Способ изготовления ввода/вывода энергии свч-прибора с баночным окном

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к разработкам мощных ламп бегущей волны, клистронов и их гибридов. Технический результат заключается в обеспечении малого уровня КСВН (около 1,1) баночных окон с любым из дисков, диэлектрическая проницаемость которых отличается от диэлектрической проницаемости диска, установленного в согласованном баночном окне. Сущность изобретения состоит в том, что определяют разности частот паразитного резонанса вида H111⁽²⁾ несогласованного и согласованного баночного окна, уменьшают объем диэлектрического диска несогласованного баночного окна в соответствии с полученной разностью и достигают равенства этих частот с погрешностью не более 0,5%. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ, а более конкретно к разработкам мощных электровакуумных приборов, таких как лампы бегущей волны (ЛБВ), клистроны.

Известны способы, относящиеся к разработкам вводов/выводов энергии СБЧ-приборов.

Так, в изобретении [1] реализован способ, основанный на использовании в вводе/выводе энергии баночного окна с плоским керамическим диском, который служит вакуумным уплотнением. Это окно можно согласовать с приемлемым (менее 1, 2) коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН) при фиксированном значении диэлектрической проницаемости керамического диска. Однако диски изготовляются со значительным разбросом диэлектрической проницаемости. Из-за этого баночные окна с разными дисками имеют КСВН, изменяющийся в пределах от 1,2 до 1,6. Поэтому часть дисков невозможно использовать.

В изобретении [2] предложен способ устранения паразитных резонансов из рабочей полосы баночного окна выполнением в керамическом диске вогнутой поверхности так, чтобы объем удаленной массы диэлектрика обеспечил сдвиг паразитного резонанса, наиболее далеко отстоящего от высокочастотной границы рабочей полосы, за ее пределы.

При выполнении одинаковых вогнутых поверхностей во всех дисках хотя и решается задача, поставленная в указанном изобретении, однако при этом часть баночных окон имеет неприемлемый КСВП из-за отличия диэлектрической проницаемости этих дисков от диэлектрической проницаемости диска, с которым было отработано согласование баночного окна.

Задачей изобретения является обеспечение малого уровня КСВН баночных окон с любым из керамических дисков, диэлектрическая проницаемость которого отличается от диэлектрической проницаемости диска в баночном окне, согласованном с минимальным уровнем KCBH в рабочей полосе прибора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе изготовления ввода/вывода энергии СВЧ-прибора с баночным окном, содержащим диэлектрический диск, основанном на уменьшении объема диэлектрического диска, измеряют частоты паразитного резонанса вида баночного окна с разными диэлектрическими дисками, определяют разности между этой частотой и частотой того же паразитного резонанса согласованного баночного окна, уменьшают в соответствии с полученной разницей объема керамических дисков в несогласованных баночных окнах так, чтобы частота паразитных резонансов вида этих окон сравнялась с частотой аналогичного паразитного резонанса согласованного баночного окна с погрешностью не более 0,5%.

На фиг.1 и 2 показан баночный ввод/вывод энергии с керамическим диском, имеющий исходную толщину - Т, на фиг.3 показан керамический диск с уменьшенной толщиной, а на фиг.4 - керамический диск с вогнутой поверхностью на одной из его боковых сторон. На фиг.1 и 2: - диэлектрический диск, 2 - отрезок круглого волновода, 3 - присоединительный фланец, 4 - проводящая диафрагма, 5 - проводящий элемент, 6 - прямоугольный волновод, 7 - удаленная по плоскости часть объема исходного керамического диска, 8 - удаленная выполнением вогнутой поверхности часть объема исходного керамического диска.

Ввод/вывод энергии СВЧ-прибора содержит керамический диск 1, впаянный в отрезок круглого волновода 2, к которому с одной стороны пайкой присоединен фланец 3 с проводящими диафрагмами 4, а с другой стороны, также пайкой, присоединен проводящий элемент 5, этот элемент соединен с волноводом 6, а волновод 6 и баночное окно соединены между собой дуговой сваркой.

Рассмотрим работу баночного вывода энергии СБЧ-прибора. Электромагнитная энергия из пространства взаимодействия прибора поступает через волновод 6 и проводящий элемент 5 в круглый волновод 2, в который впаян керамический диск 1. Диск служит вакуум-плотной перегородкой, отделяющей пространство взаимодействия прибора от волноводного тракта, к которому ввод/вывод энергии подсоединен с помощью фланца 3. Пройдя через круглый волновод 2 и фланец 3, электромагнитная энергия из прибора выводится в волноводный тракт и далее поступает в нагрузку (не показаны), которой может быть, например, антенна.

Электромагнитная энергия должна проходить через вывод энергии с минимальными отражениями, в нем должны отсутствовать паразитные резонансы, т.к. большие отражения вызывают самовозбуждение, а присутствие в его рабочей полосе паразитных резонансов приводит к разрушению прибора.

Обеспечение малого уровня КСВН баночного окна, отсутствие в его рабочей полосе паразитных резонансов достигается сочетанием расчетных и экспериментальных методов.

Минимальный уровень КСВН баночных окон с керамическими дисками, диэлектрическая проницаемость которых отличается от диэлектрической проницаемости диска в согласованном баночном окне, достигается в предложенном способе уменьшением объема этих дисков, например, либо за счет равномерного 7, фиг.3 (толщина диска Т уменьшена на ΔТ), либо неравномерного 8, фиг.4 (на одной из сторон диска выполнен сферический сегмент диаметром D_c и высотой h) уменьшением толщины Т диска. Уменьшение объема диска, что эквивалентно снижению диэлектрической нагрузки баночного окна, выполняется в соответствии с разностью частот, паразитных резонансов в несогласованном и согласованном баночном окне на основе экспериментально полученных зависимостей относительного изменения частоты паразитного резонанса вида от относительного изменения толщины ΔТ/Т или от относительного изменения высоты сферического сегмента h/Т какого-либо керамического диска. При этом устанавливается равенство этих частот с точностью не более 0,5%. Равенство резонансных частот означает и равенство диэлектрической нагрузки всех изготовленных баночных окон вводов/выводов энергии в месте расположения разных керамических дисков, а следовательно, и их КСВН.

Рассмотрим пример конкретного применения предложенного способа. Для изготовления вывода энергии мощной ЛБВ поступают диски диаметром 20 мм и толщиной 2 мм, изготовленные из борнилина (BN). Баночное окно, в котором устанавливаются эти диски, имеет частоту паразитных резонансов вида изменяющуюся в пределах от 9600 МГц до 9890 МГц, что говорит о разной диэлектрической проницаемости дисков. КСВН этих баночных окон изменялось от 1,27 до 1,65. Согласованное с КСВН<1,12 баночное окно имело частоту паразитного резонанса 10120 МГц, в керамическом диске окна с одной его стороны была выполнена сферическая поверхность с D_c=18 мм и h=0,4 мм.

Паразитные частоты вида всех остальных баночных окон, с помощью вышеописанного способа, были совмещены с паразитной частотой вида согласованного баночного окна.

В результате проделанной работы все баночные окна имели тот же уровень KCBH, что и согласованное баночное окно, как показано в таблице.

В ней f_pu - резонансная частота вида баночного окна с исходным керамическим диском, f_py - резонансная частота баночного окна с керамическим диском, на одной стороне которого выполнен сферический сегмент с D_с=18 мм и указанной высотой, т.е. с диском уменьшенного объема.

№	fpu	H	fpy	КСВН менее
	МГц	мм	МГц	-
1	9600	0,65	10120	1,12
2	9692	0,60	10080	1,10
3	9780	0,50	10140	1,14
4	9810	0,45	10120	1,12
5	9890	0,40	10120	1,12

С помощью разработанного способа изготовлено несколько десятков выводов энергии с баночным окном для мощных ЛБВ. Все баночные окна имели КСВН около 1,1, а частота паразитного резонанса отстояла от высокочастотной границы рабочей полосы прибора также для всех баночных окон более чем 100 МГц.

Таким образом обеспечен низкий уровень КСВН баночных окон с любым из керамических, дисков, диэлектрическая проницаемость которых отличается от диэлектрической проницаемости диска в баночном окне, согласованном с минимальным уровнем КСВН в рабочей полосе прибора.

Литература

1. Symons R.S. et., al., №2958834, C1 333-98, Nov.1, 1960.

2. Копалов В.В., Письменко В.Ф. RU №2185679, H 01 J 23/36, H 01 P 1/08, 11/00, 20.07.2002.

1. Способ изготовления ввода/вывода энергии СВЧ-прибора с баночным окном, содержащим диэлектрический диск, основанный на согласовании баночного окна путем уменьшения объема диэлектрического диска, отличающийся тем, что измеряют частоты паразитного резонанса вида несогласованных баночных окон с разными диэлектрическими дисками, определяют разности между этими частотами и частотой того же паразитного резонанса согласованного баночного окна и в соответствии с полученной разницей уменьшают объемы диэлектрических дисков в несогласованных баночных окнах так, чтобы частоты паразитного резонанса вида несогласованных баночных окон и согласованного баночного окна сравнялись с погрешностью не более 0,5%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшение объема диэлектрического диска достигают равномерным сокращением его толщины по всей плоскости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшение объема диэлектрического диска достигают неравномерным сокращением его толщины.