Замедляющая система для лампы бегущей волны миллиметрового диапазона

 

Изобретение относится к СВЧ технике и может использоваться в ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн. Заявленная замедляющая система (ЗС) для ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн выполнена из металлического стержня и трубки. В металлическом стержне имеется отверстие, перпендикулярно оси стержня прорезаны пары пазов, а в пластинах, разделяющих пазы, выполнены проточки и образованы трубки дрейфа. Металлический стержень вставлен в трубку, в результате чего образуется ряд резонаторов с поперечным сечением, имеющим форму перекрестка. Резонаторы связаны щелями в разделяющих их пластинах. Техническим результатом является обеспечение меньших высокочастотных потерь, упрощение конструкции, что обеспечивает изготовление ее с высокой точностью. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к СВЧ технике. Более конкретно, к мощным широкополосным лампам бегущей волны миллиметрового диапазона.

В мощных лампах часто используется замедляющая система (ЗС) типа цепочки резонаторов, связанных взаимной положительной индуктивностью. Конструкция этой системы постоянно совершенствуется.

Так, в патенте США [1] заявлена ЗС, выполненная из двух лестниц, перекладины одной из которых находятся между перекладинами другой. Ее трудно изготовить с необходимой точностью, т.к. при установке лестниц по отношению друг к другу с помощью оправок при пайке возникают как их несоосность, так и нарушение периодичности.

Автор патента США [2] предложил выполнить ЗС для широкополосных мощных ЛБВ из двух гребенок, которые соединяются по их зубьям пайкой. В свободных концах зубьев, в боковых стенках гребенок и у их основания предварительно вырезаются пазы. При соединении гребенок пазы в свободных концах гребенок создают пролетный канал для электронного пучка, а пазы в боковых сторонах гребенок и у их основания - прорези связи между резонатора. Резонаторы и щели связи образуются после припаивания к гребенкам металлических крышек (пластин), которые служат вакуумной оболочкой.

Эта конструкция, как и предыдущая, требует установки гребенок в оправки и их пайки, что приводит к большим погрешностям при изготовлении. Кроме того, из-за наличия спаев между гребенками и между гребенками и металлическими крышками вакуумной оболочки в ней высоки высокочастотные потери.

Наиболее близкой к предлагаемой ЗС является конструкция, заявленная в патенте США [3]. В ней вдоль оси периодически размещены пластины с пролетным каналом, у которых на противоположных концах выполнены прорези, причем в соседних пластинах эти прорези повернуты на 90^o. Параллельно прорезям с каждой стороны пластины на всей ее длине выполнен выступ, так что в пространстве между двумя соседними пластинами выступы оказываются повернутыми на 90^o. Установленные вдоль оси ЗС пластины припаиваются к боковым крышкам, служащим вакуумной оболочкой. В результате образуется цепочка связанных щелями резонаторов с перекрывающимися выступами внутри них.

Наличие длинных выступов на пластинах увеличивает емкость резонаторов, что приводит к уменьшению поперечных размеров ЗС.

Паяные швы по всей периферии диафрагм и между крышками вносят большие сверхвысокочастотные потери, т.к. электрическое сопротивление медно-серебряной эвтектики, образующейся при пайке, гораздо выше сопротивления меди вакуумной плавки, из которой изготавливаются ЗС.

Как и в предыдущих случаях рассматриваемую конструкцию весьма сложно изготовить с высокой точностью, т.к. будут возникать хаотические погрешности при установке каждой пластины как в радиальном, так и в осевом направлении.

Несоосность установки пластин приводит к снижению токопрохождения и даже разрушению прибора при слишком большой его величине. Обычно оно снижает выходные характеристики ламп.

Осевые погрешности установки пластин вызывают нарушение периодичности ЗС, что приводит к ухудшению взаимодействия электронного пучка с электромагнитной волной и также снижает выходные характеристики ламп.

Задачей изобретения является увеличение поперечных размеров, снижение высокочастотных потерь, упрощение конструкции, обеспечение высокой точности изготовления широкополосных ЗС типа цепочки резонаторов для мощных ламп бегущей волны миллиметрового диапазона.

Указанная задача достигается выполнением в металлическом стержне осевого канала, прорезанием вдоль стержня периодической последовательности пар сквозных пазов с осями, проходящими через ось стержня и лежащими в плоскости, перпендикулярной к ней, выполнением по периметру пластин, разделяющих соседние пары пазов, проточек, помещением стержня в трубку одинакового со стержнем поперечного сечения, соединенную с ним так, что в результате образован периодический ряд связанных щелями резонаторов с поперечным сечением в виде перекрестка.

В результате прорезания пар пазов в металлическом стержне образуется полость с поперечным сечением в виде перекрестка. Эта полость, ограниченная со всех сторон проводящими поверхностями, имеет резонансную частоту, гораздо более высокую, чем полость с поперечным сечением в виде прямоугольника со сторонами, равными длинам соответствующих пазов. Она будет тем выше, чем уже "улицы", образующие перекресток.

Например, измеренная собственная частота резонатора с поперечным сечением в форме "перекрестка" с шириной 20 мм, длиной 23 мм одного паза и шириной 13 мм, длиной 40 мм другого оказалась в 1,3 раза больше, чем прямоугольного резонатора с поперечным сечением 23х40 мм. Поэтому в предложенной системе можно выполнить пролетный канал диаметром в 1,3 большим, чем в известных системах с прямоугольными резонаторами. Это позволяет увеличить мощность прибора почти в 2 раза и облегчает его изготовление.

Пролетный канал малого диаметра в ЗС выполнить сверлением на большую длину не представляется возможным из-за ухода сверла от осевого направления. Это можно сделать с помощью электроэррозионного станка.

Стержень, из которого изготовляется ЗС, разрезается на части такой длины, чтобы в них можно было выполнить сквозное отверстие диаметром меньшим, чем диаметр пролетного канала. После выполнения отверстий и соединения частей стержня пайкой или сваркой в полученном стержне образуется канал, в который вставляется проволока, и канал дорабатывается до номинального размера с помощью электроэррозии. Таким образом, в сплошном металлическом стержне канал выполнен с точностью в несколько микрон.

Вакуумплотную оболочку можно установить на обработанный стержень с помощью пайки, но лучший способ - это диффузионная сварка.

При этом методе две соединяемые поверхности должны быть нагреты до определенной температуры (температура сварки) и находиться под определенным давлением. Если взять трубку, нагреть ее до температуры выше температуры стержня, равной температуре сварки, вставить обработанный стержень в трубку и поддерживать температуру сварки, то между контактирующими поверхностями стержня и трубки возникнет давление и поверхности будут сварены.

Из вышесказанного видно, что при использовании диффузионной сварки в предложенной ЗС вообще не будет ни одного соединения с помощью пайки, что сведет к минимуму сверхвысокочастотные потери, т.к. проводимость безкислородной меди гораздо выше, чем эвтектики, образующейся при пайке.

Процесс выполнения размеров предложенной системы происходит сначала на металлорежущих станках (размеры выполняются с припусками), а потом на электроэррозионных станках (размеры выполняются с жесткими допусками в несколько микрон). Соединение ее частей может быть выполнено с помощью диффузионной сварки, без применения пайки. В отличие от известных конструкций ЗС, которые состоят из нескольких соединяемых частей, предложенная состоит только из двух частей: обработанного стержня и трубки. Наиболее просто изготовить ЗС из стержня квадратной или круглой формы поперечного сечения, выполнив в нем пары пазов и проточки одинаковой формы, т.к. в этом случае потребуется минимальное количество инструментов.

Примеры конкретного выполнения предложенной замедляющей системы показаны на фиг.1-4.

На фиг.1 приведен общий вид замедляющей системы "перекресток" прямоугольного поперечного сечения.

На фиг.2 приведено продольное сечение ЗС "перекресток" круглого поперечного сечения.

На фиг.3 показано поперечное сечение А-А.

На фиг.4 показано поперечное сечение Б-Б той же ЗС.

В металлическом стержне 1 выполняется пролетный канал 2, вдоль стержня выполняются взаимоперпендикулярные пары пазов 3 и проточки 4. После выполнения этих элементов с припусками на металлорежущих станках их размеры доводятся до номинальных с необходимыми допусками на электроэррозионных станках. В процессе выполнения пар пазов 3 одновременно вдоль пролетного канала 2 образуются трубки дрейфа 5. Обработанный стержень 1 вставляется в трубку 6 и соединяется с ней путем диффузионной сварки. В результате получается ряд резонаторов 7 с поперечным сечением, имеющим форму перекрестка, которые соединены друг с другом щелями 8 в разделяющих их пластинах 9. Этот ряд резонаторов, связанных щелями, и образует предложенную ЗС.

Таким образом, выполнение резонаторов ЗС с поперечным сечением в форме перекрестка увеличивает ее поперечные размеры по сравнению с поперечными размерами ЗС, имеющей резонаторы прямоугольного поперечного сечения. Сведение к минимуму количества паяных швов или вообще их отсутствие позволяет уменьшить высокочастотные потери, а финишная доводка размеров ЗС с помощью электроэррозионных станков позволяет изготовить ее с высокой точностью. Процесс сборки замедляющей системы упрощен по сравнению с известными, т.к. она изготовлена всего из двух деталей - обработанного стержня и трубки одинаковой со стержнем формы поперечного сечения.

Описанная выше конструкция является частным примером. Другие конструкции, соответствующие сущности заявленного изобретения, могут быть очевидными для специалистов в области разработки ламп бегущей волны.

Литература 1. A. Kаrр. US Pat. 4237402, Dec. 2, 1980, 315/3.5.

2. В.G. James. US Pat. 4586009, Apr. 29, 1986, 315/35.

3. В.G. James. US Pat. 4866343, Sep. 12, 1989, US C1, 315/3.5.

Формула изобретения

1. Замедляющая система для лампы бегущей волны (ЛБВ) миллиметрового диапазона, образованная множеством металлических пластин, расположенных в периодическом порядке перпендикулярно общей оси, с отверстиями вдоль нее и проточками, отличающаяся тем, что она выполнена из двух частей - металлических стержня с центральным отверстием и трубки, одинаковой со стержнем формы поперечного сечения, вдоль стержня выполнена периодическая последовательность пар сквозных пазов, оси которых пересекаются на оси стержня и расположены в плоскостях, перпендикулярных к ней, по периметру металлических пластин выполнены проточки и стержень помещен в трубку.

2. Замедляющая система для ЛБВ миллиметрового диапазона по п. 1, отличающаяся тем, что оси каждой из пар пазов взаимно перпендикулярны, а проточки выполнены поочередно вдоль оси замедляющей системы сначала у концов одного паза из пары, а потом другого.

3. Замедляющая система для ЛБВ миллиметрового диапазона по п. 2, отличающаяся тем, что длина проточек равна ширине пазов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4