Замедляющая система для ламп бегущей волны Советский патент 1993 года по МПК H01J23/24 

ФигЛ

)« 4

Ы «У W

ы ы

Изобретение относится к конструированию приборов и устройств СВЧ, в частности к замедляющим системам ((ЗС) типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР), находящим применение в усилителях с длительным взаимодействием, а именно в лампах бегущей волны (ЛБВ).

Цель изобретения - улучшение подавления паразитного самовозбуждения на коротковолновой границе диапазона.

На фиг. 1 изображена предлагаемая см- стема, поперечный разрез; на фиг.2 - продольный разрез замедляющей системы с выступами, образованными на основаниях гребенок, со следующими обозначениями: зуб 1 гребенки, основание гребенки 2, элемент 3 оболочки, выступы 4, пролетный канал 5, резонаторный участок 6 ячейки ЗС, участок 7 щели связи.

На фиг.З и 4 изображены поперечный и продольный разрезы замедляющей системы с выступами на элементах оболочки; на фиг.З даны дисперсионные кривые в виде зависимости замедления фазовой скорости от длины волны для замедляющих систем без зуба 1, с выступами на основаниях гребенок 2 и с выступами, образованными эле- ментами 3 оболочки. Штриховкой обозначена область допустимого рассинх- ронизма.

Пересечение лучей р-2л vt 9 (где -сдвиг фазы поля в соседних ячейках) с дисперсионной кривой дает соответственно коротковолновую и длинноволновую границы полосы пропускания.

Предлагаемая система (см,фиг. 1, фиг.З) состоит из двух пар гребенок, образованных зубьями 1 и основаниями 2, соединенных элементами 3 оболочки. Причем гребенки каждой пары расположены зубьями навстречу друг к другу по обе стороны пролетного канала 5, выполненного в местах стыковки зубьев. Зубья первой пары гребенки проходят между зубьями второй пары, повернутой относительно первой на 90°. Между местами соединений гребенок с элементами оболочки по направлению к пролетному каналу выполнены выступы 4: на основаниях гребенок Z между зубьями 1 {см.фиг.1); в другом варианте предложенного устройства (см.фиг.З) выступы 4 выполнены из элементов 3 оболочки.

Система работает следующим образом.

При распространении электромагнитной волны в системе, изображенной на фиг. 1, с выступами 4 на основаниях 2 замедление ее фазовой скорости в области коротковолновой границы 2я (см.фиг.Б, кривая 2)

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

уменьшается по сравнению с системой без выступов (см.фиг.5, кривая 1) и оказывается ниже зоны допустимого рассинхронизма. В результате этого при подаче рабочего напряжения на замедляющую систему оно ке достигает величины, синхронной для граничной точки 2лг , и условия паразитного самовозбуждения на коротковолновой границе не возникают.

При прохождении электромагнитной волны в предложенной системе (см.фиг.З) с выступами 4 из элементов 3 оболочки замедление ее фазовой скорости в области коротковолновой границы (см.фиг.5, кривая III) увеличивается по сравнению с системой без выступов (фиг.5, кривая }) и оказывается выше зоны допустимого рассинхронизма. В момент подачи рабочего напряжения на замедляющую систему оно проходит через величину, синхронную для граничной точки 2 л, но так как эта величина не входит в область допустимого рас синхронмзма, то паразитное самовозбуждение предотвращается. Изменение замедления фазовой скорости в области коротковолновой границы полосы пропускания в замедляющей системе с выступом, приводящее к выходу граничной точки 2 тг из зоны допустимого рассинхронизма с сохранением рабочего диапазона, можно объяснить следующим образом. В данной замедляющей системе сложной конфигурации сочетаются электродинамические особенности систем типа цепочек связанных резонаторов (а именно диафрагмированный волновод с двумя индуктивными щелями связи, повернутыми в соседкмх ячейках на 90°) и штыревых систем (лестничные). Замедляющим системам такого типа (без выступов) характерна пологая дисперсионная кривая с граничной точкой 2 тг в области ,цопустимого рассинхронизма, вследствие чего существует опасность самовозбуждения на коротковолновой границе полосы при подаче рабочего напряжения из систему (см.фиг.5, кривая I). Наличие выступов 4 на основаниях 2 гребенок между зубьями 1 частично экранирует соседние зубья друг от друга, что равносильно уменьшению их высоты и соответственно уменьшению их эквивалентной емкости и индуктивности, приводящему к уменьшению длины волны 2 я - границы, более зависящей от высоты зубьев. Так как период замедля ои,ей системы сохраняется, то с уменьшением длины волны граничная точка соответствен ко жзется и по замедлению. При выборе высоты выступов согласно предложенному соотношению, эта точка выходит из области допустимого рассинхронизма..

Выступы А вносят изменение и R участок 7 щели связи, влияющий преимущественно на длинноволновую границу полосы. За счет выступа площадь поперечного сечения щели связи уменьшается и соответственно, снижается ее эквивалентная индуктивность. Но при этом за счет приближения выступа к зубьям повернутой на 90° пары гребенок (аналог диафрагмы в ЦСР) эквивалентная емкость средней части щели возрастает. В результате длинноволновая граница полосы ((р л на кривой 1, фиг.5), близкая к рабочей области частот, смещается в сторону меньших длин волн незначительно.

В замедляющей системе с выступами 4, образованными из элементов 3 оболочки (см.фиг.3,4) изменения вносятся как в резо- наторный участок ячейки замедляющей си- стемь | 6, так и в участок щели связи 7. При этом 3D счет выступа диаметр резонатора уменьшается, что влилет главным образом на 2л: границу, уменьшая ее длину волны, но высота зубьев при таком введении выступа сохраняется прежней, за счет чего умань- шение длины волны не велико. На длинноволновую границу ( (р л сильнее влияет участок щели связи, который в данном случае за сет выступа на оболочке уменьшается в этой части по площади и соответственно, уменьшается его индуктивность, но средняя часть щели, влияющая на емкость, не изменяется. При этом тг-граница смещается в коротковолновую сторону в большей степени, чем 2 л- граница, и дис- персионная кривая деформируется так, что в области коротковолновой границы (2 jr) крутизна ее возрастает. Имеющееся в данном случае небольшое смещение всей кривой из рабочей области в более низкие замедления можно легко восстановить параллельным переносом дисперсионной кривой за счет уменьшения зазора между зубьями. При выборе высоты выступа согласно предложенному соотношению за- медляющая система имеет дисперсионную кривую {см.фиг.5, кривые М) с граничной ручкой 2 я за пределами допустимой области рассинхронизма. Предельные соотношения для выбора высоты выступов h получены на основании экспериментального исследования дисперсионных характеристик предложенных замедляющих систем из следующих условий. Нижние пределы h получены из условия выхода граничной точ- ки /)-- 2 Л на дисперсионной кривой из области допустимого изменения фазовой скорости Уф (области допустимого рассинх- poHnsNsa в пределах рабочей полосы частот)

на 0,5% относительно крайнего значения Уф. Смещение на 0,5% обусловлено позмохс- ными флуктуациями параметров прибора, в связи с чем точно по крайнему значению Уф не рекомендуется определять нижний предел. Так при определении нижнего предела для высоты выступов, выполненных на основаниях гребенки, используется верхнее значение Уф (или соответственно нижнее допустимое значение замедления), то для системы с выступами на элементах оболочки - нижнее значение УФ (или соответственно верхнее допустимое значение замедления). Верхние пределы получены из условия смещения дисперсионной кривой в области рабочих частот из заданного диапазона изменения фазовой скорости. Допустимые пределы изменения фазовой скорости ± Д Уф, относительно среднего значения Уфо в рабочем диапазоне частот, определяются максимально допустимым параметром рассинхронизма Ьмакс по формуле

ДУф/АУфо (Ьмакс).С,

.где С - параметр усиления Пирса,

Данные замедляющей системы пред-, почтительнее применять в ЛБ8-коротковол- нового диапазона длин волн со средним уровнем мощности. Для таких приборов можно считать ± ДУф/Уфо ±5%, что и берут за основу при получении соотношений. Измерения дисперсии фазовой скорости проводились на моделях замедляющей системы в десятисантиметровом диапазоне длин волн методом малых резонансных возмущений. Результаты исследования для выбора пределов изменения высоты выступов сведены в таблицу, где указаны вид сметеп

мы, относительная высота выступа h(H ,

положение 2 лг - границы по замедлению относительно нижнего или верхнего края области допустимого рассинхронизмэ, положения участка рабочего диапазона частот по замедлению.

И.ч анализа приведенных данных для обеспечения стабильности замедляющей системы в области коротковолновой границы (2л: ) целесообразно выбрать пределы допустимых значений высоты выступов следующими: для замедляющей системы ЗС с выступами на основаниях гребенок h

о

(0,2 + 0,5).(Н -у), для ЗС с выступами, образованными из элементов оболочки h (0,3 + 0,4).(Н-|).

В рассмотренных вариантах предло- ж.енных замедляющих систем в случае выступов на основаниях, гребенок (см.фиг.1) ширина и толщина выступов совпадают с шириной м толщиной зубьев; в случае выступов, образованных элементами оболочки, выступы выполнены на всей внутренней ду- 5 re оболочки. Возможны изменения поперечных размеров выступов относительно размеров зубьев или выполнение выступов не на всей дуге оболочки. При этом несколько усложнится технология изготовления элементов с выступами.

(56) Патент ФРГ № 1804959, кл. 21д 13/17, опублик. 1968.

Патент США N; 4237402, кл. 315-3,5, опублик. 1980.

Формула изобретения

ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЛАМП БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ, вь(полненнэя в виде четырех гребенок, расположенных попарно с противоположных сторон пролетного канала зубьями навстречу одна другой и размещенных в оболочке, отличающаяся тем, что, с целью улучшения подавления паразитного самовозбуждения на коротковолновой границе диапазона, между гребенками на оболочке выполнены выступы, высота h которых в направлении оси пролетного канала выбрана из следующих выражений:

Ki Н-1

.h K2|H--|t.

е Н - высота зуба гребенки, мм;

а - ширина зуба в азимутальном направлении гребенки, мм;

KI, К2 - коэффициенты, зависящие от месторасположения выступов;

KI 0,2; Кг 0,5 - для случая расположения выступов в одной радиальной плоскости с зубьями;

KI 0,3; Ка 0,4 - для случая смещения оси выступов по азимуту на 45 относительно осей зубьев,

Изобретение относится к электронике. Замедляющая а1стема (ЗС) для ламп бегущей волны выполнена в виде четырех гребенок, расположенных попарно с противоположных сторон пролетного канала 5 зубьями 1 навстречу одна другой. Между гребенками имеются выступы 4, высота которых в направлении оси пролетного канала 5 выбрана из выражения, приведенного в описании изобретения. В ЗС подавляется паразитное самовозбуждение на коротковолновой границе диапазона. 5 ип, 1 табя

Фие.З

G 6

Физ.г

2

JIL иф

6

.

Фие.

.5