"РАРЕТРОН" - РАСПРЕДЕЛЕННО-РЕЗОНАНСНЫЙ ГЕНЕРАТОР "0" ТИПА КОРОТКОВОЛНОВОЙ ЧАСТИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН Советский патент 2006 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к области генерирующих устройств коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн и может быть использовано в качестве генератора средней мощности непрерывного действия (Р_вых.>100 Вт) в радиолокационных устройствах миллиметрового диапазона, многоканальной радиосвязи, для диагностики и ВЧ-нагрева плазмы, радиоспектроскопии и т.д.

Предлагаемая идея и на основе ее - принцип конструирования приборов позволяет значительно повысить выходную мощность и кпд приборов "0" типа коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн при использовании сравнительно низких анодных напряжений (U_а≤5,5 кВ).

В основу конструкции прибора кладется использование распределенно-резонансной замедляющей системы и волноводной системы распределенного отбора энергии. Первые испытанные экспериментальные образцы приборов при использовании секционированной гребенчатой замедляющей системы и волноводной системы распределенного отбора энергии обеспечили в непрерывном режиме работы на длине волны λ=3,95 мм при ускоряющем напряжении U_а≤5,5 кВ выходную мощность Р_вых≈120 Вт и электронный кпд (без рекуперации пучка) η=5%. Сравнение выходных параметров первых экспериментальных образцов приборов типа "Раретрон" с лучшими образцами миллиметровых ЛОВ, разработанных в проблемной лаборатории радиоэлектроники СГУ, имеющих аналогичную, но однородную гребенчатую замедляющую систему и один вывод энергии у пушечного конца, показывает, что применение распределенно-резонансной системы и системы распределенного отбора энергии повышает как электронный кпд, так и выходную мощность по крайней мере в 2 раза.

Судя по известным авторам литературным данным, выходные параметры разработанного прибора ("Раретрон") в 3-4-миллиметровом диапазоне длин волн являются рекордными для генераторов работающих при: относительно низких ускоряющих напряжениях (U_a≤5,5 кВ).

в) Перечень фигур на чертежах

фиг.1. На чертеже изображен общий вид прибора типа "Раретрон", состоящего из выходного волновода - 1, распределенного вывода энергии - 2, щелей связи волновода с секционированной гребенкой - 3, секционированной гребенчатой замедляющей системы - 4, отражающих элементов - 5, коллектора - 6, электронной пушки - 7, канала взаимодействия пучка с ВЧ-полем - 8.

фиг.2. На чертеже изображена часть секционированной замедляющей системы и распределенного вывода энергии, состоящая из секционированной гребенчатой замедляющей системы - 4, отражающих элементов - 5, распределенного вывода энергии - 2 и щелей связи волновода с секционированной гребенкой - 3.

фиг.3. На чертеже приведена таблица, экспериментально полученных электрических параметров прибора типа "Раретрон" и аналогичной ЛОВ с однородной гребенчатой замедляющей системой и одиночным выводом энергии.

г) Детальное описание изобретения

″Раретрон″ представляет собой резонансный генератор "0" типа, состоящий из следующих основных узлов: выходного волновода - 1, распределенного вывода энергии - 2, щелей связи волновода с секционированной гребенкой - 3, секционированной гребенчатой замедляющей системы - 4, отражающих элементов - 5, коллектора - 6, электронной пушки - 7, канала взаимодействия пучка с ВЧ-полем - 8.

Характерной особенностью конструкции лампы является использование последовательной цепочки резонансных колебательных систем - 4, представляющих собой участки замедляющей системы (в данном случае типа "гребенка"), разделенные отражающими элементами (5) (в данной конструкции отражающим элементом является достаточно короткий участок с пропуском напиловки). Использование достаточно короткой длины (l₁) каждого резонансного участка позволяет значительно повысить его добротность и тем самым повысить эффективность взаимодействия пучка с ВЧ-полем.

В испытанных конструкциях приборов использовалась гребенчатая замедляющая система, состоящая из 8-ми резонансных секций. Длина каждого участка замедляющей системы составляла l₁=6,75 мм. Длина каждого отражающего элемента составляла l₃=1,15. Отбор энергии от каждой резонансной секции производится с помощью щелевой волноводной антенны (2).

В соответствии с фиг.1 и 2 использовалось 4 щели связи волновода (3) с секционированной замедляющей системой (4). Использование количества щелей вдвое меньшее, чем число резонансных секций, позволяет (1) (2) при сохранении приемлемого значения нагруженной добротности каждой секции, производить отбор энергии от каждой резонансной секции, и значительно ослабить связь между щелями по замедляющей системе.

Использование в данной конструкции лампы принципа распределенного отбора ВЧ-энергии непосредственно из зоны энергообмена пучка и ВЧ-полей в малопотерную волноводную канализирующую систему (2) в значительной мере устраняет бесполезные ВЧ-потери в замедляющей системе, присущие обычным ЛОВ "0"-типа коротковолновой части миллиметрового диапазона с одним выводом энергии, использующим мелкоструктурные замедляющие системы, т.е. работающим при сравнительно низких ускоряющих напряжениях пучка (U_а<5÷6 кВ).

Одним из наиболее ответственных моментов конструирования приборов типа "Раретрон" является согласование длин резонансных секций (l₁) замедляющей системы и расстояний (l₂) между щелями распределенной волн сводной системы отбора энергии. Расчет длин (l₁) и (l₂) сводится к обеспечению одновременной возможности резонанса в секциях замедляющей системы и оптимальной фазировки в.ч. полей, трансформируемых из щелей в волновод отбора энергии.

Эксперимент показал, что расчетные длины волн, на которых обеспечивается оптимальная фазировка ВЧ-полей, совпадает с экспериментально замеренными длинами волн в точках максимальной мощности. Щели связи (3) располагаются над центрами отражающих элементов (5). В разработанных лампах использовалась простейшая диодная пушка (8), ленточный электронный пучок был наклонен к замедляющей системе (4). Основные экспериментальные данные по "Раретрону" приведены на фиг.3 (таблица). Для сравнения на этом чертеже приведены данные аналогичной ЛОВ, но с "однородной" по длине гребенчатой замедляющей системой и одним выводом энергии.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных устройствах миллиметрового диапазона и т.д. Техническим результатом является повышение выходной мощности и КПД прибора. Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательную цепочку резонансных отрезков гребенчатой замедляющей системы (линейных резонаторов), разделенных отражающими элементами, и волноводное устройство отбора СВЧ - энергии, устройство отбора СВЧ-энергии выполнено в виде щелевого волновода, связанного щелями связи, расположенными над центрами отражающих элементов, с цепочками линейных резонаторов. Количество линейных резонаторов может быть выбрано равным целым кратным от числа щелей связи, а длина каждого резонатора и расстояние между щелями выбраны такими, чтобы фазовый набег на этих участках был кратным π или 2π. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Распределенно-резонансный генератор "0" типа "Раретрон" миллиметрового диапазона длин волн, содержащий последовательную цепочку резонансных отрезков гребенчатой замедляющей системы (линейные резонаторы), разделенных отражающими элементами (например, в виде пропусков напиловки гребенки), а также волноводное устройство отбора СВЧ энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности и КПД прибора, устройство отбора СВЧ энергии выполнено в виде щелевого волновода, связанного щелями связи, расположенными над центрами отражающих элементов, с цепочкой линейных резонаторов.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения максимального отбора СВЧ энергии от цепочки линейных резонаторов, количество линейных резонаторов равно целым кратным от числа щелей связи, а длина каждого резонатора и расстояние между щелями выбраны такими, чтобы фазовый набег на этих участках был кратным π или 2π.