Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к конструкции электровакуумного прибора O-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн. Технической задачей является создание миниатюрной конструкции, позволяющей получить нужный уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярной частью замедляющей системы, а также упрощение ее изготовления и уменьшение ее массогабаритных характеристик. Конструкция секционированной замедляющей системы включает в себя регулярную секцию формирования электронного пучка, регулярные усиливающие секции (одна или несколько секций), секцию поглощения СВЧ-энергии. Диафрагмы и кольца образуют резонаторы регулярной части. Материал диафрагм и колец выбирают с малым электрическим сопротивлением. В диафрагмах выполнен пролетный канал и щели связи. Секция поглощения СВЧ-энергии включает в себя два кольца, имеющих наружный диаметр, такой же как и диаметр колец регулярных секций, и диск, закорачивающий СВЧ-поле, в котором выполнен пролетный канал, и регулярные секции. В диске выполнен пролетный канал, но отсутствуют щели связи. На этом диске с двух сторон выполнены кольцевые выступы из материала, закорачивающего СВЧ-поле, и с двух сторон к торцам диска припаяны кольцевые керамические поглотители. Все перечисленные выше элементы секции поглощения образуют два тороидальных резонатора. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к конструкции электровакуумного прибора О-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн.

Уход в более коротковолновый диапазон длин волн приводит к уменьшению размеров резонаторов замедляющей системы и требует высокой точности соблюдения допусков на размеры элементов замедляющей системы. Эти факторы в значительной степени влияют на равномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) лампы бегущей волны.

В секционированных ЛБВ между секцией формирования электронного луча и усиливающей секцией размещают секцию поглощения СВЧ-энергии, в которой поглощающий СВЧ-энергию материал размещен в резонаторе регулярной части замедляющей системы. Миниатюрная конструкция такой замедляющей системы ЛБВ мм диапазона длин волн не дает возможности размещать элемент из поглощающего СВЧ-энергию материала в резонаторе регулярной части.

Известно [1] применение "петляющего волновода" в качестве замедляющей системы в ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн. Он представляет собой набор диафрагм с отверстиями связи, собранный таким образом, что отверстия связи образуют петлеобразную структуру, при этом пролетный канал пересекает эту структуру перпендикулярно петлям связи.

Недостатком этой замедляющей системы является сложность ее согласования с выводами энергии лампы бегущей волны, а также сложность ее сборки, обусловленная наличием ступеней в стыках петлеобразующих диафрагм.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции (прототипом) является конструкция секционированной замедляющей системы ЛБВ, которая может использоваться в миллиметровом диапазоне длин волн [2]. Эта секционированная замедляющая система включает в себя регулярную секцию формирования электронного пучка, две регулярные усиливающие секции и размещенные между ними секции поглощения СВЧ-энергии. Размещение керамического поглотителя в резонаторе замедляющей системы приводит к изменению его резонансной частоты, поэтому в данной конструкции применены волноводные поглотительные секции, имеющие увеличенный радиальный размер по сравнению с радиальным размером регулярной секции замедляющей системы. Недостатком прототипа является невозможность применения данной конструкции поглощающей СВЧ-секции в миниатюрных замедляющих системах.

Технической задачей предложенного изобретения является создание миниатюрной конструкции замедляющей системы, позволяющей получить нужный уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярной частью замедляющей системы, а также упрощение ее изготовления и уменьшение ее массогабаритных характеристик.

Поставленная техническая задача решается тем, что в секционированной замедляющей системе лампы бегущей волны, выполненной на цепочке связанных резонаторов, включающей регулярную секцию формирования электронного пучка, регулярные усиливающие секции и размещенные между ними секции поглощения с поглотителями СВЧ-энергии, резонаторы регулярных секций выполнены из немагнитного материала в виде чередующихся колец и диафрагм без трубок дрейфа, два резонатора секции поглощения размещены симметрично относительно диска, закорачивающего по СВЧ-полю регулярные секции, расположенного между кольцами секции поглощения СВЧ-энергии и выполненного из немагнитного материала с пролетным отверстием, при этом каждый резонатор секции поглощения образован также кольцевым поглотителем СВЧ-энергии, закрепленным пайкой на закорачивающем по СВЧ-полю диске, и кольцевым выступом, выполненным на этом диске между пролетным отверстием и поглотителем СВЧ-энергии, при этом размеры резонаторов секции поглощения выбраны исходя из следующих соотношений:

0.1L<d<1.1L,

1.4L<h<2.5L,

0.95R<r<1.1R,

где d - расстояние от выступа до ближайшей диафрагмы [м];

L - длина кольца регулярной части [м];

h - длина кольца секции поглощения [м];

r - внутренний радиус кольца секции поглощения СВЧ-энергии [м];

R - внутренний радиус кольца регулярной секции [м].

В предложенной секционированной замедляющей системе лампы бегущей волны на диафрагмах регулярной части, расположенных перед секцией поглощения СВЧ-энергии, выполнено покрытие из материала с более высоким электрическим сопротивлением, чем у материала диафрагмы. В предложенной секционированной замедляющей системе лампы бегущей волны покрытие диафрагмы выполнено либо из молибдена, либо из никеля, либо из карбида молибдена.

В предложенной конструкции минимальный радиальный размер замедляющей системы при уходе в коротковолновый диапазон сохраняется за счет использования секции поглощения СВЧ-энергии с протяженным линейным размером. При этом необходимый уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярными частями замедляющей системы, выполненными из немагнитного материала, состоящими из колец и диафрагм без трубок дрейфа, происходит за счет сочетания конфигурации цилиндрического резонатора регулярной части с конфигурацией тороидального резонатора в секции поглощения СВЧ-энергии. При этом тороидальный резонатор работает на высших типах волн, а его резонансная частота на одном из высших типов волн совпадает с полосой пропускания замедляющей системы.

Два тороидальных резонатора секции поглощения размещены симметрично относительно диска, закорачивающего по СВЧ-полю регулярные секции. Каждый тороидальный резонатор образован этим диском, кольцевым поглотителем СВЧ-энергии и кольцевым выступом, выполненном на диске между пролетным отверстием и поглотителем СВЧ-энергии, а также предыдущей диафрагмой регулярной части замедляющей системы. Размеры тороидального резонатора выбираются исходя из соотношений:

0.1L<d<1.1L,

1.4L<h<2.5L,

0.95R<r<1.1R,

где d - расстояние от выступа до ближайшей диафрагмы [м];

L - длина кольца регулярной части [м];

h - длина кольца секции поглощения [м];

r - внутренний радиус кольца секции поглощения СВЧ-энергии [м];

R - внутренний радиус кольца регулярной секции [м].

Эти соотношения подобраны экспериментально. В пределах этих соотношений достигается необходимый уровень поглощения и согласование поглотителя секции поглощения СВЧ-энергии с замедляющей системой. В лампах с миниатюрной замедляющей системой такой конструкции можно получить достаточное поглощение порядка 30 дБ и согласование с КСВН порядка 1.2-1.25 на один поглотитель в малом объеме.

Для улучшения согласования секции поглощения СВЧ-энергии с регулярными секциями замедляющей системы используют резонаторы, имеющие большие потери, это осуществляют покрытием диафрагм металлами, имеющими большее электрическое сопротивление, чем материал диафрагм. В случае, когда резонаторы регулярных секций выполнены из меди, покрытие диафрагм осуществляют либо никелем, либо молибденом, либо карбидом молибдена. В коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн это покрытие работает как поглотитель.

В этой конструкции перед сборкой замедляющей системы происходит проверка каждого кольца и диафрагмы по геометрическим размерам по отдельности, что упрощает настройку прибора, поскольку невозможно проконтролировать все резонаторы по резонансной частоте. Этот технологический прием позволяет упростить изготовление замедляющей системы.

Использование секционированной замедляющей системы с секцией поглощения СВЧ-энергии предложенной конструкции с протяженным линейным размером позволяет уменьшить радиальные размеры замедляющей системы, что приводит к уменьшению размеров лампы бегущей волны и уменьшению ее массогабаритных характеристик.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена конструкция секционированной замедляющей системы в поперечном сечении.

Предложенная конструкция секционированной замедляющей системы содержит регулярную секцию (часть) формирования электронного пучка 1, одну или несколько регулярных усиливающих секций (частей) 2 и размещенную между секциями 1 и 2 секцию поглощения СВЧ-энергии 3. Чередующиеся диафрагмы 4 и кольца 5 образуют резонаторы 6 регулярных секций 1 и 2. Материал диафрагм 4 и колец 5 выбирают с малым электрическим сопротивлением. В диафрагмах 4 выполнены пролетные отверстия 7 и щели связи 8. Секция поглощения СВЧ-энергии 3 включает в себя два кольца 9, внешний диаметр которых равен внешнему диаметру диафрагм 4 и колец 5 регулярных секций 1 и 2, и расположенный между кольцами 9 диск 10, закорачивающий по СВЧ-полю регулярные секции. Диск 10 снабжен двумя кольцевыми выступами 11, которые расположены с двух его противоположных сторон (торцов) и выполнены из того же материала, что и диск 10. В центральной части диска 10 выполнено пролетное отверстие 7, при этом щели связи в диске 10 отсутствуют. На диске 10 с двух его сторон (торцов) расположены кольцевые керамические поглотители 12, которые закреплены на диске 10 пайкой с помощью припоя 13, при этом каждый кольцевой выступ 11 размещен между кольцевым керамическим поглотителем СВЧ-энергии 12 и пролетным отверстием 7 диска 10. Все перечисленные выше элементы секции поглощения СВЧ-энергии 3 образуют два тороидальных резонатора 14, размещенных симметрично относительно диска 10.

Для улучшения согласования секции поглощения СВЧ-энергии 3 с регулярными секциями 1 и 2 замедляющей системы на внутренние поверхности резонаторов, например на диафрагмы 4, может быть нанесено покрытие 15 из никеля, либо молибдена, либо карбида молибдена с целью увеличения удельного сопротивления материала резонаторов.

Секционированная замедляющая система работает следующим образом. Предварительно сформированный электронный поток поступает в пролетный канал замедляющей системы, который образован пролетными отверстиями 7 диафрагм 4 регулярных секций 1, 2 и диска 10 секции поглощения 3. Входной СВЧ-сигнал поступает в регулярную секцию формирования электронного пучка 1 и модулирует по скоростям электронный поток, проходящий через эту секцию. Затем электронный поток проходит через секцию поглощения СВЧ-энергии 3 и попадает в регулярную усиливающую секцию 2 замедляющей системы, где возбуждает СВЧ-поле, соответствующее входному СВЧ-сигналу. Этому СВЧ-полю электроны отдают свою энергию в соответствии с законом взаимодействия. В регулярной усиливающей секции 2 происходит усиление СВЧ-сигнала. Для поглощения отраженного СВЧ-сигнала используют секцию поглощения СВЧ-энергии 3, образованную двумя тороидальными резонаторами 14. В этой секции 3 поглощение СВЧ-энергии, отраженной от диска 10, осуществляется в поглотителе 12.

Таким образом, в предложенной миниатюрной секционированной замедляющей системе обеспечены необходимый уровень поглощения и возможность согласования поглотителя с регулярными секциями замедляющей системы, а также упрощено ее изготовление и уменьшены ее массогабаритные характеристики.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Microwave journal. June 1988 p.p.52-73. Microwave tube design efforts yield steady performance improvements.

2. Microwave journal. Jule 1982 p.p.55-69. Interest in mm waves spurs tube growth (прототип).

1. Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны, выполненная на цепочке связанных резонаторов, включающая регулярную секцию формирования электронного пучка, регулярные усиливающие секции и размещенные между ними секции поглощения с поглотителями СВЧ-энергии, отличающаяся тем, что резонаторы регулярных секций выполнены из немагнитного материала в виде чередующихся колец и диафрагм без трубок дрейфа, два резонатора секции поглощения размещены симметрично относительно диска, закорачивающего СВЧ-поле и расположенного между кольцами секции поглощения СВЧ-энергии и выполненного из немагнитного материала с пролетным отверстием, при этом каждый резонатор секции поглощения снабжен кольцевым поглотителем СВЧ-энергии, закрепленным пайкой на закорачивающем СВЧ-поле диске, и кольцевым выступом, выполненным на этом диске между пролетным отверстием и поглотителем СВЧ-энергии, при этом размеры резонаторов секции поглощения выбраны исходя из следующих соотношений:

0,1L<d<1,1L,

1,4L<h<2,5L,

0,95R<r<1,1R,

где d - расстояние от кольцевого выступа до ближайшей диафрагмы (м);

L - длина кольца регулярной секции (м);

h - длина кольца секции поглощения (м);

r - внутренний радиус кольца секции поглощения СВЧ-энергии (м);

R - внутренний радиус кольца регулярной секции (м).

2. Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны по п.1, отличающаяся тем, что на диафрагмах регулярной секции формирования электронного пучка и регулярных усиливающих секций, расположенных перед и после секции поглощения СВЧ-энергии, выполнено покрытие из материала с более высоким электрическим сопротивлением, чем у материала диафрагмы.

3. Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны по п.2, отличающаяся тем, что покрытие выполнено из молибдена.

4. Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны по п.2, отличающаяся тем, что покрытие выполнено из никеля.

5. Секционированная замедляющая система лампы бегущей волны по п.2, отличающаяся тем, что покрытие выполнено из карбида молибдена.