ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Советский патент 1970 года по МПК H01J23/87 

Изобретение относится к электронным СВЧприборам, а именно - к лампам бегущей волны (ЛБВ) с невзаимным поглощением СВЧэнергии.

Известны ЛБВ со спиральной замедляющей системой и невзаимным (то есть поглощающим встречную волну в больщей степени, чем прямую) поглотителем, размещенным между входом и выходом ЛБВ. В основном, это ЛБВ с фокусировкой электронного потока однородным продольным магнитным полем. Преимущество невзаимных поглотителей заключается в усилении развязки выхода От входа и уменьщении поглощения полезной прямой волны но сравнению с ЛБВ, имеющими взаимные (нз аквадага, ниролизного углерода) поглотители.

Невзаимные поглотители для однородных нодмагничивающих полей предста.вляют собой однородные ферритовые стержни, трубки и спирали или неоднородные спирали и трубки, а также системы произвольно расположенных ферритовых колец различного диаметра. Однако такие поглотители непригодны для ЛБВ с фокусировкой электронного луча магнитным полем, периодически меняющим свое направление вдоль лампы, так как в протяженной или (в общем случае) в разрывной (когда период разрывов не совпадает с периодом нодмагничивающего поля, нли разрывы апериодичны) ферритовой дегали прямая и встречная волны в равной степени проходят чередующиеся участки слабого и сильного поглощения, соответствующие участкам с взаимно противоположными направлениями продольной составляющей подмагничивающего поля. Поэтому в ЛБВ с магнитной периодической фокусирующей системой (МПФС) невзаимный поглотитель выполнен в виде ферритовых элементов, использующих остаточную немагниченность после предварительного намагничивания по азимуту, а не поле фокусирующей подмагничивающей системы. Хотя, как доказано экспериментально и теоретически, азимутально намагниченный феррит создает невзаимное поглощение в спирали, использование остаточной намагниченности ненаделчно, ибо она у ферритов СВЧ сильно зависит от температуры и значительно сокращается при нагревании в пределах обычных атмосферных температур (до--1-60°С).

Целью изобретения является обеспечение стабильного невзанмного поглощения энергии СВЧ-диапазона и возможность изменения частотного диапазона поглощения.

Для достижения этой цели в ЛБВ со спиральной замедляющей системой и МПФС, состоящей из последовательно установленных кольцевых аксиально намагниченных магнитов, между которыми располонсены кольцедрического объема, ограниченного МПФС, размещены чередующиеся ферритовые и немагнитные изолирующие элементы (например, в виде колец или стержней), причем ферритовые элементы расположены в областях мелсду полюсными наконечниками МПФС, где продольное магнитное поле имеет одинаковое направление.

Для увеличения невзаимного поглощения в узкой .полосе частот ферритовые элементы расположены с периодом, равным или в целое число раз превышающим период МПФС, в областях продольного магнитного поля одинаковой величины.

Для расширения полосы поглощаемых частот ферритовые элементы могут быть смещены относительно середины области между полюсными наконечниками на различные для каждого элемента, но не превышающие четверти периода МПФС расстояния.

На фиг. 1 показана предложенная ЛБВ с периодическим расположением ферритовых элементов; на фиг. 2 - то же, с непериодическим расположением ферритовых элементов.

Замедляющая система 1 представляет собой цилиндрическую спираль из проводящей проволоки круглого или прямоугольного сечения, закрепленную в направляющих изолирующих стержнях или туго посаженную внутрь калиброванной изолирующей трубки 2 (стеклянной, кварцевой, сапфировой или керамической). Для фокусировки электронного потока, проходящего внутри системы 1, использована МПФС из кольцевых постоянных магнитов 3, намагниченных вдоль образующей и набранных в пакет так, что поле каледого магнита .направлено навстречу полям обоих соседних магнитов (направления магнитных полей показаны стрелками). Большая часть магнитного потока ответвляется внутрь замедляющей системы 1 кольцевыми полюсными наконечниками 4.

Невзаимный поглотитель набран из периодически чередующихся ферритовых СВЧ 5 и немагнитных диэлектрических 6 элементов (колец). Период набора равен периоду подмагничивающей системы, а ферритовые элементы 5, имеющие длину менее половины периода, расположены в областях продольной составляющей поля с одинаковым направлением (фиг. 1). Диэлектрические элементы 6 для уменьшения внутренних отражений СВЧволны имеют диэлектрическую проницаемость, примерно равную диэлектрической проницаемости феррита. Концы набора согласованы по. СВЧ плавным уменьшением тела поглотителя. При таком размещении постоянно подмагничиваемых ферритовых элементов 5 их нестабильность (временная и температурная) связана только с нестабильностью постоянных магнитов 3, которая гораздо ниже, чем нестабильность ферритов СВЧ.

вые элементы в область большего или меньшего продольного поля и тем самым управлять частотой поглощаемой волны, которая пропорциональна величине подмагничивающего поля в феррите. Таким образом, ферритовые элементы 5, оставаясь в областях с одинаковым направлением продольного подмагничивающего поля, могут быть размещены непериодически, т. е. на различных расстояниях

друг от друга (фиг. 2) так, что различные ферритовые элементы 5 будут подмагничиваться различными по величине внешними продольными полями. При этом та-к как частогы волн, поглощаемых различными ферритовыми элементами 5, пропорциональны напряженности подмагничивающего поля, они будут огличаться друг от друга, и невзаимный поглотитель в целом будет более широкополосным, чем при периодическом размещении элемеитов. Достижение широкополосности с помощью одинаковых и, следовательно, более простых и дешевых ферритовых деталей является одним из преимуш,еств предложенного уст.ройства.,Очевидно, все свойства и преимущества невзаимного поглотителя сохраняется, если период размещения ферритовых элементов 5 будет превышать период МПФС в целое число раз.

Предмет изобретения

1. Лампа бегущей волны (ЛБВ) со спиральной замедляющей системой и магнитной периодическойфокусирующей системой

(МПФС), состоящей из последовательно установленных кольцевых магнитов, между которыми расположены кольцевые полюсные наконечники, отличающаяся тем, чго, с целью обеспечеР1ия стабильного невзаимного поглощения

энергии СВЧ-диапазона и возможности изменения частотного диапазона поглощения, внутри цилиндрического объема ЛБВ, ограниченного МПФС, размещены чередующиеся ферритовые ,и немагнитные изолирующие элементы (например, в виде колец или стержней), причем ферритовые элементы расположены в областях между полюсными наконечниками МПФС, где продольное магнитное поле имеет одинаковое направление.

2. ЛБВ по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью получения увеличенного невзаимного поглощения энергии СВЧ-диапазона в узкой полосе частот, ферритовые элементы расположены периодически с периодом, равным или в

целое число раз превышающим период МПФС, в областях продольного магнитного поля одинаковой величины.

3. ЛБВ по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью расширения полосы поглощаемых частот, ферритовые элементы смещены относительйо середины области между полюсными наконечниками на различные для каждого элемента, но не превышающие четверти периода МПФС расстояния.

J

/7 7/

//

/7

//

6

:s

///L

7.-

.2