Электронно-лучевая лампа малой мощности миллиметрового диапазона

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и предназначено для использования в качестве генератора или усилителя миллиметрового диапазона длин волн в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии и т.п. Электронно-лучевая лампа миллиметрового диапазона содержит волновод, вдоль оси которого установлена замедляющая система, выполненная в виде ряда металлических пластин со щелями. Расстояние между соседними пластинами примерно равно периоду замедляющей системы. Системы щелей в каждой из пластин устанавливаются точно друг против друга или смещаются на некоторую долю периода структуры. Ленточный электронный поток пропускается вдоль пластин в зазорах между ними. Обеспечено широкополосное согласование замедляющей системы со свободным пространством. Техническим результатом является увеличение выходной мощности и повышение к.п.д. электронно-лучевой лампы. 6 ил.

Освоение диапазона миллиметровых волн, приобретающего в последние годы все большее значение в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии и т.п., серьезно ограничивается отсутствием эффективных источников энергии в этом диапазоне.

Разработка генераторов и усилителей миллиметровых колебаний наталкивается на серьезные трудности, связанные с малыми размерами резонаторов и замедляющих систем в этом диапазоне, что обуславливает уменьшение к.п.д. и выходной мощности генераторов и значительно усложняет технологию их изготовления. Описанные в литературе новые методы генерации миллиметровых волн без резонансных и замедляющих систем (ондулятор и т.п.) не нашли себе пока широкого практического применения из-за сложности и громоздкости устройств и их малой эффективности. Поэтому представляет интерес разработка миллиметровых приборов, основанных на тех же принципах, что и приборы более длинноволновых диапазонов, но отличающихся от последних некоторыми особенностями, облегчающими изготовление миллиметровых приборов и позволяющими увеличить их выходную мощность и эффективность в широкой полосе частот миллиметрового диапазона.

В настоящей заявке предлагается конструкция генератора миллиметрового диапазона волн типа лампы обратной волны и усилителя того же диапазона волн типа лампы бегущей волны. Общий вид этих приборов приведен на фиг.1.

Замедляющая система генератора (усилителя) представляет собой волновод, вдоль оси которого установлен ряд тонких металлических пластин (фиг.2). В каждой из этих пластин прорезаны или щель сложной формы (фиг.3а), или системы щелей, подобные изображенным на фиг.3. Расстояние между соседними пластинами по порядку величины равно периоду замедляющей структуры. Системы щелей в каждой из пластин устанавливаются точно друг против друга или смещаются на некоторую долю периода структуры.

Ввод и вывод энергии осуществляются следующим образом.

В каждой из пластин прорезается щель, ширина которой плавно изменяется от ширины щелей замедляющей системы до размера узкой стенки волновода (фиг.4). Такая конструкция вывода энергии позволяет согласовать замедляющую систему с волноводом стандартного сечения в очень широкой полосе частот. Например, для системы фиг.3а такой вывод энергии обеспечивает согласование в полосе частот порядка октавы с КСВ<2.

В генераторе типа лампы обратной волны предлагается применить новый способ согласования коллекторного конца замедляющей системы. Обычно для предотвращения отражений волн от этого участка используется поглощающая нагрузка. В миллиметровом диапазоне в связи с мелкими размерами замедляющих структур создание неотражающей поглощающей нагрузки становится весьма сложной задачей. В связи с этим в предлагаемой конструкции поглощающая нагрузка не применяется, а коллекторный конец замедляющей системы согласуется с свободным пространством. Такое согласование в широком диапазоне частот удается обеспечить путем прорезывания в каждой из пластин замедляющей системы у ее коллекторного конца щели переменного сечения, как показано на фиг.5.

Замедляющие системы типа, изображенных на фиг.3, могут быть изготовлены следующими способами:

1) штамповкой; этот способ целесообразен при изготовлении простейших систем типа фиг.3б;

2) фотогальваническим нанесением;

3) электроискровой обработкой.

При использовании первых двух способов замедляющая система собирается в следующей последовательности. Сначала изготавливаются отдельные пластины со щелями, затем набирается пакет таких пластин с прокладками, как показано на фиг.6, под микроскопом устанавливается требуемая величина смещения системы щелей каждой пластины относительно щелей в остальных пластинах и производится пайка пакета.

Недостатком такого метода является трудность изготовления идентичных систем щелей в различных пластинах и точной сборки таких систем.

Эти трудности устраняются при использовании электроискрового метода. В этом случае щели прорезываются в заранее спаянном пакете одновременно во всех пластинах. Нарезка осуществляется с помощью проволоки, диаметр которой немного меньше ширины щели. Особенно удобно таким способом изготавливать системы со щелями сложной формы, подобных изображенной на фиг.3а. Существенно, что при таком способе изготовления все системы щелей оказываются совершенно идентичными и их взаимное смещение точно задается величиной угла между проволокой и плоскостью пластин замедляющей системы.

Электронная пушка, состоящая из катода и 3-х плоских электродов, создает ленточный пучок электронов, проходящий между пластинами замедляющей системы. Пушка представляет собой паянный пакет из плоских электродов с керамическими прокладками. Пакет пушки жестко скрепляется с пакетом замедляющей системы и помещается в металлическую вакуумную оболочку со слюдяным или стеклянным окном в волноводе для вывода энергии (фиг.1).

Формула изобретения

Электронно-лучевая лампа миллиметрового диапазона, используемая как генератор типа лампы обратной волны с широкой полосой электронной перестройки частоты или усилитель типа лампы бегущей волны с широкополосным согласованием замедляющей системы со свободным пространством, отличающаяся тем, что с целью увеличения выходной мощности и к.п.д. генератора (усилителя), замедляющая система лампы выполняется в виде ряда пластин со щелями, установленных внутри волновода и расположенных параллельно его оси на равных, определяемых в зависимости от периода замедляющей структуры, расстояниях, а ленточный электронный поток пропускается вдоль пластин в зазорах между ними.

РИСУНКИ