Лампа бегущей волны



Лампа бегущей волны
Лампа бегущей волны
Лампа бегущей волны

Владельцы патента RU 2516874:

Белугин Владимир Михайлович (RU)
Васильев Алексей Евгеньевич (RU)
Андреев Николай Владимирович (RU)
Куликова Наталия Владимировна (RU)
Розанов Николай Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре. Лампа бегущей волны содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, с диэлектрическими герметизирующими перегородками, отделяющие замедляющую систему от СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде электрических или постоянных магнитов и коллектор. Входной и выходной резонаторы замедляющей системы связаны с волноводными трактами через щели в торцевых стенках. Согласование с волноводными СВЧ трактами проводится за счет увеличения размеров щелей связи во входном и выходном резонаторах, изменением их диаметров и подбором угла α в волноводах между нижней кромкой щелей связи и противоположной стенкой волновода и производится расчетным или экспериментальным путем. Технический результат - упрощение согласования с волноводными СВЧ трактами. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре.

Уровень техники

Развитие многоцелевой радиолокации дальней тропосферной и космической связи современных средств радиоэлектронного подавления (РЭП) информационных каналов систем управления оружием требует создания широкополосных усилителей СВЧ колебаний большой мощности свыше 100 Вт.

Наиболее перспективными электровакуумными приборами, позволяющими создать такие усилители, являются лампы бегущей волны О-типа с продольными электрическим и магнитными полями. Благодаря распределенному по длине взаимодействию электронного потока с электромагнитным полем бегущей волны в приборах этого типа достигается значительное усиление при сравнительно небольшом токе пучка. Коэффициенты усиления при необходимости могут достигать 60 дБ и более. Применение замедляющих систем со слабо выраженными резонансными свойствами обеспечивают усиление в широкой полосе частот, достигающей двух и более октав. Мощные ЛБВ непрерывного и импульсного режимов относятся к наиболее быстро развивающейся группе приборов СВЧ. Широкая полоса усиливаемых частот наиболее просто достигается применением спиральных замедляющих систем. При переходе к средним мощностям порядка киловатт и более приходится переходить к резонаторным замедляющим системам, которые при использовании в ЛБВ всегда дают меньшую полосу усиливаемых частот (обычно не более 10%). В современных мощных ЛБВ наиболее часто применяют замедляющие системы в виде цепочек резонаторов с индуктивной связью, выполненных в виде диафрагмированного круглого волновода. Соседние резонаторы связаны между собой через щели, прорезанные в диафрагмах. Для получения предельных параметров по мощности и КПД широкое распространение также получили усилительные цепочки, состоящие из предварительного усилителя (ЛБВ) с большим коэффициентом усиления и выходной "прозрачной" ЛБВ без поглотителей с небольшим коэффициентом усиления (7-15 дБ). В «прозрачной» ЛБВ также наиболее часто используют резонаторные замедляющие системы.

Мощная ЛБВ обычно содержит замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов, с индуктивной связью. Электронный поток создается электронной пушкой. В замедляющей системе кинетическая энергия электронов преобразуется в СВЧ энергию. Пройдя через замедляющую систему, "отработанный" электронный поток попадает в коллектор. Первый и последний резонаторы замедляющей системы служат для ввода передаваемого СВЧ сигнала и вывода усиленного сигнала соответственно и связаны с волноводными СВЧ трактами. Герметизирующие диэлектрические перегородки отделяют вакуумированную замедляющую систему от не вакуумированных СВЧ трактов. Магнитное поле, фокусирующее электронный поток, создается магнитной системой, состоящей из ряда электрических или постоянных магнитов.

Для ЛБВ с замедляющей системой в виде цепочки связанных резонаторов задача согласования последней с передающими линиями является одной из самых актуальных. Чрезвычайно сложно получить хорошее согласование замедляющей системы с передающими линиями в рабочей полосе пропускания, особенно на ее границах. Поэтому есть опасность возникновения внутренней обратной связи из-за отражения электромагнитной волны на концах замедляющей системы, особенно на границах рабочей полосы пропускания. При этом ЛБВ может перестать выполнять свои функции и самовозбудиться. Для устранения самовозбуждения в замедляющей системе размещают либо селективные поглотители (например, из керамики марок КТ-30, АН-35Ж, ПМК, АН-МКХ.), которые вносят потери в ограниченных областях рабочей полосы пропускания замедляющей системы (вблизи границ полосы), либо распределенные пленочные поглотители (например, пленка из альсифера).

Мощная ЛБВ описана в книге Кацмана Ю.А. "Приборы СВЧ. Теория, основы расчета и проектирования электронных приборов": Учебник для вузов по спец. "Электронные приборы". - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1983. - 368 с. Эта ЛБВ может рассматриваться как прототип. Она содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, герметизирующие диэлектрические перегородки, отделяющие вакуумированную замедляющую систему от не вакуумированных СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде соленоида и коллектор, охлаждаемый водой. Входной резонатор замедляющей системы с винтами для подстройки согласования и выходной резонатор с согласующей диафрагмой образуют так называемые устройства согласования. В средней части замедляющей системы установлены поглотители с согласующими кольцами. Подстройка согласования с помощью винтов может работать только в очень узкой полосе частот, так как винты перестраивают частоту входного резонатора в небольших пределах. Поэтому с помощью винтов можно улучшить характеристику согласования только в очень узкой полосе частот. Связь входного (выходного) резонатора с волноводными трактами осуществляется со стороны цилиндрической стенки резонатора, что существенно усложняет процесс согласования (получение минимальной величины коэффициента стоячей волны КСВн). Основная причина - существенно отличающиеся электромагнитные поля в области щелей связи между резонаторами замедляющей системы и в области щели связи входного (выходного) резонатора с волноводным трактом. Невозможно «отделить» отражения от подсоединенного волновода и отражения от элементов замедляющей системы. Все это и является одной из основных причин использования поглотителей внутри замедляющей системы.

Обеспечение связи входного (выходного) резонатора с волноводными трактами со стороны торцевых стенок входного и выходного резонаторов позволит создать практически одинаковые условия взаимодействия между волноводным трактом и входным (выходным) резонаторами и между резонаторами замедляющей системы и существенно упростить процесс согласования замедляющей системы.

Сущность изобретения

Актуальной проблемой является получение хорошего согласования замедляющей системы с передающими линиями (получение коэффициента стоячей волны КСВн≤1.5) в рабочей полосе пропускания замедляющей системы.

Указанная проблема решается следующим образом. Мощная ЛЕВ содержит электронную пушку, замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов, магнитную систему, коллектор, входной и выходной закороченные волноводы с герметизирующими диэлектрическими перегородками.

Электронный поток создается электронной пушкой. Проходя через замедляющую систему, пучок тормозится и передает часть энергии электромагнитному полю, а неиспользованная часть пучка попадает в коллектор. Входной и выходной волноводы, связанные с замедляющей системой через щель, и отделенные от СВЧ трактов герметизирующими диэлектрическими перегородками, служат для ввода передаваемого СВЧ сигнала и вывода усиленного сигнала соответственно. Магнитное поле, фокусирующее электронный поток, создается магнитной системой, состоящей из ряда электрических или постоянных магнитов.

Связь входного и выходного резонаторов с волноводными трактами через щель в торцевой стенке значительно упростит задачу получения хорошего согласования (КСВн≤1,5) в рабочей полосе пропускания замедляющей системы. Для устранения отражений от закороченного отрезка волновода противоположная от щели стенка волновода соединяется с нижней кромкой щели связи усеченным конусом с углом наклона образующей α, который подбирается расчетным или экспериментальным путем.

С точки зрения распределения электромагнитного поля в замедляющей системе элементы связи (щели связи) с волноводами будут находиться в одинаковых условиях с щелями между резонаторами замедляющей системы. Это позволит применять простой с точки зрения реализации способ согласования - увеличение щели связи с волноводом и подстройка частоты входного резонатора.

Перечень фигур чертежей

Фиг.1. Лампа бегущей волны, в которой входной и выходной резонаторы связаны с волноводными трактами через щели в торцевых стенках.

Фиг.2. Замедляющая система лампы бегущей волны, в которой входной и выходной резонаторы связаны с волноводными трактами через щели в торцевых стенках, а волноводы заканчиваются усеченным конусом с углом α.

Фиг.3. Расчетная характеристика зависимости величины КСВн от частоты для широкополосной замедляющей системы односекционной лампы бегущей волны.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Лампа бегущей волны, показанная на фиг.1, содержит следующие устройства:

- электронную пушку 1;

- замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов 2;

- магнитную систему 3;

- коллектор 4;

- входной резонатор 5;

- выходной резонатор 6;

- входной закороченный волновод 7;

- выходной закороченный волновод 8;

- входное герметизирующее окно 9;

- выходное герметизирующее окно 10.

Электронный поток, который создается электронной пушкой (поз.1), распространяется вдоль замедляющей системы (поз.2) и взаимодействует с продольной составляющей электрического поля и продольным фокусирующим магнитным полем, создаваемым электрическими или постоянными магнитами (поз.3). Электроны в процессе взаимодействия модулируются по скорости, что приводит к модуляции потока по плотности. Благодаря взаимной связи между полем и потоком при его движении от входа замедляющей системы к выходу этот процесс нарастает, а кинетическая энергия электронов при их торможении передается полю. В результате этого процесса происходит усиление входного СВЧ сигнала, подаваемого во входной резонатор (поз.5) со стороны входного закороченного волновода (поз.7). Вывод СВЧ усиленного сигнала осуществляется из выходного резонатора (поз.6) через выходной закороченный волновод (поз.8). Замедляющая система отделяется от СВЧ трактов с помощью герметизирующих диэлектрических перегородок (поз.9, 10). "Отработанный" электронный поток попадает в коллектор (поз.4), где кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую энергию.

На фиг.3 показана расчетная зависимость величины КСВн от частоты для широкополосной замедляющей системы односекционной лампы бегущей волны. Замедляющая система состоит из тринадцати резонаторов. Согласование замедляющей системы с СВЧ трактами проводилось с помощью увеличения размеров щелей связи во входном и выходном резонаторах, изменением их диаметров и подбором угла α. Рабочая полоса замедляющей системы составляет величину порядка 20%, величина КСВн в рабочей полосе ≤1.5. Результаты согласования подтверждают работоспособность предложенной конструкции.

Лампа бегущей волны, содержащая электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, герметизирующие диэлектрические перегородки, отделяющие замедляющую систему от СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде электрических или постоянных магнитов и коллектор, отличающаяся тем, что входной и выходной резонаторы связаны с волноводными трактами через щели в торцевых стенках, а волноводы заканчиваются усеченным конусом с углом наклона образующей α между нижней кромкой щели связи и противоположной стенкой волновода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампа бегущей волны (ЛБВ) дециметрового диапазона длин волн содержит электронную пушку, замедляющую систему типа «встречные штыри», состоящую из связанных между собой ячеек, диэлектрические герметизирующие перегородки, отделяющие замедляющую систему от СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде цепочки постоянных магнитов и коллектор.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в магнетронах с безнакальным запуском сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке генераторов мощных широкополосных электромагнитных импульсов в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

Изобретение относится к области техники СВЧ. .

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкциям мощных широкополосных клистронов. .

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ). .

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ-приборам, предназначенным для получения СВЧ-мощности на двух кратных частотах, и может быть использовано, например, в радиолокации, радиопротиводействии и в других областях техники.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ). .

Изобретение относится к электровакуумным сверхвысокочастотным (СВЧ) приборам, в частности, к мощным импульсным СВЧ-генераторам типа релятивистских клистронов и виркаторов.

Изобретение относится к радиотехнике и электронике сверхвысоких частот, а именно к управляемым устройствам для генерации широкополосных хаотических СВЧ-колебаний среднего уровня мощности и может быть использовано в различных системах радиолокации, радиопротиводействия, системах связи на основе хаотических сигналов, установках промышленного применения, а также в устройствах медицинского назначения.

Изобретение относится к области релятивистской высокочастотной электроники и может быть использовано для генерации мощного СВЧ-излучения. Релятивистский магнетрон содержит многорезонаторный анодный блок (1), коаксиальный с ним взрывоэмиссионный катод (3), внешнюю магнитную систему (4), излучающую антенну (6), расположенную во внешнем канале связи (5) на расстоянии nλ+λ/4 от одного из резонаторов (2), и разрядник (7), расположенный на расстоянии kλ/4 от оси антенны (6), где n - целое число; λ - длина волны в волноводе; k - нечетное число. Технический результат - увеличение мощности выходных СВЧ-импульсов, повышение стабильности характеристик генерируемых импульсов, уменьшение размеров системы. 2 ил.

Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения СВЧ диапазона может быть использован в радиотехнической и электронной промышленности, в частности в технике генерации мощных широкополосных электромагнитных импульсов (ЭМИ) в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. На электроды фотодиода подают импульс напряжения, фотокатод, имеющий форму фокусирующего зеркала для лазерного излучения, наклонно облучают импульсным лазерным излучением, в результате чего с катода эмитируются электроны, которые ускоряются в вакуумированном межэлектродном промежутке, используя анод, прозрачный для генерируемого электромагнитного излучения. Технический результат - повышение эффективности преобразования электростатической энергии в энергию ЭМИ. 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ приборам, предназначенным для получения сверхбольших импульсных и средних мощностей, и может быть использовано в системах радиопротиводействия, системах функционального поражения, ускорителях заряженных частиц и других областях техники. Технический результат - повышение импульсной и средней выходной мощности и электропрочности, улучшение массогабаритных характеристик. Сверхмощный многолучевой СВЧ прибор клистронного содержит соленоид и расположенные в нем электронную пушку, резонаторную систему, коллектор, ввод и вывод СВЧ энергии, при этом электронная пушка прибора содержит несколько катодов, эмитирующая поверхность каждого из которых имеет форму боковой поверхности усеченного конуса, ось которого параллельна оси соленоида. Соленоид также окружает эмитирующие поверхности катодов и создает единое продольное однородное магнитное поле в области резонаторной системы и эмитирующих поверхностей катодов, резонаторная система содержит входной, выходной и промежуточные резонаторы, а также пролетные каналы, каждый для своего электронного луча, ввод СВЧ энергии выполнен в виде проводника, размещенного вдоль оси прибора в центре входного резонатора и электрически соединенного с коаксиальной линией СВЧ ввода, вывод СВЧ энергии выполнен в виде по крайней мере двух волноводных выводов, расположенных симметрично относительно оси прибора, при этом каждый из волноводных выводов электромагнитно связан через щель связи с выходным резонатором, а коллектор выполнен в виде совокупности индивидуальных коллекторов, каждый для своего электронного луча.1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Система импульсно-периодической зарядки (СИЗ) относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе. Система импульсно-периодической зарядки содержит источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, разрядник с двумя неподвижными и вращающимся электродами и генератор высоковольтных импульсов. Между буферным емкостным накопителем и разрядником включено быстродействующее защитное реле, а разрядник содержит пространственно разнесенные неподвижные электроды и, как минимум, два пространственно разнесенных электрически связанных вращающихся электрода и оснащен датчиком положения вращающихся электродов и скользящим контактом, электрически связанным с одной стороны с вращающимися электродами, с другой - через токоограничивающий элемент с заземленным корпусом разрядника. Технический результат - увеличение средней мощности системы импульсно-периодической зарядки и повышение надежности ее работы. 2 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ-приборам, предназначенным для получения сверхбольших импульсных и средних мощностей. Технический результат - повышение КПД и импульсной и средней выходной мощности. Сверхмощный СВЧ-прибор клистронного типа содержит соленоид и электронную пушку, содержащую несколько катодов, эмитирующая поверхность каждого из которых имеет форму боковой поверхности усеченного конуса, ось которого параллельна оси соленоида, резонаторную систему, коллектор, ввод и вывод СВЧ-энергии. Электронная пушка прибора содержит управляющий электрод, выполненный в виде совокупности единичных управляющих электродов, выполненных в виде полых усеченных конусов, каждый из которых окружает соответствующий ему катод, при этом внутренний диаметр в самой узкой части каждого единичного управляющего электрода больше диаметра самой широкой части эмитирующей поверхности соответствующего ему катода, ввод СВЧ-энергии выполнен в виде электрически соединенного с коаксиальной линией СВЧ-ввода проводника, размещенного вдоль оси прибора в центре входного резонатора, вывод СВЧ-энергии выполнен в виде по крайней мере двух волноводных выводов, расположенных симметрично относительно оси прибора, при этом каждый из волноводных выводов электромагнитно связан через щель связи с выходным резонатором. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, может быть использовано при разработке мощных источников СВЧ излучения с высоким электронным КПД для целей радиолокации, навигации и передачи информации. В способе управления в процессе доускорения обеспечивают электронное управление фазой излучения посредством воздействия на электронный пучок профилированным в пространстве ускорения электрическим полем. Технический результат - увеличение плотности потока энергии в заданной точке пространства за счет обеспечения синфазности излучения в пространстве ускорения электрическим полем. 2 ил.

Изобретение относится к технике генерации электромагнитных импульсов (ЭМИ) и может быть использовано в импульсной радиолокации и при испытаниях радиоэлектронной аппаратуры на воздействие импульсных полей. В генераторе электромагнитных импульсов, который включает в себя плоский фотокатод и параллельно ему плоский сетчатый анод, подключенные к источнику напряжения, импульсный или импульсно-периодический источник света и конвертер, преобразовывающий излучение источника света, в сферически расходящуюся волну оптического, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, новым является то, что устройство снабжено отражателем в виде несимметричной вырезки из параболоида вращения, при этом между отражателем и его фокусом размещены фотокатод и анод, а между отражателем и анодом установлен конвертер, центр излучения которого размещен на перпендикуляре к плоскости фотокатода, проведенном от фокуса отражателя, при этом расстояния от центра излучения конвертера до плоскости внешней стороны сетчатого анода и от фокуса отражателя до плоскости освещенной поверхности фотокатода одинаковы. Дополнительными отличиями является то, что плоский фотокатод и плоский сетчатый анод могут быть выполнены в форме либо прямоугольника, либо круга, либо овала, либо сектора. Конвертер может быть выполнен в виде параболического зеркала с металлическим или с диэлектрическим многослойным покрытием либо в виде точечной мишени сферической, конической или плоской формы. Отражатель может быть выполнен целиком из металла либо путем напыления металла на несущую конструкцию необходимой формы, изготовленную из стеклопластика, углепластика либо других композиционных материалов. Технический результат - улучшение направленности и увеличение интенсивности генерируемого электромагнитного излучения, что позволит расширить область его применения в радиолокации и технике испытаний на импульсные электромагнитные воздействия. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике генерации электромагнитных импульсов (ЭМИ) и может быть использовано в импульсной радиолокации и при испытаниях радиоэлектронной аппаратуры на воздействие импульсных полей. Устройство включает в себя фотокатод и сетчатый анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей тел вращения и которые подключены к источнику напряжения, импульсный или импульсно-периодический источник света, конвертер, преобразовывающий излучение источника света в сферически расходящуюся волну оптического, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, центр излучения которого совпадает с фокусом фотокатода. Сетчатый анод расположен эквидистантно фотокатоду, а рабочая поверхность фотокатода представляет собой несимметричную вырезку из параболоида вращения, деформированного путем сдвига его точек от вершины вдоль оси вращения и вдоль радиуса вращения к оси вращения. Дополнительными отличиями является то, что несимметричная вырезка может быть выполнена из параболоида вращения либо круговым или овальным цилиндром, либо прямоугольной призмой. А конвертер может быть выполнен в виде параболического зеркала с металлическим или с диэлектрическим многослойным покрытием либо виде плоской мишени сферической, конической или плоской формы. Технический результат - улучшение направленности и увеличение интенсивности генерируемого электромагнитного излучения, что позволяет расширить область его применения в радиолокации и технике испытаний на импульсные электромагнитные воздействия. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Магнетрон // 2572347
Изобретение относится к магнетронам. Катод магнетрона, содержащего радиальное удлинение для размещения клемм 6, 7 катода, опирается на значительно более короткие опорные держатели 3, 4, поскольку данные держатели закреплены в концевой стенке 18 радиального удлинения, которая расположена ближе к катодному концу радиального удлинения, чем к другому концу. Это сдвигает любые вибрации в полосу более высоких частот, где их возникновение менее вероятно в том случае, если магнетрон быстро перемещается, как в линейном ускорителе, используемом для лучевой терапии. Технический результат - снижение вибраций. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области плазменной релятивистской СВЧ-электроники и может найти применение при создании источников широкополосного электромагнитного СВЧ-излучения, используемого в импульсной СВЧ-энергетике, радиофизических исследованиях, экспериментальной физике, в технологических процессах обработки материалов. Способ основан на инжекции импульсного трубчатого релятивистского электронного пучка в трубчатую плазму, замагниченную в генераторной секции, в которой обеспечивают черенковское усиление медленной плазменной волны от уровня шумов электронного пучка до уровня насыщения, при этом длительность Т импульса тока электронного пучка задают в соответствии с условием: Т<L/u+L/V, где: L - длина генераторной секции, u - скорость электронов в пучке, V - групповая скорость отраженной плазменной волны. Технический результат - обеспечение возбуждения колебаний плазменной волны на всех частотах внутри интервала, определяемого диапазоном изменения концентрации плазмы. 6 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2014-05-20 2014-05-19T14:30:10
Наверх