Замедляющая система спирального типа с аномальной дисперсией

 

Использование: в СВЧ приборах, в частности в замедляющих системах (ЗС) мощных ЛБВ с полосой усиливаемых частот две октавы и более. Сущность изобретения: в ЗС, содержащей спираль, укрепленную в металлическом экране с помощью диэлектрических опор на металлических выступах, указанные опоры и выступы выполнены с определенными соотношениями размеров: , 1,1 < R₁/R < 1,25, где d и d₁ - азимутальные размеры выступов и опор соответственно, м, n - количество опор, R - внешний радиус спирали, м, R₁ - радиус окружности, проведенной через поверхности выступов, обращенные к спирали, м. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к СВЧ приборам, в частности к замедляющим системам (ЗС) мощных ЛБВ с полосой усиливаемых частот две октавы и более.

Задачей изобретения является увеличение сопротивления связи замедляющей системы спирального типа, имеющей аномальную дисперсию.

Сущность изобретения состоит в том, что в линии замедления спирального типа с аномальной дисперсией, содержащей спираль, укрепленную в металлическом экране посредством диэлектрических опор на металлических выступах, металлические выступы и диэлектрические опоры выполнены в соответствии со следующими соотношениями: , где d и d₁ ширина металлических выступов и диэлектрических опор соответственно, м, R внешний радиус спирали, м, R₁ радиус окружности, проведенной через поверхности металлических выступов, обращенные к спирали, м, n количество опор.

В металлических выступах могут быть выполнены пазы, в которые введены диэлектрические опоры.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где показан поперечный разрез предлагаемой ЗС. Спираль 1 закреплена в металлическом экране 2 с помощью опор, которые состоят из металлических выступов 3 и диэлектрических стержней 4. При этом зазоры между поверхностями металлических выступов и спиралью заполнены диэлектриком лишь частично.

На фиг. 3 представлены теоретические зависимости величины сопротивления связи R_св от отношения ширины металлических выступов d к ширине диэлектрических опор d₁ для средней f_cp и крайних f_дл и f_кор точек 2-октавного диапазона частот. Как видно из фиг. 3, положительный эффект наблюдается в случае d/d₁ > 2 (или 2d₁ < d). При этом происходит увеличение величины сопротивления связи на 40 на длинноволновом краю и в 2 раза на коротковолновом краю двухоктавной полосы частот.

С другой стороны поверхности металлических выступов, обращенные к спирали, при увеличении ширины d в пределе описывают окружность с радиусом R₁ (фиг. 2). При этом в случае n опор выполняется равенство nd_o= 2πR₁, где d_o длина поверхности металлического выступа (дуги), коаксиальной со спиралью.

На фиг. 4 представлены данные теоретического расчета зависимости величины сопротивления связи R_св от отношения d_o/R₁ в случае 3 опор. Как видно, сопротивление связи увеличивается более чем в 2 раза по сравнению с предельным случаем 3d_o= 2πR₁ или d_o/R₁ 2 при d_o/R₁ < 1, причем длина дуги d_o в этом случае примерно равна ширине d. В общем случае для ЗС с n опорами это неравенство принимает вид d < nR₁/n (для 3-х опор d < R₁).

Расчеты проводились по программе расчета электродинамических характеристик ЗС с анизотропным экраном на БЭСМ-6 для случая, когда отношение R₁/R 1,15, где R внешний радиус спирали.

Обобщая данные расчетов, получаем неравенство На фиг. 5 представлена экспериментальная зависимость величины дисперсии фазовой скорости в двухоктавной полосе частот от отношения R₁/R при выполнении неравенства (1).

Как видно, в случае 1,1 < R₁/R < 1,25 (2) замедляющая система обладает необходимой аномальной дисперсией.

Другими словами, при выполнении неравенств (1) и (2) предлагаемая линия замедления обладает аномальной дисперсией и повышенным сопротивлением связи.

В добавление предлагается на поверхности металлических выступов выполнять пазы для закрепления диэлектрических опор. Это в значительной мере упрощает изготовление подобных конструкций ЗС, т.к. отпадает необходимость применения таких технологических операций, как нанесение металла на диэлектрические опоры, пайка металла с керамикой, стравливание металлических пленок с керамики.

Предложенная ЗС может быть легко собрана любым из известных способов.

Глубина паза для диэлектрических опор, при выполнении неравенства (1) слабо влияет на электродинамические характеристики ЗС и выбирается исходя из конструктивных особенностей.

Поверхности металлических выступов, обращенные к спирали, могут быть выполнены в виде плоскостей (фиг. 1) или в виде дуг окружности, коаксиальной со спиралью (фиг. 2).

В качестве сравнения предложенной линии замедления с конструкцией прототипа на фиг. 6 приведены экспериментальные зависимости сопротивления связи R_св от частоты f в двухоктавной полосе. В эксперименте использовались одни и те же металлические экран и спираль, металлические выступы и диэлектрические опоры с одинаковыми геометрическими размерами. Кривая 1 характеризует известные конструкции, кривые 2 и 3 соответствуют предложенной конструкции (R₁/R 1,15, d 4d₁) с различной глубиной пазов под диэлектрические опоры. При этом все ЗС обладают аномальной дисперсией, причем, как видно из фиг. 6, сопротивление связи известных конструкций (кривая 1) примерно в два раза ниже.

Предложенная конструкция линии замедления спирального типа с аномальной дисперсией позволяет повысить величину сопротивления связи, а также дает возможность осуществлять сборку ЗС обычными методами, не прибегая к пайке, что упрощает конструкцию.

Реализация описанной ЗС позволила создать отечественные образцы мощных ЛБВ с КПД 15 40 в полосе частот более 2-х октав, что приведет к уменьшению габаритов, массы и стоимости созданной на их основе радиоэлектронной аппаратуры более чем в 2 раза.

Формула изобретения

1. Замедляющая система спирального типа с аномальной дисперсией, содержащая спираль, укрепленную в металлическом экране посредством диэлектрических опор на металлических выступах, отличающаяся тем, что металлические выступы и диэлектрические опоры выполнены в соответствии со следующими выражениями:


где d и d₁ азимутальный размер металлических выступов и диэлектрических опор соответственно, м;
R внешний радиус спирали, м;
R₁ радиус окружности, проведенной через поверхности металлических выступов, обращенные к спирали, м;
n количество опор.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в металлических выступах выполнены пазы, в которых введены диэлектрические опоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6