МОЩНАЯ МНОГОСЕКЦИОННАЯ ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Советский патент 1994 года по МПК H01J25/34 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к приборам СВЧ (лампам бегущей волны, ЛБВ).

Известна ЛБВ [1] , в которой вблизи оси размещаются несколько замедляющих систем (3 с) спирального типа (спираль, кольцо-стержень). Системы связываются между собой через проводники и создают несколько цилиндрических каналов для электронных потоков, в результате чего повышается суммарная выходная мощность.

Однако именно из-за этого увеличивается вероятность распространения новых типов волн, а следовательно, понижается стабильность прибора.

Сложная конструкция и технология сборки, ограниченные теплоотвод и электрическая прочность, трудность обеспечения высокой точности расположения каналов замедляющей системы с учетом крепления системы на керамических изоляторах, что в свою очередь приводит к ограничению электрической прочности и ухудшению теплоотвода от замедляющих систем, т. е. к ограничению величины максимально допустимой импульсной и средней мощности прибора, близкое расположение каналов, ограничивающее размеры катода, - все это недостатки известной ЛБВ.

Известна также мощная многосекционная ЛБВ, содержащая электронную пушку, электродинамическую систему, состоящую из нескольких замедляющих систем, расположенных параллельно друг другу и симметрично вокруг оси прибора. Такая лампа позволяет повысить выходную мощность. Однако и она не лишена недостатков, а именно: замедляющая система имеет ограничения по усилению и выходной мощности ЛБВ из-за малого теплоотвода от внутреннего цилиндра и сложности фокусировки протяженного трубчатого электронного пучка; в ней может применяться только один тип фокусировки электронного пучка - однородное магнитное поле; и, кроме того, она сложна в изготовлении.

Цель изобретения - увеличение выходной мощности, коэффициента усиления и КПД, токопрохождения пучка на коллектор, повышение эффективности отбора мощности от электронного потока.

Поставленная цель достигается тем, что плоские замедляющие системы (меандровые, лестничные, гребенчатые, бугельные и др. ) расположены на внутренней стороне корпуса прибора и имеют вогнутую форму, образуя цилиндрический канал для прохождения электронного потока. Корпус выходной секции выполнен в виде усеченного конуса с увеличением диаметра в сторону коллектора. На его внутренней стороне закрепляются замедляющие системы, между которыми могут размещаться дополнительные замедляющие системы с поглотителями СВЧ-энергии на начальных участках. В этом случае канал выходной части прибора имеет коническую форму.

На фиг. 1 показана ЛБВ, общий вид; на фиг. 2 - секция ЛБВ, поперечное сечение; на фиг. 3 - то же, участки меандровых замедляющих систем загнуты к корпусу.

На корпусе 1 прибора через керамические изоляторы 2 закреплены четыре меандровые замедляющие системы 3. В средней секции ЛБВ замедляющие системы повернуты на некоторый угол относительно образующей корпуса. Между отдельными системами через перемычки 4 может осуществляться электрическая связь.

Каждая из секций имеет на концах ЗС или согласованные нагрузки - поглотители 5 СВЧ-энергии, или ввод и вывод энергии. Выходная секция имеет конусный корпус с расширением к коллектору. Здесь размещаются дополнительные замедляющие системы 6.

Волны электродинамической системы взаимодействуют с протяженным электронным пучком 7, сформированным с помощью пушки и фокусирующей магнитной системы, например соленоида.

Работа предлагаемого прибора принципиально ничем не отличается от работы обычной ЛБВ, поскольку в каждой из нескольких замедляющих систем осуществляется протяженное взаимодействие электромагнитной волны с электронным потоком. Отличие состоит лишь в том, что в обычной ЛБВ ввод и вывод энергии осуществляется с одной замедляющей системы, а в предлагаемой конструкции энергия подается и собирается с нескольких замедляющих систем.

В корпусе прибора, в зависимости от его диаметра и требуемой мощности, число замедляющих систем может быть различным. Элементы системы могут находиться на разном расстоянии от оси прибора. Каждая из систем взаимодействует с электронным потоком независимо друг от друга. Размеры электронного пучка могут быть большими. Они определяются рабочей длиной волны. Для фокусировки пучка можно применять различные магнитные системы и центробежную электростатическую фокусировку, если вблизи оси поместить стержень, на который подается дополнительный потенциал.

В фокусирующем магнитном поле и ЦЭФ возможна закрутка электронного потока, что может привести к связи между прямолинейно расположенными системами. Связь через электронный поток можно уменьшить, если системы развернуть на корпусе в соответствии с углом поворота электронного потока.

К пушке и коллектору такого прибора особых требований не предъявляется. Более того, используя пушку, легче решить задачу низковольтного управления. При этом снимаются ограничения по плотности тока.

В предложенной конструкции ЛБВ могут быть значительно повышены средняя и импульсная мощности за счет распределения мощности на нескольких ЗС, увеличения тока в пучке при сохранении высокого токопрохождения и улучшения теплоотвода от элементов системы. Рабочие напряжения в ЛБВ могут быть достаточно низкими, поскольку требуемую мощность можно получить, увеличивая число систем.

Применение широкополосных ЗС позволяет расширить полосу усиления мощных ЛБВ до 20% . Коэффициент усиления и КПД прибора возрастают за счет увеличения тока пучка и применения систем с высоким сопротивлением связи.

Проведенные приближенные расчеты параметров новой конструкции прибора и результаты экспериментальных исследований электродинамической системы показывают, что в ЛБВ могут быть реализованы высокие уровни мощности при широкой полосе частот. Например, в десятисантиметровом диапазоне длин волн при рабочих напряжениях 50-60 кВ на четырех ЗС возможно создание ЛБВ с выходной импульсной мощностью 1-2 МВт, средней 10-20 КВт, электронным КПД около 30% , усилением 40-50 дБ и полосой частот до 20% .

В трехсантиметровом диапазоне при напряжениях 10-15 кВ на четырех ЗС может быть достигнута мощность кВт со сравнительно высокими КПД и коэффициентом усиления. (56) 1. Патент США N 3054017, кл. 315-36, 11.09.62.

2. Патент ФРГ N 1206094, кл. 21 g 13/17, 16.06.58.

1. МОЩНАЯ МНОГОСЕКЦИОННАЯ ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ, содержащая электронную пушку, электродинамическую систему, состоящую из нескольких замедляющих систем, расположенных параллельно друг другу и симметрично вокруг оси прибора, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выходной мощности, коэффициента усиления и КПД, плоские замедляющие системы расположены на внутренней стороне корпуса прибора и имеют вогнутую форму, образуя цилиндрический канал для прохождения электронного потока. 2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью увеличения токопрохождения пучка на коллектор, корпус выходной секции выполнен в виде усеченного конуса с увеличением диаметра в сторону коллектора, а закрепленные на его внутренней стороне замедляющие системы образуют конический канал для прохождения электрического потока. 3. Лампа по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности отбора мощности от электронного потока, в выходной секции между замедляющими системами вдоль образующих конуса размещены дополнительные замедляющие системы с поглотителями СВЧ-энергии на начальных участках.