИмм, частотной зависимости .
. Следует ограничить, количество рядов в пределах 3 N 8. При N 3 (N 2) 0 рассмотренный механизм подавления высших типов волн не работает, т.к. паразитный тип (т 2) не имеет экстремальной области лп1п на зависимости д х2 ( 2 ) При больших N(N 8), как показывает сравнение с экспериментом упрощение, допущенное выше при определении оптимального расстояния Р, оказывается слишком грубым. Это объясняется тем, что при больших N оптимальное значение Р (Р 0,5W (N+1) значительно возраст;ает по сравнению с Р 0,5W, соответствует случаю, когда стенки лежат в плоское™ симметрии замедляющей системы и выполняется строго синусоидальное распределение амплитуд поля по рядам В поперечном направлении. Это приводит к существенному отличию распределения поля от синусоидального с целым числом вариаций между стенками, т.е. нарушению
5
0
упрощающих предположений и росту погрешности а определении р.
Однако количество рядов в многорядных,замедляющих системах обычно не превышает 8, т.к. эффективность повышения мощности СВЧ-прибора при дальнейшем уееличений N снижается и усложнение конструкции не оправдано.
Пределы допустимых изменений величины Р, е которых работает преД|Поженное устройетво, выб(эаиы из устовия, что максимальное снижение коэффициента подавле- .ния Гт высших типов волн Г 2 и m 3, определяемого KiSK отношение коэффициентов д хт (основного и высших rTi 2,3),
порядка 10%.
Для обоснования пределов измерения Р был проведен расчет коэффициента и хт с использованием выражения для коэффициенга усреднения квадрата поля го- го типа волны многорядной 1итыревой системы с произвольным расположением ограничивающих стенок:
dxm(l)(-l)(
(N - i) vcosecy; : 2 N ,
I Ьзо:-.cosj . cosj mfbjj ;- ; 1 . j, - ;V22« л 2«-.Г2а
с;,„2 .,. , bin |-t;.-g-. -ym- , 2 1
NCfsh /3
{5Ь /б- ;ь2;Д-а)-2а,где - : .
л 1 / ch2;g cos m ,:
uxm -g 2 a-she:
. ch 2 a - 1 ... sh22a
« p W/D -./-tp- P/D .
Здесь p продольный период ЗС;
-фазовый сдвиг поля на периоде D.
График зависимости коэфф| 1циенг8 подавления Гт( t/ifn} для второго И
третьего типов волны пятирядной сгстемы с b.5W/D 0,577 приведён иа фиг. 4. Кривая для т 3 имеет острый max в област«1 0,5 , что соответствует 2P/W 6.
Допустимые пределы изменения величины Р вы&ргны из условия снижения коэффициента подавления Гт иа величину не более чем 10% для совокупности двух высших типов волн m 2,3, блих айших к основному, что вызвано необходимостью создания замедляющих систем с низким уровнем полей высших типов волн.для широкополосных СВЧ-приборов повышенной мощности.
С целью обоснования выбранных пределов изменения величины Р приводится
таблица расчетных значений коэффициента подавления гт (д) и его .енений
15
()
для 2-го и 3-то типов волн много рядных систем (N 3.4:5,б,7,3 0,5W/L 0,377, / 10/12Л, } при различных смещениях ограничивающих стенок из положения, 0 еоответствующего min «З, (см.таблицу). Здесь; д - параметр, характеризующий изменение Р. Он определяется как относительное изменение фазового угла pm. завмсящего от Р (по отношению к фазе 1/ тЗ JTiin - 0,5 УК т) N, соответствующей min дхЗ и равен
t)1 ,т((0..5ят)М),
Данный параметр нормирован к ш. Он не зависит от номера т /ша волны и более удобен, чем i/- m, для связи с конструктивным параметром Р. зависимость д от Р мож- но получить на основании пыражения (2):
,5
-b(1/N)(2 P/W -1)
Как видно из таблицы, при,смеш.ений ог- ранй1 иваюи их стенок из оптимального положения Р - p,5()W (еоответствует д 0} в сторону увеличения Р (д 0) величина коэффициента подавления i 2 второго типа возрастает (Аf 0), а в остальных случаях: m 2, Р
О { д 0) м,т - 3, Р
О ( д J 0) Гт
уменьшается (Агт 0), Мз анализа табличных данных f 10 изменению коэффициента подавления. второго и третьего типов волн с учетом максимально допустмгу ой величины уменьшения коэффициентг подавления Дгт по- .рядка t 0% -траницы изменения 3для совокупности типов волн m - 2 и m .3
составляют:-0,08 б +0,15.
На основании полученных аеличин можно вычислить границы допустимых изменений расстояния Р, учитывая приведенную
выше зависимость 6 (Р) и проводя дифференцирование:.
d(P)/d(5) -f + (1/N)v( )2.
В точке оптимального значения Р 0.5{N+1)W имеют:
10
0,5 ( N + 1 ) W - 0.8 N W Р 0,5(N + 1)-W+,16NW.
Таким образом, это paeciOHHvje между крайними рядами штырейг и cteнкaми обеспечивает подавление высоких типов волн в многорядной .замедляющей системе.
(56) Авторское свидетельство СССР 1 1148059, КЛ.Н 01 J 23/24, 16.08.83.
Андрушко Л.М. Экспериментальное ис- следсГйание двумерно-периодической заоптималТной величины а Ь в предепах - медляющей системе типа встречные 0,08 0.16 величина Р изменяется пластины. Сборник, вопросы электросвя- в пределах:аи, Киев, Техника. 1970. с. Ш-145.
d(P)NWcJ((5).
Следовательно при отклонении 6 от
0,5 ( N + 1 ) W - 0.8 N W Р 0,5(N + 1)-W+,16NW.
Таким образом, это paeciOHHvje между крайними рядами штырейг и cteнкaми обеспечивает подавление высоких типов волн в многорядной .замедляющей системе.
Продолжение таблицы
Формула изо€||)&твния
МНОГОРЯДНАЯ ЗАМЕДЛЯ101ДАЯ СИСТЕМА lilTblPEBOrp ТИПА, содержащая равнортетоящие один от другого ряды штырей и огра Нйченная в поперечном на- прав/гении стенкамм; отличанмцгяся тем, что, с Целью подавления паразтмыхко/иеПродолжение таблицы
бэйий в широком диапазоне частот, крайние ряды расположены от стенок на расстоянии Р, определяемом выражением
0.5 (N + 1)W - 0.08 NW Р 0,5(N +
+1)W + 0.16NW.
где N - число рядов, причем 3 s N 8;
W-расстояниемежду рядами.
1%/ ;ХгГ|
fftaf
тяЗ
.2
gitt 0.3
0.2 9Л
- ; -
6 Л1 e.i 9.S .s. 0.6 uf e.8 t jr..
. -. - . .... . ..
tffut.y
nw
ofZ
г,9
0 0.9 RZ 0.3 «« Й5 ff.ff 0.7 0.9 /.JL.-.) .,
0Ut.
Составитель Н.Логутко Редактор Т.Юрчикова Техред М.МоргенталКорректор С.Патрушева
Заказ 3241
ТиражПодписное
НПО Поиск F ocnareHTa 113035. Москва, Ж- 35. Раушская наб.,4/5
Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
