Многолучевая лампа бегущей волны

 

Использование: в радиоэлектронике СВЧ, в частности при создании электронных приборов СВЧ O-типа, а именно многолучевых ламп бегущей волны (ЛБВ) дециметрового диапазона длин волн с выходной мощностью порядка 100 Вт. Многолучевая лампа бегущей волны содержит электронно-оптическую систему, которая включает несколько катодов (1), управляющий электрод (2), общий анод (3) с отверстиями, каждое из которых предназначено для прохождения отдельного электронного луча в ВЧ-блок с замедляющей системой (5). В лампе используются замедляющие системы (5) спирального типа, выполненные отдельно для каждого луча. Все замедляющие системы расположены параллельно друг другу и продольной оси прибора. Каждая из замедляющих систем размещена в канале, проходящем в спаянных между собой наконечниках (6) магнитной периодической фокусирующей системы. Вдоль продольной оси лампы размещен теплоотводящий металлический стержень (14). В спаянных наконечниках (6) магнитной периодической фокусирующей системы выполнены сквозные также фигурные отверстия (13), проходящие параллельно каналам для замедляющих систем. Такая конструкция устройства обеспечивает возможность создания мощных (порядка 100 Вт) широкополосных ЛБВ дециметрового диапазона длин волн при минимизации их габаритов и массы.

Предлагаемое устройство относится к многолучевым электронным приборам СВЧ О-типа, в частности к конструкции многолучевых ламп бегущей волны (ЛБВ) дециметрового диапазона длин волн с выходной мощностью порядка 100 Вт и может быть использована для усиления и генерирования СВЧ-колебаний.

Известны классические ЛБВ дециметрового диапазона длин волн с выходной мощностью порядка 100 Вт и габаритами порядка 500×40×45 мм и более (см. ЛБВ типа: TL 2140, TL 2210, TL 2090 ф. TED, Германия. Proceedings & IVEC 2001, p.35-38). В каждой из этих ЛБВ имеются по одной пушке с одним электронным лучом (пучком) и по одной ЗС. Недостатки их конструкции - большие габариты и вес, характерные для ЛБВ данного класса.

Уменьшить габариты и вес приборов позволяют многолучевые лампы бегущей волны. Так, известны многолучевые ЛБВ (см. например, А.Н.Королев, С.А.Зайцев, С.А.Румянцев, А.С.Победоносцев «Проектирование компактной многолучевой прозрачной ЛБВ Кu диапазона с коэффициентом усиления до 16 дБ». Материалы XIII Отраслевого координационного семинара по СВЧ технике, г.Н.Новгород, 2003 г., с.15-17), которые построены на многолучевой электронно-оптической системе. В качестве замедляющей системы применена «сдвоенная лестница». Фокусировку электронных пучков осуществляет магнитная фокусирующая система (МФС) с двусторонним расположением плоских постоянных магнитов. Однако конструкция такой ЛБВ не обеспечивает высокого коэффициента усиления в широкой полосе рабочих частот, и применение прибора этой конструкции в дециметровом диапазоне длин волн также нецелесообразно из-за дополнительного возрастания его габаритов и массы.

Наиболее близким к предлагаемому является многолучевой прибор O-типа (см. патент РФ №2072111, H 01 J 25/10 «Сильноточный мощный многолучевой СВЧ-прибор O-типа») представленный на фиг.1. Лампа содержит электронно-оптическую систему (ЭОС), включающую несколько катодов (2), общий управляющий электрод (4), анод (1) с отверстиями (их количество равно числу катодов) для лучей (3), эмиттируемых с катодов, проходящих в пролетных каналах резонаторного блока (5), являющегося замедляющей системой (ЗС), где происходит взаимодействие электронных лучей с электромагнитной волной. Фокусировка электронных лучей в каналах осуществляется соленоидом (6).

Однако применение данной конструкции для создания ЛБВ дециметрового диапазона длин волн нерационально из-за резкого возрастания габаритов и массы прибора. Использование резонаторной замедляющей системы в таком СВЧ приборе не позволяет получить широкую рабочую полосу, а фокусировка электронного пучка магнитным полем соленоида предполагает наличие дополнительного источника питания и значительное увеличение массы прибора в целом.

Техническим эффектом, на достижение которого направлено предлагаемое решение, является обеспечение возможности создания широкополосных ЛБВ дециметрового диапазона длин волн с выходной мощностью до 100 Ватт при минимизации их габаритов и массы.

Указанный эффект достигается тем, что в многолучевой лампе бегущей волны, электронно-оптическая система которой включает несколько катодов, управляющий электрод и общий анод с отверстиями, каждое из которых предназначено для прохождения отдельного луча (пучка) в ВЧ-блок с замедляющей системой, и общую магнитную фокусирующую систему, используется замедляющая система спирального типа, выполненная отдельно для каждого луча, все замедляющие системы расположены параллельно друг другу и продольной оси прибора, а каждая из них размещена в канале, проходящем в спаянных между собой наконечниках магнитной периодической фокусирующей системы;

Для дополнительного отвода тепла лампа содержит металлический стержень, размещенный по ее продольной оси.

В спаянных наконечниках магнитной периодической фокусирующей системы выполнены сквозные фигурные отверстия, расположенные параллельно каналам для замедляющих систем.

Предполагаемое устройство представлено на фиг.2, где 1 - катоды, 2 - управляющий электрод с центрирующими втулками, 3 - общий анод с соответствующими отверстиями для прохождения электронных пучков, 4 - общий коллектор; 5 - замедляющая система, отдельная для каждого электронного луча; 6 - наконечники магнитной периодической фокусирующей системы; 7 - магнитная периодическая фокусирующая система; 8 - медные втулки; 9 - общий ввод СВЧ-энергии; 10 - общий вывод СВЧ-энергии; 11 - электронный пучок; 12 - фигурные сквозные отверстия в наконечниках МПФС; 13 - канал для замедляющих систем; 14 - теплоотводящий металлический стержень.

Работа лампы осуществляется следующим образом. Электронные лучи (11), формируемые каждый своей ЭОС и общей МПФС (7), проходят каждый через свою ЗС (5). Параллельное друг другу и продольной оси прибора расположение ЗС позволяет использовать общую МПФС для фокусировки отдельных электронных лучей. В каждой ЗС происходит взаимодействие электронного луча с электромагнитной волной, поступающей с общего ввода (9). Сложение выходных мощностей сигнала СВЧ, усиленного в каждом канале ЗС, происходит в общем выводе энергии (10), а отработанные электронные лучи поступают в общий коллектор (4). Наличие ЗС спирального типа, находящихся каждая в своем канале, позволяет оптимизировать параметры ЗС каждого канала на различных участках диапазона усиливаемых частот и, следовательно, уменьшить неравномерность коэффициента усиления в рабочей полосе частот, что чрезвычайно важно для широкополосных ЛБВ.

Металлический стержень (14) с большой теплопроводностью (например, медь), размещенный вдоль продольной оси лампы, обеспечивает теплоотвод от прилежащих к нему элементов ЛБВ.

Фигурные отверстия (12) в наконечниках «сглаживают» неравномерность границы распределения фокусирующего магнитного поля за счет перераспределения магнитного поля в материале наконечников МПФС.

Пример. Изготовлен макет многолучевой многоканальной ЛБВ. В дециметровом диапазоне длин волн с коэффициентом перекрытия 1,6. Получена выходная мощность 75 Вт при токе коллектора 350 мА. Габариты разработанного макета ЛБВ не превышают 250×40×40 мм.

Таким образом, по сравнению с известными, заявленная конструкция многолучевой ЛБВ обеспечивает возможность создания широкополосной ЛБВ дециметрового диапазона длин волн мощностью порядка 100 Вт при минимальных габаритах и массе.

1. Многолучевая лампа бегущей волны, электронно-оптическая система которой включает несколько катодов, управляющий электрод и общий анод с отверстиями, каждое из которых предназначено для прохождения отдельного электронного луча в ВЧ-блок с замедляющей системой, и общую магнитную фокусирующую систему, отличающаяся тем, что используется замедляющая система спирального типа, выполненная отдельно для каждого луча, все замедляющие системы расположены параллельно друг другу и продольной оси прибора, а каждая их них размещена в канале, проходящем в спаянных между собой наконечниках магнитной периодической фокусирующей системы.

2. Многолучевая лампа бегущей волны по п.1, отличающаяся тем, что в спаянных наконечниках магнитной периодической фокусирующей системы выполнены фигурные отверстия, расположенные параллельно каналам для замедляющих систем.

3. Многолучевая лампа бегущей волны по п.1, отличающаяся тем, что содержит металлический стержень, размещенный вдоль ее продольной оси.



 

Похожие патенты:

Мдп-диод // 100335

Изобретение относится к области электронной оптики, а более конкретно к миниатюрным электронно-оптическим системам (ЭОС) растровых (сканирующих) электронных микроскопов (РЭМ)
Наверх