Многолучевая миниатюрная "прозрачная" лампа бегущей волны

Многолучевая миниатюрная "прозрачная" лампа бегущей волны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многолучевым миниатюрным «прозрачным» (односекционным) многорежимным лампам бегущей волны (ЛБВ), предназначенным для работы в усилительных цепочках передатчиков бортовой аппаратуры в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.

Известна мощная многолучевая многорежимная «прозрачная» ЛБВ, содержащая многолучевую электронную пушку с многоэмиттерным катодом и управляющим электродом в виде плоской пластины с отверстиями, соосными с эмиттерами катода, замедляющую систему (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР), размещенную между полюсными наконечниками, коллектор и магнитную фокусирующую систему [1]. Полюсные наконечники экранируют электронную пушку и коллектор от магнитного поля, при этом катодный полюсный наконечник одновременно является анодом электронной пушки. В полюсных наконечниках выполнены отверстия для пролета электронов (пролетные каналы), расположенные соосно с эмиттерами катода. Фокусирующее магнитное поле создается магнитной системой, содержащей поперечно намагниченные постоянные магниты в виде прямоугольных брусков, установленных по всему периметру катодного и коллекторного полюсных наконечников. Противоположные полюса каждой пары магнитов на полюсных наконечниках замкнуты магнитопроводом в виде прямоугольных брусков из магнитомягкого материала.

В конструкции использована замедляющая система типа ЦСР, которая на сегодняшний день является единственно приемлемым типом замедляющей системы для многолучевых «прозрачных» ЛБВ. Замедляющие системы типа ЦСР имеют высокое сопротивление связи, большую механическую прочность и термостойкость, а также просты в подборе необходимой дисперсионной характеристики. В известной конструкции ЛБВ замедляющая система на ЦСР снабжена трубами дрейфа, установленными в центральной части диафрагм, разделяющих смежные резонаторы. В трубах дрейфа выполнены пролетные каналы для прохождения электронных пучков, расположенные соосно с эмиттерами катода. В диафрагмах выполнены окна связи смежных резонаторов.

Недостатками этой конструкции являются большие масса и габариты, а также громоздкость конструкции магнитной системы ЛБВ. Такую магнитную систему нельзя применять в миниатюрных «прозрачных» ЛБВ из-за жестких требований к ее массогабаритным параметрам. Кроме того, при использовании такой конструкции магнитной системы в миниатюрной «прозрачной» ЛБВ появляются технические трудности совмещения элементов магнитной системы с волноводными узлами ввода/вывода СВЧ-энергии. Наконец, в миниатюрной «прозрачной» ЛБВ возникают конструктивно-технологические сложности использования ЦСР с трубами дрейфа из-за сложного, в этом случае, профиля диафрагм, имеющих малые размеры.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) предлагаемого изобретения является миниатюрная многолучевая многорежимная «прозрачная» ЛБВ, содержащая многолучевую электронную пушку с многоэмиттерным катодом и управляющим электродом с отверстиями, соосными с эмиттерами катода, размещенную между полюсными наконечниками замедляющую систему типа ЦСР с трубами дрейфа, в которых выполнены пролетные каналы для парциальных электронных пучков, коллектор и магнитную фокусирующую систему [2]. Электронная пушка и коллектор экранированы от магнитной системы с помощью коллекторного полюсного наконечника и катодного полюсного наконечника, являющегося анодом, в которых также выполнены пролетные каналы. Магнитная система содержит намагниченные в поперечном направлении постоянные магниты, установленные на двух противоположных сторонах катодного и коллекторного полюсных наконечников и замкнутые магнитопроводом.

Основным недостатком такой ЛБВ является плохое токопрохождение на коллектор из-за возмущающего действия на парциальные электронные пучки поперечной составляющей магнитного поля в пролетных каналах между полюсными наконечниками магнитной системы. Это связано с высоким уровнем поперечной составляющей магнитного поля в межполюсном зазоре магнитной системы, а также с тем, что функция осевого распределения поперечной составляющей магнитного поля в межполюсном зазоре такой ЛБВ меняет знак один раз в середине межполюсного зазора. При этом на каждой половине межполюсного зазора на парциальные электронные пучки действует однонаправленное поперечное магнитное поле, которое вызывает существенный однонаправленный дрейф каждого парциального электронного пучка к стенке пролетного канала, что является причиной токооседания электронных пучков на стенки пролетных каналов.

Под влиянием поперечной составляющей магнитного поля (которая наряду с продольной составляющей магнитного поля всегда присутствует в области пролетных каналов ЗС) парциальные электронные пучки отклоняются от осей пролетных каналов в соответствии с величиной и направлением действующего на них вектора поперечной составляющей магнитного поля. Вследствие этого часть электронов из периферийных областей парциальных электронных пучков оседает на стенках пролетных каналов, что приводит к ухудшению прохождения многолучевого электронного потока на коллектор. В результате плохое токопрохождение становится одним из основных факторов, ограничивающих уровень выходной импульсной и выходной средней мощности ЛБВ, что приводит к ограничению функциональных возможностей передатчиков бортового применения с усилительными цепочками, выполненными на основе таких миниатюрных «прозрачных» ЛБВ.

Высокий уровень поперечной составляющей магнитного поля в пролетных каналах ЗС является следствием ряда принципиальных конструктивных ограничений, характерных для миниатюрной «прозрачной» ЛБВ. Первое ограничение обусловлено жесткими требованиями к массе и габаритам прибора, которые должны быть минимальны, что не позволяет выбрать оптимальное соотношение между поперечными размерами полюсных наконечников (для уменьшения поперечных размеров прибора поперечные размеры полюсных наконечников должны быть минимальными, а для обеспечения низкого уровня поперечной составляющей магнитного поля эти размеры должны быть достаточно большими) и заданной длиной межполюсного зазора, выбираемой в соответствии с требованиями к выходным параметрам ЛБВ. Второе ограничение связано с тем, что при требуемых малых продольных и поперечных размерах «прозрачной» ЛБВ постоянные магниты и узлы ввода/вывода СВЧ-энергии могут быть расположены только в двух взаимно перпендикулярных направлениях и перпендикулярно относительно продольной оси ЛБВ, поэтому в известной (выбранной в качестве прототипа) миниатюрной ЛБВ постоянные магниты установлены на двух противоположных сторонах катодного и коллекторного полюсных наконечников. Такое асимметричное расположение магнитов относительно оси прибора неизбежно увеличивает уровень поперечной составляющей магнитного поля в пролетных каналах замедляющей системы, расположенной в зазоре между полюсными наконечниками.

Кроме того, при создании и изготовлении миниатюрных «прозрачных» ЛБВ возникают значительные технологические трудности, связанные с изготовлением отдельных элементов замедляющей системы на ЦСР с трубами дрейфа, их сборкой и последующей пайкой, а также с обеспечением механической прочности, теплоотвода и герметичности конструкции. Для обеспечения повторяемости и воспроизводимости параметров ЛБВ требуется высокая чистота обработки внутренней поверхности резонаторов и соблюдение жестких допусков на геометрические размеры. Изготовление таких замедляющих систем и их отдельных элементов требует применения дорогостоящего высокоточного оборудования и специальных инструментов, что увеличивает стоимость ЛБВ.

Задачей предлагаемого изобретения является создание многолучевой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ с высоким токопрохождением, а следовательно, с увеличенной средней и импульсной выходной мощностью, высоким КПД, низкими питающими напряжениями и широкой полосой рабочих частот, обладающей высокой технологичностью и предназначенной для работы в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.

Из уровня техники известны конструкции СВЧ-приборов O-типа, в том числе ЛБВ, в которых токопрохождение увеличивают путем уменьшения поперечной составляющей магнитного поля в пролетных каналах СВЧ-приборов с помощью выпрямителей магнитного поля.

Известна однолучевая ЛБВ с замедляющей системой спирального типа и магнитной системой, создающей однородное магнитное поле, в которой используется выпрямитель магнитного поля, который выполнен в виде окружающей замедляющую систему ЛБВ многослойной цилиндрической трубы, состоящей из набора чередующихся колец из немагнитного материала (например, меди) и тонких колец из магнитомягкого материала (например, из стали) [3]. Выпрямитель магнитного поля охватывает пролетный канал ЗС и обеспечивает низкий уровень поперечной составляющей магнитного поля на оси пролетного канала. Однако такой выпрямитель магнитного поля нельзя использовать в многолучевой ЛБВ, так как он будет слабо воздействовать на поперечную составляющую магнитного поля в удаленных от него пролетных каналах, расположенных вблизи оси замедляющей системы.

Известна однолучевая ЛБВ с магнитной системой, в состав которой входит выпрямитель магнитного поля, расположенный на участке между электронной пушкой и замедляющей системой ЛБВ и выполненный в виде ряда разделенных промежутками колец из магнитомягкого материала, окружающих пролетный канал [4]. Кольца из магнитомягкого материала обеспечивают на этом участке ЛБВ снижение уровня поперечной составляющей магнитного поля в пролетном канале ЛБВ. Кольца будут влиять на распределение магнитного поля в пролетном канале лишь на небольшом по длине участке магнитной фокусирующей системы ЛБВ, примыкающем к электронной пушке, и практически не будут влиять на распределение магнитного поля в пролетном канале ЛБВ на более протяженном участке ее магнитной фокусирующей системы, размещенном в области замедляющей системы. Такой выпрямитель магнитного поля нельзя использовать в многолучевой ЛБВ по тем же причинам, что и в предыдущей конструкции.

Известен сильноточный мощный многолучевой СВЧ-прибор O-типа, включающий электронно-оптическую систему, формирующую электронные лучи, объединенные в несколько групп, при этом для каждой группы электронных лучей в СВЧ-приборе имеется своя электродинамическая система, выполненная в виде последовательно расположенных одиночных резонаторов, причем все резонаторы СВЧ-прибора объединены в единый резонаторный блок [5]. Для обеспечения фокусировки электронных лучей СВЧ-прибор снабжен магнитной системой, содержащей расположенную между полюсными наконечниками с внешней стороны резонаторного блока катушку соленоида. Для увеличения токопрохождения СВЧ-прибора в резонаторный блок отдельно для каждой группы электронных лучей введены последовательности несоприкасающихся между собой выпрямителей магнитного поля (магнитных экранов). Каждый выпрямитель магнитного поля выполнен в виде тонкого плоского кольца из магнитомягкого материала с отверстиями для пропускания электронных лучей. Выпрямители магнитного поля установлены в промежутках между всеми смежными одиночными резонаторами в каждой электродинамической системе СВЧ-прибора. Однако использование большого количества таких выпрямителей (которые расположены между резонаторами и, таким образом, не являются частью резонаторной системы) в миниатюрных ЛБВ с ЗС типа ЦСР невозможно, так как это существенно усложняет конструкцию и технологию изготовления ЗС ЛБВ.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение токопрохождения и, следовательно, повышение уровня выходной импульсной и средней мощности в многолучевой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ путем снижения поперечной составляющей магнитного поля во всех пролетных каналах ЗС при одновременном обеспечении простоты, технологичности и малых габаритов конструкции ЛБВ.

Предлагается многолучевая миниатюрная «прозрачная» лампа бегущей волны, содержащая многолучевую электронную пушку с многоэмиттерным катодом и управляющим электродом, расположенную между катодным и коллекторным полюсными наконечниками замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, в диафрагмах которой выполнены пролетные каналы и окна связи, а также ввод и вывод СВЧ-энергии, коллектор и магнитную фокусирующую систему, содержащую поперечно намагниченные постоянные магниты, установленные на двух противоположных сторонах каждого из полюсных наконечников перпендикулярно вводу и выводу СВЧ-энергии и замкнутые магнитопроводом, при этом диафрагмы замедляющей системы выполнены в виде плоских пластин без труб дрейфа, по крайней мере, две из диафрагм выполнены двухслойными, причем один из слоев диафрагмы выполнен из магнитомягкого материала и является выпрямителем магнитного поля, расстояние между катодным полюсным наконечником и выпрямителем магнитного поля первой из двух двухслойных диафрагм, расстояние между коллекторным полюсным наконечником и выпрямителем магнитного поля второй из двух двухслойных диафрагм, расстояние между катодным и коллекторным полюсными наконечниками, диаметр пролетных каналов и расстояние от центра пролетного канала, наиболее удаленного от оси замедляющей системы, до ближайшей к нему кромки окна связи в диафрагме определяются из условий:

0,8L/4≤Z₁≤1,2L/4;

0,8L/4≤Z₂≤1,2L/4;

Н≥2d,

где Z₁ - расстояние между катодным полюсным наконечником и выпрямителем магнитного поля первой из двух двухслойных диафрагм,

Z₂ - расстояние между коллекторным полюсным наконечником и выпрямителем магнитного поля второй из двух двухслойных диафрагм,

L - расстояние между катодным и коллекторным полюсными наконечниками,

d - диаметр пролетных каналов,

Н - расстояние от центра пролетного канала, наиболее удаленного от оси замедляющей системы, до ближайшей к нему кромки окна связи в диафрагме.

В предлагаемой многолучевой миниатюрной «прозрачной» лампе бегущей волны замедляющая система может быть выполнена в виде многослойной конструкции из соединенных друг с другом чередующихся диафрагм, имеющих форму диска, и колец. В одном из возможных вариантов такой конструкции пролетные каналы расположены в центральной части каждой диафрагмы замедляющей системы, причем центры пролетных каналов размещены на одной или нескольких концентрических окружностях, окна связи в диафрагмах выполнены в виде двух симметрично расположенных щелей, имеющих форму неполных полуколец, отделенных друг от друга двумя диаметрально расположенными перемычками, каждое кольцо замедляющей системы содержит два коаксиально расположенных кольцевых участка, причем внутренний диаметр наружного кольцевого участка кольца равен внешнему диаметру центрального кольцевого участка кольца и равен внешнему диаметру неполных полуколец окон связи в диафрагмах, а внутренний диаметр центрального кольцевого участка кольца равен внутреннему диаметру неполных полуколец окон связи в диафрагмах или превышает его, толщина центрального участка кольца меньше толщины наружного участка кольца, и торцевые поверхности наружного участка кольца равно удалены от соответствующих торцевых поверхностей центрального участка кольца.

В предлагаемой многолучевой миниатюрной «прозрачной» лампе бегущей волны замедляющая система может быть выполнена в виде волновода, перегороженного диафрагмами, расположенными перпендикулярно его продольной оси.

В многолучевой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ для повышения токопрохождения также могут быть использованы выпрямители магнитного поля, при этом важен выбор конструктивно простой, технологичной, малогабаритной и обеспечивающей заданные параметры замедляющей системы, в которую удобно «вписываются» выпрямители магнитного поля. По этим соображениям в предлагаемой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ используется менее сложная и более дешевая в изготовлении замедляющая система на цепочке связанных резонаторов без труб дрейфа, при этом диафрагмы резонаторов ЗС выполнены в виде плоских пластин. Такая ЗС имеет высокое сопротивление связи и малые размеры.

В предлагаемом изобретении, по крайней мере, две из диафрагм ЗС выполнены двухслойными: один слой выполнен из немагнитного материала, например из меди, а второй слой выполнен из магнитомягкого материала, например из стали, при этом слой из магнитомягкого материала может быть выполнен с любой стороны диафрагмы. Слой из магнитомягкого материала используют в качестве выпрямителя магнитного поля, снижающего величину поперечной составляющей магнитного поля во всех пролетных каналах ЗС. Таким образом, в предложенной конструкции выпрямитель магнитного поля является частью диафрагмы, размеры которой задаются исходя из требуемых электродинамических характеристик ЗС, и, следовательно, его введение в ЗС не искажает ее электродинамические параметры. Все пролетные каналы двухслойной диафрагмы проходят через два слоя, один из которых является выпрямителем магнитного поля. За счет этого выпрямитель ослабляет поперечную составляющую магнитного поля, возмущающую парциальные электронные пучки, одновременно во всех пролетных каналах двухслойной диафрагмы, тем самым улучшая токопрохождение во всех пролетных каналах. Расчеты показали, что для эффективного подавления поперечной составляющей магнитного поля в пролетных каналах ЗС многолучевой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ такие выпрямители магнитного поля (входящие в состав двухслойных диафрагм) достаточно разместить, по крайней мере, вблизи двух максимумов модуля функции распределения поперечной составляющей магнитного поля вдоль оси ЗС (межполюсного зазора), расположенных на расстоянии от полюсных наконечников, равном одной четверти расстояния L между ними, что отражено в приведенных в изобретении условиях:

0,8 L/4≤Z₁≤1,2 L/4;

0,8 L/4≤Z₂≤1,2 L/4;

где Z₁ - расстояние между катодным полюсным наконечником и выпрямителем магнитного поля первой из двух двухслойных диафрагм,

Z₂ - расстояние между коллекторным полюсным наконечником и выпрямителем магнитного поля второй из двух двухслойных диафрагм.

Таким образом, использование в ЛБВ всего лишь двух двухслойных диафрагм, выпрямители магнитного поля которых размещены в указанных областях ЗС, позволяет эффективно уменьшить поперечную составляющую магнитного поля в пролетных каналах ЗС практически без усложнения ее конструкции. При необходимости глубокого подавления поперечной составляющей магнитного поля количество двухслойных диафрагм с выпрямителями может быть увеличено при соблюдении указанных в изобретении условий.

Ширина перемычки между каждым окном связи в диафрагме и ближайшим к нему пролетным каналом выбирается из условия Н≥2d, где Н - расстояние от центра пролетного канала, наиболее удаленного от оси замедляющей системы, до ближайшей к нему кромки окна связи в диафрагме, d - диаметр пролетных каналов. При этом величина Н=2d соответствует минимально возможной ширине перемычки, при которой в области пролетного канала практически отсутствует неоднородность магнитного поля, возникающая на кромке ближайшего к нему окна связи.

Введение в конструкцию замедляющей системы ЛБВ предлагаемых выпрямителей магнитного поля позволяет снизить в несколько раз величину поперечной составляющей магнитного поля в межполюсном зазоре и одновременно изменить характер осевого распределения функции поперечной составляющей магнитного поля в этом зазоре таким образом, что она многократно меняет знак. При многократном изменении направления вектора поперечной составляющей магнитного поля центр каждого парциального электронного пучка также многократно (синхронно изменению направления этого вектора) колеблется в небольшой области вблизи оси своего пролетного канала, и, таким образом, устраняется нежелательный однонаправленный дрейф парциальных электронных пучков по направлению к стенкам пролетных каналов, который имеет место в замедляющей системе известной ЛБВ (в прототипе).

Возможность использования в ЛБВ минимального количества (двух) предлагаемых выпрямителей магнитного поля, а также выбор места их расположения относительно полюсных наконечников связаны с особенностью функции распределения поперечной составляющей магнитного поля в межполюсном зазоре магнитной системы миниатюрной «прозрачной» ЛБВ.

Действительно, в области прохождения электронных пучков в миниатюрной «прозрачной» ЛБВ без выпрямителей магнитного поля силовые линии магнитного поля в межполюсном зазоре имеют «бочкообразный» вид. В этом случае функция распределения поперечной составляющей магнитного поля вдоль оси ЗС обращается в нуль в середине зазора между полюсными наконечниками, а максимумы (по модулю) этой функции расположены на расстояниях от полюсных наконечников, равных примерно одной четвертой длины межполюсного зазора.

Как показали расчеты, при введении в конструкцию ЗС предлагаемых выпрямителей магнитного поля максимальная эффективность их воздействия на поперечную составляющую магнитного поля достигается при условии, что местоположение выпрямителей магнитного поля точно совпадает с местом расположения указанных максимумов функции распределения поперечной составляющей магнитного поля или находится в окрестности указанных максимумов в соответствии с приведенными выше заданными условиями выбора величин Z₁ и Z₂.

Расчеты показали, что эффективность действия выпрямителей практически не снижается при расположении выпрямителей вблизи максимумов функции распределения поперечной составляющей магнитного поля, то есть внутри области, в которой уровень поперечной составляющей магнитного составляет не менее 90% от ее максимальной величины, что соответствует граничным значениям величин Z₁ и Z₂ в указанном диапазоне их изменения. Выбор величин Z₁ и Z₂ в указанном широком диапазоне позволяет варьировать параметры замедляющей системы путем изменения, например, ее шага при сохранении высокого токопрохождения на коллектор ЛБВ.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично показана предлагаемая многолучевая миниатюрная «прозрачная» ЛБВ.

На фиг.2 показан один из возможных вариантов выполнения замедляющей системы на цепочке связанных резонаторов без труб дрейфа предлагаемой многолучевой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ, изображенной на фиг.1.

На фиг.3 показана двухслойная диафрагма замедляющей системы, изображенной на фиг.2.

На фиг.4 показана аксонометрическая проекция электронно-оптической и магнитной систем предлагаемой многолучевой миниатюрной «прозрачной» ЛБВ, изображенной на фиг.1.

На фиг.5 показана аксонометрическая проекция рабочей части (внутренней полости) замедляющей системы, изображенной на фиг.2.

На фиг.6 приведены результаты компьютерного моделирования электронно-оптической и магнитных систем многолучевой «прозрачной» ЛБВ, выбранной в качестве прототипа.

На фиг.7 приведены результаты компьютерного моделирования электронно-оптической и магнитных систем многолучевой «прозрачной» ЛБВ согласно изобретению.

Предлагаемая многолучевая миниатюрная «прозрачная» ЛБВ показана на фиг.1 в сечении XoZ декартовой системы координат, при этом координатная ось YY расположена перпендикулярно плоскости чертежа. ЛБВ содержит последовательно расположенные вдоль оси прибора многолучевую электронную пушку 1, катодный полюсный наконечник (анод) 2 со сквозными отверстиями, образующими пролетные каналы 3, замедляющую систему 4 типа ЦСР, коллекторный полюсный наконечник 5 со сквозными отверстиями, образующими пролетные каналы 3 и коллектор 6. ЛБВ содержит также ввод СВЧ-энергии 7, вывод СВЧ-энергии 8 и магнитную систему 9. Магнитная система 9 содержит два ряда намагниченных в поперечном направлении постоянных магнитов 10, 11 в виде прямоугольных брусков, замкнутых магнитопроводом 12. На фиг.1 стрелками показано направление намагниченности постоянных магнитов 10 и 11, отмечена ориентация их магнитных полюсов N и S, а также отмечено расстояние L (длина межполюсного зазора) между катодным 2 и коллекторным 5 полюсными наконечниками. Магниты 10 первого ряда расположены с двух сторон катодного 2 и коллекторного 5 полюсных наконечников, при этом обращенные к ЗС торцы магнитов 10 и полюсных наконечников 2, 5 совпадают для повышения однородности магнитного поля в межполюсном зазоре. Магниты 11 второго ряда расположены на внешней поверхности магнитов 10, соединены магнитопроводом 12. Для повышения однородности магнитного поля магниты 11 установлены на расстоянии друг от друга меньшем, чем длина L межполюсного зазора. Магнитная система 9 ЛБВ может содержать только один ряд магнитов 10 (не показана на чертеже), однако при этом затрудняется настройка магнитной системы. Введение второго ряда магнитов 11 позволяет путем изменения расстояния между этими магнитами осуществлять подстройку магнитной системы в процессе динамических испытаний ЛБВ. Поперечные размеры катодного 2 и коллекторного 5 полюсных наконечников равны, а их длины вдоль оси замедляющей системы (совпадающей с координатной осью ZZ) могут отличаться друг от друга в зависимости от требований магнитной экранировки электронной пушки 1 и коллектора 6.

Магниты 10 и 11 установлены на двух противоположных сторонах каждого из полюсных наконечников 2 и 5 (вдоль координатной оси XX) и перпендикулярно вводу 7 и выводу 8 СВЧ-энергии (расположенным вдоль координатной оси YY). Такое расположение магнитов относительно волноводных ввода и вывода СВЧ-энергии является наиболее приемлемым для миниатюрных «прозрачных» ЛБВ с ограниченными габаритами и массой.

Электронная пушка 1 содержит плоский многоэмиттерный катод 13, включающий расположенные на концентричных окружностях плоские эмиттеры 14 парциальных электронных пучков, и изолированный от многоэмиттерного катода 13 управляющий электрод 15 со сквозными отверстиями, образующими пролетные каналы 3.

Коллектор 6 может быть изолирован от многоэмиттерного катода 13 для повышения технического КПД ЛБВ путем рекуперации остаточной энергии электронного потока.

Замедляющая система 4 типа ЦСР выполнена без труб дрейфа.

Один из возможных вариантов выполнения замедляющей системы на цепочке связанных резонаторов без труб дрейфа типа «двойная лестница» показан на фиг.2. Замедляющая система 4 содержит последовательно расположенные вдоль ее оси резонаторы 16, образованные чередующимися плоскими тонкими кольцами 17 (из немагнитного материала) и плоскими диафрагмами двух видов: однослойными (монометаллическими, из немагнитного материала) диафрагмами 18 и двумя двухслойными (биметаллическими, состоящими из немагнитного материала и магнитомягкого материала) диафрагмами 19, 20. Каждая из диафрагм 19, 20 содержит слой 21 из немагнитного материала (например, из меди) и слой 22 из магнитомягкого материала (например, из стали), который является выпрямителем магнитного поля. Слои 21 и 22 соединены между собой посредством сварки.

Диафрагмы 18, 19, 20 и кольца 17 собраны в единый пакет на калиброванных цилиндрических стержнях 23 и соединены между собой посредством термодиффузионной пайки.

Плоские диафрагмы 18, 19, 20 замедляющей системы выполнены в виде дисков, в центральной части которых выполнены сквозные отверстия, образующие пролетные каналы 3, расположенные на концентричных окружностях соосно плоским эмиттерам 14 многоэмиттерного катода 13. В каждой из диафрагм выполнены два диаметрально расположенных окна связи 24, обеспечивающие электромагнитную связь между соседними резонаторами 16. Окна связи 24 выполнены в виде двух симметрично расположенных щелей, имеющих форму неполных полуколец, причем окна связи 24 в двух любых соседних диафрагмах замедляющей системы (в двух однослойных, либо в однослойной и двухслойной) повернуты на угол 90°.

Каждое из плоских колец 17 замедляющей системы содержит два коаксиально расположенных кольцевых участка 25, 26 с разными диаметрами и толщиной, причем внутренний диаметр наружного кольцевого участка 26 кольца 17 равен внешнему диаметру центрального кольцевого участка 25 и равен внешнему диаметру неполных полуколец окон связи, а толщина центрального кольцевого участка 25 меньше толщины наружного кольцевого участка 26. При этом торцевые поверхности наружного кольцевого участка 25 равноудалены от соответствующих торцевых поверхностей центрального кольцевого участка 26 кольца 17. Для формирования требуемой конфигурации резонаторов 16 внутренний диаметр наружного кольцевого участка 26 кольца 17 равен внешнему диаметру неполных полуколец окон связи 24. При этом внутренний диаметр центрального кольцевого участка 25 равен внутреннему диаметру неполных полуколец окон связи 24 или превышает его для предотвращения оседания электронов на внутренней поверхности центральных участков 25 колец 17 и обеспечения вследствие этого беспрепятственного прохождения парциальных электронных пучков через пролетные каналы 3 замедляющей системы 4.

На фиг.3 показана одна из двухслойных диафрагм 19 (или 20) и приведено ее изображение в сечении по А-А. В двухслойной диафрагме окна связи 24 выполнены в виде двух кольцевых щелей, расположенных симметрично продольной оси диафрагмы, совпадающей с координатной осью ZZ, и отделенных друг от друга двумя перемычками 27, расположенными вдоль координатной оси XX. При этом центры пролетных каналов 3, расположенных на внешней концентрической окружности, находятся на расстоянии Н до ближайших к ним кромок окон связи 24 в диафрагме.

На оси XX расположены сквозные центрирующие отверстия 28 для установки калиброванных цилиндрических стержней 23 при сборке замедляющей системы.

Двухслойная диафрагма 19 (или 20) содержит слой 21 из немагнитного материала и слой 22 из магнитомягкого материала.

В двух пролетных каналах 3 диаметром d, расположенных на координатной оси YY и наиболее удаленных от центра диафрагмы (на фиг.3 сквозные отверстия этих пролетных каналов обозначены позициями 29, 30) имеет место максимальный уровень поперечной составляющей магнитного поля. В них вектор индукции поперечной составляющей магнитного поля ориентирован вдоль декартовой координаты YY в двух взаимно противоположных направлениях, т.е. имеет единственную поперечную компоненту B_у (вторая поперечная компонента В_х равна нулю). Проходящие через эти два пролетных канала парциальные электронные пучки испытывают максимальное возмущающее воздействие поперечного магнитного поля в направлении координатной оси YY. Расчеты показали, что во всех остальных пролетных каналах величина поперечной составляющей магнитного поля намного (в 5-10 раз) меньше и, следовательно, менее заметно ее возмущающее воздействие на проходящие через них электронные пучки.

В замедляющей системе 4 однослойные диафрагмы 18 замедляющей системы имеют такую же конфигурацию пролетных каналов 3 и окон связи 24, как и двухслойные диафрагмы 19, 20. При этом толщины однослойных 18 и двухслойных 19, 20 диафрагм и размеры окон связи 24 в них, а также толщины первых кольцевых участков 25 колец 17 выбирают исходя из требуемой дисперсионной характеристики и сопротивления связи ЗС. При этом расположение внутренней кромки окна связи 24 (внутренний диаметр кольцевых щелей) определяется, с одной стороны, приведенным выше условием Н≥2d, обеспечивающим высокое токопрохождение в ЗС с выпрямителями магнитного поля, а с другой стороны, требованиями к дисперсионной характеристике и величине сопротивления связи ЗС. Внутренний диаметр колец 17 замедляющей системы должен быть не меньше внутреннего диаметра кольцевых щелей окон связи 24 для обеспечения прохождения многолучевого электронного потока через пролетные каналы ЗС.

Расчеты и экспериментальные исследования показали, что предлагаемая в изобретении замедляющая система на цепочке связанных резонаторов без труб дрейфа типа «двойная лестница» с чередующимися плоскими диафрагмами и кольцами (фиг.2 и фиг.3) имеет высокое сопротивление связи в рабочей полосе частот, что позволяет уменьшить длину замедляющей системы (величину межполюсного зазора), а также массу и габариты магнитной системы, повысить электронный КПД и выходную мощность ЛБВ. Кроме того, данная замедляющая система имеет низкое сопротивление связи на паразитном 2π - виде колебаний, что уменьшает вероятность самовозбуждения ЛБВ.

В предлагаемой ЛБВ может быть использован другой тип замедляющей системы на цепочке связанных резонаторов без труб дрейфа, в том числе замедляющая система в виде волновода, перегороженного плоскими диафрагмами, перпендикулярными продольной оси системы и содержащими окна связи в виде щелей и пролетные каналы. Например, может быть использована замедляющая система, период которой содержит четыре плоские диафрагмы, из которых пара соседних диафрагм расположена одинаково относительно оси замедляющей системы, а другая пара диафрагм повернута относительно первой пары на 180° [6]. При использовании данной замедляющей системы, по крайней мере, две из диафрагм могут быть выполнены двухслойными, то есть с выпрямителями магнитного поля, место расположения которых вдоль оси замедляющей системы определяется приведенными в изобретении условиями.

На фиг.4 показано (в виде аксонометрической проекции на плоскость XoZ декартовой системы координат) взаимное расположение электронной пушки 1, содержащей плоский многоэмиттерный катод 13 и управляющий электрод 15, коллектора 6, катодного 2 (анода) и коллекторного 5 полюсных наконечников, постоянных магнитов 10, 11 соответственного первого и второго рядов магнитной системы 9 и замыкающего их магнитопровода 12, а также двух выпрямителей магнитного поля 22, входящих в состав двух двухслойных диафрагм ЗС. На чертеже также показан многолучевой электронный поток 31, который формируется электронной пушкой 1 и фокусируется в пролетных каналах полем магнитной системы 9 и выпрямителями 22.

На фиг.5, отображающей аксонометрическую проекцию (на плоскость XoZ декартовой системы координат) рабочей части (внутренней полости) замедляющей системы 4 предлагаемой ЛБВ, показаны однослойные диафрагмы 18, кольца 17 и двухслойные диафрагмы 19, 20, содержащие слои 21 из немагнитного материала и слои 22 (выпрямители магнитного поля) из магнитного материала. В диафрагмах показаны отверстия 29, образующие один из пролетных каналов замедляющей системы с максимальным уровнем поперечной составляющей магнитного поля.

Многолучевая миниатюрная «прозрачная» лампа бегущей волны, конструкция которой (а также ее элементы) показаны на фиг.1-5, работает следующим образом.

Между плоским многоэмиттерным катодом 13 с эмиттерами 14 многолучевой электронной пушки 1 и анодом (катодным полюсным наконечником 2) подают постоянное анодное напряжение U_a. Между плоским многоэмиттерным катодом 13 и управляющим электродом 15 прикладывается постоянное отрицательное по отношению к катоду 13 запирающее напряжение U_зап и переменное импульсное модулирующее (управляющее) напряжение U_упр от импульсного источника питания. При отсутствии модулирующего импульса (в паузе между импульсами) на всей поверхности катода 13 создается тормозящее электрическое поле, препятствующее вылету электронов с эмиттеров 14 (режим запирания электронной пушки). При подаче положительного модулирующего импульса, амплитуда которого равна или превышает величину запирающего напряжения между катодом 13 и управляющим электродом 15, на поверхности эмиттеров 14 создается ускоряющее электрическое поле (режим отпирания пушки). Переход в другой режим работы с меньшим уровнем выходной мощности задается путем установки другой (большей по модулю) величины запирающего напряжения U_зап, что при неизменной величине переменного управляющего напряжения U_упр приводит к смещению рабочей точки на сеточной характеристике в сторону уменьшения тока пучка в открытом состоянии электронной пушки 1.

Под воздействием ускоряющего электрического п