МНОГОЛУЧЕВОЙ СВЧ-ПРИБОР ТИПА О Советский патент 1994 года по МПК H01J25/34 

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к вакуумным электронным приборам СВЧ, и может быть использовано при разработке клистронов, ламп бегущей волны (ЛБВ) и их гибридов.

Известны многолучевые приборы СВЧ, в которых используется несколько спиралей. Однако эти приборы не достигли стадии промышленного выпуска, что вообще проблематично из-за сложности изготовления спиральных замедляющих систем (ЗС). Периодическая система, представляющая собой диафрагмированную коаксиальную линию, предназначенную для использования в качестве ЗС многолучевой ЛБВ, также не применяется в разработках приборов вследствие недостаточной механической жесткости и большого числа нежелательных видов колебаний. Другая периодическая система, выполненная из коаксиальных резонаторов, также не лишена ряда недостатков. Эта система имеет малое сопротивление связи, так как ее рабочей пространственной гармоникой является +1-гармоника. В ней существует множество видов волн с неоднородным распределением поля по азимуту, что связано с ее слишком большим поперечным размерами (около 2 λ, где λ средняя длина волны рабочей полосы пропускания).

В настоящее время в промышленных разработках многолучевых ЛБВ наиболее широко применяется ЗС типа цепочки тороидальных резонаторов, связанных индуктивными щелями связи. Щели связи в таких системах выполнены на периферии диафрагмы, разделяющей резонаторы, а каналы для электронных лучей во втулках, расположенных на диафрагмах. Достоинством цепочки связанных тороидальных резонаторов являются простота конструкции, высокая жесткость и теплорассеивающая способность, малые поперечные размеры (около λ /2). Недостатками этой конструкции являются малое сопротивление связи, что не позволяет получить в приборах высоких значений параметра усиления, и небольшая площадь поперечного сечения, на которой сопротивление связи имеет приемлемую величину. Последний недостаток не позволяет использовать в многолучевых приборах большие величины суммарного тока электронных лучей и вызывает большие технологические трудности при изготовлении приборов. Рассмотренные недостатки приборов с цепочками тороидальных резонаторов связаны с тем, что рабочей гармоникой этой системы является +1-гармоника и наиболее интенсивное продольное электрическое поле оконцентрировано в области, прилегающей к оси ЗС (рабочий тип волны имеет структуру, близкую к структуре ТМ₀₁-волны).

Целью изобретения является увеличение параметра усиления и упрощение технологии изготовления многолучевых СВЧ-приборов типа О.

Это достигается тем, что в каждом резонаторе перпендикулярно его оси установлен проводящий диск, радиальные поверхности которого соединены с торцами втулок, каналы для электронных лучей выполнены вдоль осей, проходящих вблизи края диска, а щели связи прорезаны напротив мест соединения втулок с дисками.

На чертеже изображен предложенный многолучевой прибор.

Многолучевой СВЧ-прибор типа О содержит резонаторы 1, в которых перпендикулярно осям резонаторов установлены проводящие диски 2, соединенные с втулками 3, расположенными на диафрагмах 4, разделяющих резонаторы 1, пролетные каналы 5 выполнены вдоль осей, проходящих вблизи краев проводящих дисков 2, щели связи 6 пpоpезаны в диафрагмах 4 напротив мест соединений дисков 2 с втулками 3.

Аксиальной компоненты электрического поля распределена вдоль радиуса тороидального резонатора. Поле максимально вблизи оси такой системы, поэтому электронные лучи должны быть сконцентрированы около нее. Помещение в тороидальные резонаторы проводящих дисков и соединение их с втулками коренным образом изменяет распределение поля в резонаторах. Теперь аксиальное электрическое поле уже равно О вблизи оси резонатора и максимально на его периферии.

Конструктивные отличия новой системы приводят не только к изменению распределения поля вдоль радиуса резонатора (здесь мы говорим о распределении поля только вдоль радиуса, так как рассматривается аксиально-симметричный тип волны, который является пока единственным, широко используемым в промышленных разработках СВЧ-приборов), но и к изменению знака дисперсии основной пространственной гармоники рабочей полосы пропускания.

В отличие от известной системы, состоящей из однозазорных резонаторов, новая система выполнена из двухзазорных резонаторов. Поэтому в ней существуют полосы пропускания, в которых распространяются волны, связанная с противофазным и синфазным резонансами. Рабочей является волна, связанная с первым резонансом, так как ее полоса пропускания наиболее длинноволновая. Рассмотрим колебания в двух резонаторах при фазовом сдвиге на резонатор ϕ, равном 0 и π. В отсутствие связи между резонаторами их собственные длины волн будут одинаковы. Прорезание щели связи между резонаторами при ϕ 0 приведет к возмущению магнитных полей в резонаторах, так как в несвязанных резонаторах они имели противоположные направления с разных сторон диафрагмы. При ϕ π поля не изменятся, так как они до прорезания щели имели одинаковые направления по обеим сторонам диафрагмы. Таким образом, в новой системе длина волны π -вида останется неизменной, а длина волны 0-вида увеличится, т.е. знак дисперсии основной гармоники рабочей полосы пропускания предлагаемой системы станет положительным.

Результаты экспериментальных исследований электродинамических характеристик предлагаемой системы показали, что ее сопротивление связи (R) составляет 30 60 Ом. В известной многолучевой системе оно составляет 6 15 Ом. Таким образом сопротивление связи предлагаемой системы по крайней мере в 4 раза больше, чем у известной. Диаметр, на котором расположены каналы для электронных потоков, в известной системе составляет около 0,4 диаметра резонатора, а в предлагаемой 0,8. Поэтому через новую систему можно пропустить ток по крайней мере в 2 раза больший, чем через известную.

Так как параметр усиления ЛБВ
C= где R сопротивление связи, Ом;
I суммарный ток электронных лучей, А;
V напряжение лучей, В, то при фиксированном V его величина для многолучевой ЛБВ, в которой используется предлагаемая система, будет примерно в 2 раза больше, чем для известной.

Таким образом, из изложенного следует, что рассматриваемый многолучевой СВЧ-прибор имеет более высокий параметр усиления, чем известный, т.е. большее усиление. Технология изготовления этого прибора существенно проще: упрощается изготовление многолучевой электронно-оптической системы, требуется меньше деталей для его изготовления.

МНОГОЛУЧЕВОЙ СВЧ-ПРИБОР ТИПА О с замедляющей системой в виде цепочки резонаторов, связанных щелями, в которой каналы для электронных лучей выполнены во втулках, расположенных на диафрагмах, разделяющих резонаторы, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления прибора, а также упрощения технологии его изготовления, в резонаторах перпендикулярно их оси установлены проводящие диски, радиальные поверхности которых соединены с втулками, причем каналы для электронных лучей выполнены вдоль осей, проходящих у краев дисков, а щели связи прорезаны в диафрагмах напротив мест соединения втулок с дисками.

МНОГОЛУЧЕВОЙ СВЧ-ПРИБОР ТИПА О с замедляющей системой в виде цепочки резонаторов, связанных щелями, в которой каналы для электронных лучей выполнены во втулках, расположенных на диафрагмах, разделяющих резонаторы, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления прибора, а также упрощения технологии его изготовления, в резонаторах перпендикулярно их оси установлены проводящие диски, радиальные поверхности которых соединены с втулками, причем каналы для электронных лучей выполнены вдоль осей, проходящих у краев дисков, а щели связи прорезаны в диафрагмах напротив мест соединения втулок с дисками.