Неоднородная замедляющая система Советский патент 1993 года по МПК H01J23/24 

Изобретение относится к радиоэлектонике СВЧ. а именно к замедляющим сисемам, и может быть использовано в СВЧ риборах с длительным взаимодействием ипа ламп бегущей волны (ЛБВ), а также в инейных ускорителях частиц.

Одним из- методов повышения эффекивности взаимодействия электронного пучка с полем электромагнитной волны в казанных приборах является изменение азовой cKopocTvt болны по длине замедляющей системы для поддержания синхрониации пучка и волны, что достигается применением неоднородных замедляющих систем с соответствен ни изменяющимися по длине геометрическими параметрами ячеек., (

Известна неоднородная замедлякЙцау система для линейных ускорителей и ламп обратной волны М типа, образованная расположенной в волноводе последовательно-. стью трубок дрейфа на встречных металлических стержнях, в которой между трубками дрейфа введен огибающий их зигзагообразный проводник, причем расстояние между трубками дрейфа и размеры зигзагообразного проводника изменяются по длине системы в определенной зависимости друг от друга.

Указанная система имеет достаточно больщие габарить и вес.

Наиболее близкой к изобретению является неоднородная замедляющая система, включающая расположение вдоль продольной оси волновода трубки дрейфа, соединенные с внутренней поверхностью волновода посредством металлических стержней, в который для изменения фазовой скорости расстояние между трубками дрейфа и продольный размер трубок дрейфа монотонно уменьшаются от одного конца замедляющей системы к другому.

Такое нарушение периодичности системы в области пространства взаимодействия ведет к существенному снижению сопротивления связи и к возрастанию потерь: кроме того, изменение фазовой скорости волны в системе за счет постепенного уменьшения периода имеет ограничение. Выше определенного критического значения уменьшения фазовой скорости в лампе могут возбудиться колебания на обратной волне вблизи я -вида, т.к. низкочастотная граница полосы ( тг-вид) замедляющей системы с минимальным в данной неоднородности лампе периодом оказывается в облзсти зэмедлений. соответствующих ускоряющему напряжению пучка. Диапазон

изменения фазовой скорости в системах с уменьшающимся периодом будет тем уже. чем ближе к я-виду расположена рабочая полоса частот прибора, но именно . область фазовых сдвигов (1,3-1,1 я) наиболее выгодна для работы приборов указанного типа с точки зрения величины сопротивления связи.

Целью изобретйния является расширение диапазона изменения фазовой скорости электромагнитной волны вдоль длины замедляющей системы при сохранении неизменными по длине системы периода трубок дрейфа и поперечных размеров волновода.

Поставленная цель достигается тем, что в неоднородной замедляющей системе, включающей расположение в волноводе вдоль его продольной оси трубки дрейфа, прикрепленные к внутренней поверхности волновода посредством металлических стержней, эти металлические стержни установлены с переменным по длине системы углом наклона к ее продольной оси.

На чертеже дано схематическое изобретение продольного разреза (в плоскости штырей) предложенной неоднородной замедляющей системы.

Система содержит последовательность цилиндрических трубок 1 дрейфа, крепящихся к внутренней поверхности круглого волновода 2 посредством металлических стержней 3 круглого сечения, выполненных с переменным углом наклона и т.д. Форма сечения волновода и стержня, а также конфигурация трубок дрейфа и закон изменения угла наклона могут быть различными.

Так, для уменьшения фазовой скорости волны вдоль длины замедляющей системы крепящие металлические стержни должны быть выполнены с постепенно уменьшающимся по длине системы углом наклона. При уменьшении наклона стержней к продЪльной оси системы длина их, а следовательно, м эквивалентная индуктивность стержня Еюзрастает, тогда как остальные эквивалентные параметры ячеек замедляющей системы J:yчитывaя, что периодичность трубок дрейфа и поперечные размеры волновода сохранены прежними) остаются практически неизменными. Увеличение индуктивности стержней при неизменном периоде приводит к некоторому смещению всей дисперсионной характеристики системы в низкочастотную область и в область больших замедлений, т.е. фгтзовая скорость еолны D системе уменынлгмся. П() г. i ID сительное смещение дисперсионной характеристики по частоте невелико, тогда, как уменьшение фазовой скорости для дайной частоты значительно. Характерно также, что при уменьшении угла наклона стержней смещение по замедлителю, а значит и по фазовой скорости, низкочастотной границы полосы пропускания (я-еида) гораздо меньше, чем изменение фазовой скорости волны на рабочей частоте. Этот факт обеспечивает более широкий диапазон изменения фазовой скорости волны без опасности самовозбуждения прибора на лг-виде по сравнению со случаем использования замедляющей системы с уменьшающимся периодом, где фазовая скорость волны (или замедление) на рабочей частоте и на частоте я-вида изменяются в одинаковой степени. При уменьшении угла наклона стержней рабочая частота оказывается в области более высоких фазовых сдвигов, соответствующих меньшим величинам coпpoтивjf eния связи. Однако в целом система с увеличенной индуктивностью стержней имеет большее сопрртивление связи. Эти две тенденции приводят к тому, что существенного снижения сопротивления связи в данной замедляющей системе не наблюдается. Пределы изменения угла наклона стержней (90-31)°) выбираются в зависимости от требуемого перепада фазовой скорости и допустимой величины смещения дисперсионной характеристики по частоте. Предложенное устройство можно применять в качестве основной замедляющей системы и в виде отдельных секций в прибЬрах: группироватёля - в линейном ускорителе частиц и оконечной секции - в Л5В, где за основную замедляющую систему берется система со стержнями, перпендикулярными продольной оси системы; при этом период и поперечные размеры основной и дополни-, тельных секций будут одинаковыми, что весьма важно. Формула изобретения НЕОДНОРОДНАЯ ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА, включающая расположенные в волноводе вдоль его продольной оси трубки дрейфа, прикрепленные к внутренней поверхности волновода посредством металлических стержней, отличающаяся тем, При использовании предложенной неоднородной замедляющей системы в лампах бегущей полны, где для проддержания синхронизма электронного пучка и волны необходимо уменьшать фазовую скорость волны в направлении движения электронов, угол наклона стержней должен уменьшаться от одного стержня к последующему в том же направлении. В линейных ускорителях частиц для улучшения условий взаимодействия, скорость волны в системе должна уменьшаться в направлении, противоположном движению электронов и, с-ледовательно, в этом же направлении необходимо уменьшать угол наклона стержней, В неоднородной замедляющей системе, содержащей 10 ячеек с относительнь1ми размерами: период трубок дрейфа 6,9; их длина 5,2,- внутренний диаметр трубок дрейфа 4; внешний диаметр - 6; диаметр стержней - 1; диаметр волновода - 22,5; угол наклона стержней-ai 90° , , аз 80, ... Сю 45° ; на рабочей частоте. перепад фазовой скорости, соответствующий размерам крайних ячеек, составляет 18%, тогда как смещение я-вида по фазовой скорости 4%, Применение предложенной неоднородной замедляющей системы в СВЧ приборах типа ЛБВ позволит повысить их выходную мощность и КПД, Использование предложенного изобретения в линейных ускорителях частиц в качестве группироватёля и в качестве основной замедляющей системы дает созможность уменьшить разброс электронов по скоростям, сузить спектр энергии электронов и увеличить их кинетическую энергию, что важно при проведении точных исследований. (56)Патент.СШAN 3332024, кл. 328-233. опублик. 1967, Патент США Ms 2770755, кл. 351-5.42, опублик, 1956, что , с целью расширения диапазона изменения фазовой скорости электромагнитной волны вдоль длины системы при сохранении неизменными по длине системы периода трубок дрейфа и поперечных размеров волновода, металлическир стержни установлены с переменным по длине системы углом наклона к ее продольной оси.