Широкополосное согласующее устройство замедляющей системы

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к устройствам согласования замедляющих систем сверхвысокочастотных приборов О-типа с длительным взаимодействием. Широкополосное согласующее устройство замедляющей системы содержит металлический цилиндрический корпус, внутри которого установлен резонатор, являющийся периодическим продолжением замедляющей системы. Центральный проводник подводящей коаксиальной линии установлен перпендикулярно продольной оси резонатора. Внутренняя поверхность корпуса имеет разные диаметры, в наименьшем из которых установлен резонатор, состоящий из двух частей, одна часть которого выполнена в виде круглого волновода и соединена с помощью перемычек с другой частью резонатора, выполненной в виде последовательности одинаковых колец, соединенных между собой перемычками, причем перемычки каждого последующего кольца смещены относительно предыдущего кольца, а одна из перемычек, расположенная между крайними кольцами со стороны замедляющей системы, соединена с центральным проводником подводящей коаксиальной линии. Технический результат - уменьшение неравномерности частотной зависимости КСВ в широкой полосе пропускания замедляющей системы. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к согласующим устройствам замедляющих систем (ЗС) сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов О-типа с длительным взаимодействием.

Известна конструкция ЗС (см. патент РФ №2648235 «Замедляющая система» от 22.11.2016, авторов А.Ф. Липатова, И.В. Ошкина, МПК: Н01J 23/24, опубл. 09.01.2018 Бюлл. №9), выполненная в виде периодической последовательности одинаковых колец, соединенных между собой перемычками, а перемычки каждого последующего кольца определенным образом смещены относительно предыдущего кольца. ЗС такого типа представляет собой модификацию широко известной конструкции ЗС типа «кольцо-перемычка» (Силин Р.А. Периодические волноводы. М: ФАЗИС, 2002, рис. 2.3, с. 16) и применяется в широкополосных СВЧ приборах дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн.

Для согласования электромагнитных полей в ЗС такого типа используется конструкция согласующего устройства (А.И. Астайкин, К.В. Троцюк, С.П. Ионова, В.Б. Профе. Теория и техника СВЧ. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2008, рис. 4.73, с. 215), содержащее металлический цилиндрический корпус с постоянным диаметром, внутри которого установлены резонаторы ЗС. В такой конструкции подводящая коаксиальная линия устанавливается перпендикулярно продольной оси резонаторов ЗС, а ее центральный проводник, подсоединяется непосредственно к резонатору, который идентичен резонаторам ЗС и является ее периодическим продолжением. Для обеспечения заданного уровня согласования в полосе пропускания ЗС используется принцип плавного изменения размеров и формы коаксиальной подводящей линии и ее поперечные размеры выбирают гак, чтобы отражения от соединения с резонатором ЗС были минимальными.

Однако такая конструкция согласующего устройства позволяет получить удовлетворительное согласование только на центральной частоте в узком диапазоне частот полосы пропускания ЗС, что ограничивает ее практическое использование. Кроме того, отклонение поперечных размеров подводящей коаксиальной линии от оптимальных значений приводит к значительному увеличению неравномерности частотной зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) во всей полосе пропускания ЗС. Высокие значения КСВ и сильная неравномерность его частотной зависимости ограничивает полосу пропускания и снижает электрическую прочность ЗС и СВЧ прибора в целом.

Вышеуказанная конструкция согласующею устройства является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому широкополосному согласующему устройству ЗС, и поэтому выбрана в качестве прототипа.

Недостатком указанного согласующего устройства является невозможность обеспечения требуемого уровня согласования ЗС с полосой пропускания более 20%.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание широкополосного согласующего устройства ЗС, обладающего требуемым уровнем неравномерности частотной зависимости КСВ во всей полосе пропускания ЗС.

Достигаемый технический результат заключается в уменьшении неравномерности частотной зависимости КСВ в широкой полосе пропускания ЗС.

Для достижения технического результата в широкополосном согласующем устройстве ЗС, содержащем металлический цилиндрический корпус, внутри которого установлен резонатор, являющийся периодическим продолжением ЗС, центральный проводник подводящей коаксиальной является то, что внутренняя поверхность корпуса имеет разные диаметры, в наименьшем из которых установлен резонатор, состоящий из двух частей, одна часть которого выполнена в виде круглого волновода и соединена с помощью перемычек с другой частью резонатора, выполненной в виде последовательности одинаковых колец, соединенных между собой перемычками, причем перемычки каждого последующего кольца смещены относительно предыдущего кольца, а одна из перемычек, расположенная между крайними кольцами со стороны ЗС, соединена с центральным проводником подводящей коаксиальной линии.

Новая совокупность существенных признаков позволяет обеспечить в заданном сечении ЗС выполнение условий пространственного равенства волновых сопротивлений и формирование равномерного распределения электромагнитного поля и, как следствие, требуемый уровень согласования в широкой полосе пропускания ЗС.

На фиг. 1 представлен в разрезе продольный вид конструкции широкополосного согласующего устройства ЗС, а на фиг. 2 - изометрический вид конструкции.

На фиг. 3 представлена экспериментальная частотная зависимость КСВ ЗС с полосой пропускания 22%.

Широкополосное согласующее устройство ЗС состоит из металлического цилиндрического корпуса 1, внутри которого установлены резонаторы 2 и 3. Резонатор 2 идентичен остальным резонаторам ЗС и крепится в корпусе 1 с помощью диэлектрических опор 4. Центральный проводник подводящей коаксиальной линии 5 соединен с резонатором 3 в месте расположения перемычки 6.

Широкополосное согласующее устройство ЗС работает следующим образом.

В СВЧ приборе в результате прохождения электронного потока вдоль ЗС на резонаторах 2 и 3 наводятся электрические токи, которые приводят к возбуждению переменного электрического и магнитного полей. Требуемая компонента электрического поля с максимальной амплитудой формируется в области резонатора 2 в сечении перемычки 6. За счет отсутствия неоднородностей и равенства волновых сопротивлений энергия электромагнитного поля через подводящую коаксиальную линию 5 транспортируется во внешнюю нагрузку с минимальными отражениями. При таком построении широкополосного согласующего устройства ЗС, уровень согласования и неравномерность частотной зависимости КСВ определяется соотношением значений внутренних диаметров корпуса 1 и их продольного размера, а также поперечными размерами подводящей коаксиальной линии 5, что в совокупности позволяет расширить функциональные возможности.

Предлагаемая конструкция широкополосного согласующего устройства ЗС была успешна реализована в резонансном СВЧ генераторе О-типа дециметрового диапазона. Согласно представленной на фиг. 3 зависимости согласование достигается во всей полосе пропускания ЗС.

Широкополосное согласующее устройство замедляющей системы, содержащее металлический цилиндрический корпус, внутри которого установлен резонатор, являющийся периодическим продолжением замедляющей системы, центральный проводник подводящей коаксиальной линии, установленный перпендикулярно продольной оси резонатора, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса имеет разные диаметры, в наименьшем из которых установлен резонатор, состоящий из двух частей, одна часть которого выполнена в виде круглого волновода и соединена с помощью перемычек с другой частью резонатора, выполненной в виде последовательности одинаковых колец, соединенных между собой перемычками, причем перемычки каждого последующего кольца смещены относительно предыдущего кольца, а одна из перемычек, расположенная между крайними кольцами со стороны замедляющей системы, соединена с центральным проводником подводящей коаксиальной линии.