Замедляющая система для ламп бегущей волны

Замедляющая система для ламп бегущей волны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ союз совктских социллистических Рксаллик госудАРствкннок плткнтнок

ВедОмстВО сссР (ГОсщткят cccpj

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1..

121) 3497226/21 (22) 1307.82 (48).301133 ban, Ny 4 -44

Д1) Нз чнО-исследовфтел р(фяд MHcYNfp щук н Физики при Саратовском госудврдвен щ уни;. riyi 3l! (il) ÆÛÂ А3 (51) 1 2

2 верси ете еаНГЧернышевского (Щ:Нанрад ИДЯЬщреем Н.5.

-,(INIlll%I915UN Ф и glyд

6ЕГУЦЦЕВ ВОЛНЫ (67) 1079100

1 < Ьпаз <2

Ь о» о- 15 где Ь вЂ” зазор между поверхностью волновода и кольцами. и На фиг,1 изображен продольный разрез замедляющей системы в плоскости опор; на е фиг.2 — поперечный разрез системы в пло- 20 скости колец, где приняты следующие обозначения: 1 — кольца, расположенные вдоль оси круглого аолновода 2,3- металлические я опоры, посредством которых кольца 1 крепятся к волноводу 2, 4 — продольный паэ; на

- 25: фиг.3 — эквивалентная схема замедляющей ом системы бвэ: пазов; на фиг,4 изображена эквивалентная схема замедляющей системы с пазами; на фиг.5- график зависимости отношения сопротивления связи замедляют ® щей системы спазамиксопротивлениюсвязи замедляющей системы без пазов йпаз/R а от отношения глубины паза к зазору между поверхностью волновода и кольцами—

Ьпаз „, на фиг.6 — качественные дисперсионные характеристики замедляющих систем с пазами; на фиг.7 — график зависимости сов противления связи замедляющих систем с пазами различной ширины и замедляющей

40 системы без пазов от фазового сдвига — р.

Увеличение сопротивления связи в предложенной замедляющей системе с пазами по сравнению с замедляющей системой без пазов, взятой в качестве прототипа, и 45 можно объяснить из анализа соответствуюе щих эквивалентных схем (см. фиг,З, 4). 3амедляющая система без пазов описывается х цепочкой. эквивалентных четырехполюсний . ков(фиг.З), где емкость С1 соответствует емо- 50 кости между соседними кольцами, — индуктивность опоры, пропорциональная

8 ее высоте (1 = kt hj, С вЂ” емкость между кольцом и волноводом. В данной эквивалентной схеме учитывается только связь между со55 седними ячейками (Ст). Связь с последующей ячейкой мала, так как она состоит из . взаимно компенсирующих электрической и магнитной компонент. обусловленных емкаИзобретение относится к области радиоэлектроники СВЧ, а именно к замедляющим системам для СВЧ приборов типа лампы бегущей волны (ЛБВ). .Известны различные модификации замедляющих систем в виде последовательности колец или трубок .дрейфа, расположенных соосно с волноводами разной конфигурации и.крепящихся посредством .металлических опор. поочередно выходящих из противоположйых частей вол новода, в частности замедля.ющая система с двумя видами опор треугольной формы различных размеров. расположенных llo чередно на двух противоположных стор. нах прямоугольного волновода и имеющих вблизи вершин поочередно отверстия трубки дрейфа, Недостатком конструкции является.е сложность и недостаточная технологич ность, Наиболее близким техническим реае нием к изобретению является эамедляаща система для ламп бегущей волны, содержа щая расположенные вдоль оси круглого вол новода кольца, укрепленные посредств металлических опор попеременно на диа метрально противоположных частях волно вода.

Данная замедляющая система имев ряд преимуществ по- сравнению с общеиз вестными замедляющими системами тип . диафрагмированный волнрвод — устойчи вость к самовозбуждению при фазово сдвиге у =2л, возможность применени вневакуумной магнитопериодической фоку сировки на постоянных магнитах, но уступа ет укаэанным системам по величин сопротивления связи, что является причи ной ограничения по мощности..

Целью изобретения является повыше ние мощности ЛБВ.

Цель достигается тем, что в замедляю щей системе для ламп бегущей волны, со держащей расположенные вдоль .ос круглог0 волновода кольца, укрепленны посредством металлических опор попере менно на.диаметрально противоположны частях волновода, круглый волновод по все длине замедляющей системы имеет пр дольные пазы, в которых расположены ме таллические опоры, причем глубина паза ппаз выбирается из условия где S — площадь поверхности кольца; а — ширина опоры;

Ьпаз —.Зазор между стенками пазов и опорами;

P — расстояние между осями соседних опо.р, б — зазор между кольцами;

A i — диаметр волновода.

Кроме того, зазор между стенками па10. зов и опорами выбирается иэ условия

1079100 (4) Lo = kLh + kLn hnaa

tLC(1+4< sin 111) (1+4 +4osip) А1

hvar=

2 стью и взаимной индукцией между опорами, расположенными через ячейку.

В замедляющей системе с пазами и соответственно увеличенной высотой опор связь через ячейку становится существенной и носит электрический характер, так как взаимная индуктивность между опорами в области паза из-за близости стенок мала, Таким образом, в эквивалентную схему необходимо ввести дополнитвельную емкость

Сз - k со hnaa, .пропорциональную глубине паза, а.замедляющая система будет описываться цепочкой шестиполюсников (фиг.4). Здесь емкость Со состоит из емкости кольцо-волновод, уменьшенной за счет паза Со - kC (k — определяется из

f геометрии системы), и емкости между опорой и боковыми стенками паза, пропорциональной его глубине: Свез - ken hnaa.

Индуктивность опоры Ln.также можно разбить на две части — индуктивность части опоры высотой h, расположенной вне паJ за. и в пазу — высотой hnaa, Дисперсионные уравнения и выражения для сопротивления связи, полученные на.основании приведенных эквивалентных схем, имеют следующий вид;

Из анализа приведенных соотношений видно,. что величина сопротивления связи замедляющей системы Rnaa с увеличением глубины пазов растет и превосходит по величине Сопротивление связи замедляющей системы без пазов R, начиная с некоторой минимальной глубины (обусловленной: конечной.шириной:пазов), при которой длины опоры обеих систем равны. Возрастание со: противления связи обусловлено увеличением индуктивности опор с ростом их высоты за счет углубления пазов, а также увеличением связи через одну ячейку за счет емкости Cz, возрастающей с увеличением глубины пазов. При малой глубине пазов, когда вСледствие конечности их ширины вы. сота опор меньше, чем в системе пазов, сопротивление связи замедляющей систе; мы с пазами может быть меньше, чем в системе без пазов. Минимальная глубине пазов,.начиная с которой наблюдается воздля замедляющей системы беэ пазов

К(1+4 — -в1вв 1в/2)

5.

Я =Е(Р) С, . (2)

Я . для.замедляющей системы с пазами

А» =2лС х

LnC (1 + 4 — в!вв + 4 — sin in) со 2 Со

Rna3 = Е (p) 2-,"1(в; — х

„341»

С1 2

1 +4 — соз (р

С1 где А, Л з- длина волны в системе без паза и,с пазами;

С вЂ” скорость света в вакууме; ф — фазовый сдвиг на ячейку системы.

Отношение величин сопротивлений связи предлагаемой замедляющей системы

З0 и прототипа в зависимости от глубины паза запишется как растание сопротивления связи системы с пазами, по сравнению с замедляющей системой без пазов, определяется, исходя иэ

35 геометрии системы, как

40 Приведенные зависимости Rn»/R от

hn»/Ь при фазовых сдвигах (p=. 1,143 X

1,214 к; 1.286 л; 1,429 л проиллюстрированы на фиг.5 для замедляющих систем со следующими втносительными размерами:

45 диаметр. вол новода А1/О - 1,9; внешний диаметр кольца А2!О - 1,5; внутренние диаметр кольца А/О 0,9; ширина опоры а/b - 2: зазор между кольцами d/D 0,5; зазор межbn»

50 ду стенками волновода и опорами

b.

-1,05; глубина nasa hnaa/Ь - 2,6.

1079100

Эквивалентные параметры ввиду сложности точного электродинамического расчета были получены на основании измеренных дисперсионных характеристик и сопротивления связи соответствующих систем с использованием приведенных выше соотношений, Измерение сопротивления связи проводилось методом "бисерного зонда": Величина С1 рассчитывалась по формулам плоского конденсатора, а коэффициенты kL, Мы и величины, С получены из приравнивания экспериментальных и расчетных значений (1. 3) длин волн А Япаз при фазовых сдвигах Ои у) т; коэффициент k сг — из Формулы(5) и экспериментального значения Рпаз/R ïðè р= 1,143а ..

Характерным для замедляющих систем; описываемых. цепочкой эквивалентных аестиполюсников типа фиг.4, является наличие дополнительного экстремума на дисперсионной характеристике при знэче1 киях Сг/С1 > — „в точке, где ф удовлетворяет

Ct соотношению соз p .=- = . В этой точке

4Сг дисперсионная характеристика изгибается и происходит изменение знака дисперсии, т е, в системе распространяются сразу две волны — одна с положительной дисперсией, другая с отрицательной. Нэ фиг.б привед6- ны качественные характеристики 1-oN гармоники замедляющих систем при разных величинах Сг/C>. Для устойчивой работы

ЛБВ желательно иметь замедляющую систему с дисперсионной характеристикой без перегиба, т.е. необходимо выполнять условие Сг/С1 1/4. С этой точки зрения глубйну паза нужно выбирать меньще некоторой критической величины

Формула изобретения

1, ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ

ЛАМП БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ. содЕржащая расположенные вдоль Оси круглого волновода кольца, укрепленные посредством металлических опор попеременно нэ диаметрально противоположных частях волновода, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности ЛБВ; круглый волновод по всей длине замедляющей системы имеет продольйые пазы, в которых расположены металлические опоры, причем глубина пазов h<» выбирается иэ условия

А/2 — (At 2) (b» +a/2) <

С1 15 о

Икр = — — =.— — — + 1

4 сг Ва td где S площадь торцовой поверхности кольца. Так. для рассчитанной замедляющей системы Икр/b - 6, ширина паза выбирается больше поперечного размера опоры, причем при малой зазоре между стенками пазов и опорами увеличение сопротивления связи незначительно, так как индуктивность опоры в области паза уменьшается за счет близкого расположения стенок паза. Кроме того, уменьшается емкость Сг, поскольку часть электрических силовых линий откло15 няется на стенки паза. Зйачительное увеличение ширины пазов приводит к увеличению индуктивности 4„но при этом возрастает взаимоиндукция между опорами, расположенными через одну ячейку, что

20 компенсирует емкостную связь за счет Сг.

Все это уменьшает сопротивление связи.

Кроме того, значительное увеличение ширины паза осложняет условия магнитной фокусировки. Пределы изменения ширины пазов выбраны на основании экспериментальных данных, приведенных на фиг.7, и составля ют1S ". 2, Ьпаз

Изготовление волновода с продольны30 ми пазами технической сложности не представляет, применение предложенной замедляющей системы с увеличенным сопротивлением связи в лампах бегущей волны позволяет повысить выходную мощность

35 прибора, практически не уменьшая его ширОКОполосность. (56) Патент ClDA М 3699379, кл, Н 01 J

28/34, опублик. 1972.

Патент Англии N. 1334511, кл, Н 01,)

4О 23/24., ойублик, 1972, < белаз s 1/8 S/a(D/4+ 1), 45, где 3 - площадь повэрХности кольца; э - ширина опоры;.

Ьлаз - зазор между стенками пазов и опорами;

D-- расстояние между осями соседних опор; б - зазор между кольцами;

А1 - диаметр волновода;

2. Система по п.1, .отличающаяся тем, что зазор между стенками пазов и.опорами выбирается из условия

1< с

Ьпаз

Ь где Ь - зазор между поверхностью волновода и кольцами, 1 в

30У9100

1079100

S4 Ф

Корректор С. Патрушева

Редактор g. Юркова

ПодиисноеЗаказ 3331 Тираж .НПО "Поиск" Роспатента

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул;Гагарина. 101

Составитель И. Накрап

Техред М.моргентал