Двухдиапазонная лампа бегущей волны

Изобретение относится к области техники СВЧ и лампа бегущей волны может быть использована в различной радиоэлектронной аппаратуре, в частности, предназначенной для многоцелевой радиолокации, для дальней тропосферной и космической связи, а также в современных средствах радиоэлектронного подавления информационных каналов систем управления оружием. Двухдиапазонная мощная ЛБВ содержит электронную пушку, создающую электронный пучок, две секции цепочек связанных резонаторов, связанные только по электронному пучку, ввод и вывод энергии в каждой секции, электрические или постоянные магниты и коллектор "отработавшего" электронного пучка. Секции имеют разные полосы пропускания и соответственно разные полосы усиливаемых частот и разные размеры. Между секциями расположена секция развязки с магнитами, которая устраняет модуляцию пучка, «приобретенную» в первой секции ЛБВ. Каждая секция имеет свои ввод и вывод энергии. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре.

Уровень техники

Развитие многоцелевой радиолокации, дальней тропосферной и космической связи, современных средств радиоэлектронного подавления информационных каналов систем управления оружием требует создания широкополосных усилителей СВЧ колебаний большой мощности (свыше 100 Вт).

Наиболее перспективными электровакуумными приборами, позволяющими создать такие усилители, являются лампы бегущей волны (ЛБВ) - приборы О-типа с продольными электрическим и магнитным полями. Благодаря распределенному по длине взаимодействию электронного потока с электромагнитным полем бегущей волны в приборах этого типа достигается значительное усиление при сравнительно небольшом токе электронного пучка. Коэффициенты усиления при необходимости могут достигать 60 дБ и более. Применение замедляющих систем со слабо выраженными резонансными свойствами обеспечивает усиление в широкой полосе частот, достигающей двух и более октав. Мощные ЛБВ непрерывного и импульсного режимов относятся к наиболее быстро развивающейся группе СВЧ приборов. Широкая полоса усиливаемых частот наиболее просто достигается применением спиральных замедляющих систем. При переходе к средним мощностям (порядка кВт и более) приходится переходить к резонаторным замедляющим системам, которые при использовании в ЛБВ всегда дают меньшую полосу усиливаемых частот (обычно не более 10-15%). Ограничивающими факторами расширения полосы усиливаемых частот мощных ЛБВ в основном являются уменьшение сопротивления связи при увеличении полосы пропускания замедляющей системы и качество согласования входа и выхода ЛБВ. Для получения предельных параметров по мощности и КПД широкое распространение также получили усилительные цепочки, состоящие из предварительного усилителя (также на основе ЛБВ) с большим коэффициентом усиления и выходной "прозрачной" ЛБВ без поглотителей с небольшим коэффициентом усиления (7-15 дБ). В «прозрачной» мощной ЛБВ также используются резонаторные замедляющие системы.

Современные мощные ЛБВ часто разделяют на секции, на смежных концах которых установлены разделительная перегородка с отверстием для пролета пучка и сосредоточенные поглотители СВЧ мощности. Это делается для обеспечения устойчивой работы прибора, уменьшения перепада усиления в рабочем диапазоне частот, повышения КПД. Однако известные конструкции секционированных ЛБВ практически не дают увеличения полосы усиливаемых частот.

Секционированная мощная ЛБВ содержит замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов, разделенных на секции, на смежных концах которых установлены перегородка с отверстием для пролета пучка и сосредоточенные поглотители. Электронный пучок создается электронной пушкой. В секциях замедляющей системы кинетическая энергия электронов преобразуется в СВЧ энергию. Сосредоточенные поглотители обеспечивают необходимый уровень ослабления СВЧ энергии и низкий уровень отражения СВЧ энергии от поглотителя. Первый и последний резонаторы первой и последней секций замедляющей системы соответственно служат для ввода усиливаемого СВЧ сигнала и вывода усиленного сигнала. Магнитное поле, фокусирующее электронный пучок, создается магнитной системой, состоящей из ряда электрических или постоянных магнитов. Пройдя через секции замедляющей системы, "отработавший" электронный пучок попадает в коллектор.

Многосекционная ЛБВ описана в патенте RU 2259613 «Многосекционная лампа бегущей волны». Эта ЛБВ может рассматриваться как прототип. Лампа содержит электронную пушку, создающую электронный пучок, ввод и вывод энергии, секции цепочек связанных резонаторов, магнитную фокусирующую систему на постоянных магнитах, сосредоточенные и распределенные поглотители и коллектор "отработавшего" электронного пучка. Во всех секциях многосекционной ЛБВ, за исключением последней (выходной), полученная СВЧ мощность практически полностью поглощается в оконечных поглотителях, а от секции к секции передается только модуляция пучка. В выходную секцию попадает хорошо сгруппированный по плотности электронный пучок, и к концу секции его модуляция достигает насыщения. В точке насыщения и устанавливается вывод усиленной СВЧ мощности. Конструкция ЛБВ позволяет повысить уровень выходной мощности, увеличивает поглощение нагрузок на концах ее секций, улучшает согласование секций, повышает электрическую прочность нагрузок, но не решает задачи расширения полосы усиливаемых частот.

Раскрытие изобретения

Актуальной проблемой является расширение полосы усиливаемых частот до значений значительно больших, чем обычные 10-15% в мощных ЛБВ.

Указанная проблема решается следующим образом. Двухдиапазонная мощная ЛБВ содержит электронную пушку, создающую электронный пучок, две секции цепочек связанных резонаторов, связанные только по пучку, ввод и вывод энергии в каждой секции, электрические или постоянные магниты и коллектор "отработавшего" электронного пучка. Секции имеют разные полосы пропускания и соответственно разные полосы усиливаемых частот и разные размеры. Между секциями расположена секция развязки с магнитами, которая устраняет модуляцию пучка, «приобретенную» в первой секции ЛБВ. Каждая секция имеет свои ввод и вывод энергии. В первой секции, имеющей более высокую по частоте полосу пропускания, входной сигнал усиливается и выводится через вывод энергии, причем уровень модуляции пучка в ней не достигает насыщения. Модулированный пучок поступает в секцию развязки, где на длине, определяемой расчетом, происходит его демодуляция. Затем демодулированный пучок поступает во вторую секцию, которая также имеет ввод энергии и в которой СВЧ сигнал также усиливается, но в более низком диапазоне частот. Усиленный сигнал выводится через устройство вывода энергии. В результате можно получить расширение полосы усиливаемых частот примерно до двух раз.

На чертеже представлена двухдиапазонная лампа бегущей волны.

Осуществление изобретения

Лампа бегущей волны, показанная на фиг.1, содержит следующие устройства:

- электронную пушку 1;

- секцию замедляющей системы с более высокой по частоте полосой пропускания 2;

- секцию замедляющей системы с более низкой по частоте полосой пропускания 3;

- фокусирующие магниты 4;

- секцию развязки 5;

- ввод СВЧ энергии в первую секцию 6;

- вывод СВЧ энергии из первой секции 7;

- ввод СВЧ энергии во вторую секцию 8;

- вывод СВЧ энергии из второй секции 9;

- коллектор электронного пучка 10.

Электронный пучок, который создается электронной пушкой (поз.1), распространяется вдоль секции замедляющей системы с более высокой по частоте полосой пропускания (поз.2) и взаимодействует с продольной составляющей электрического поля и продольным фокусирующим магнитным полем, создаваемым магнитами (поз.4). Электронный пучок в процессе взаимодействия модулируется по продольной скорости, что приводит к его модуляции по плотности. Благодаря длительному взаимодействию электромагнитного поля и электронного пучка при их синхронном движении от входа секции замедляющей системы с более высокой по частоте полосой пропускания к выходу растет мощность электромагнитной волны, а кинетическая энергия электронов уменьшается. В результате этого процесса происходит усиление более высокого по частоте входного СВЧ сигнала, подаваемого со стороны ввода энергии (поз.6). Вывод усиленного СВЧ сигнала осуществляется через вывод СВЧ энергии (поз.7). Пройдя секцию с более высокой по частоте полосой пропускания, электронный пучок попадает в секцию развязки, в которой происходит его демодуляция по плотности. Затем демодулированный электронный пучок попадает в секцию с более низкой по частоте полосой пропускания, в которой происходит модуляция его по продольной скорости, что приводит к модуляции по плотности на частотах этой второй секции. Двигаясь от входа секции замедляющей системы с более низкой по частоте полосой пропускания к выходу, пучок увеличивает мощность электромагнитной волны, отдавая ей часть своей кинетической энергии. В результате происходит усиление более низкого по частоте входного СВЧ сигнала, подаваемого со стороны ввода энергии (поз.8). Вывод усиленного СВЧ сигнала осуществляется через устройство вывода энергии (поз.9). "Отработавший" электронный пучок попадает в коллектор (поз.10), где остаточная кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую энергию.

Двухдиапазонная лампа бегущей волны, содержащая электронную пушку, две секции замедляющей системы с фокусирующими устройствами и коллектор, отличающаяся тем, что секции замедляющей системы работают в разных диапазонах частот, каждая секция имеет ввод и вывод энергии, а между секциями расположена секция развязки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области техники СВЧ. .

Изобретение относится к электровакуумным СВЧ приборам с поперечно-протяженным взаимодействием и может быть использовано также в радиолокационной технике и аппаратуре связи.

Изобретение относится к производству электровакуумных приборов, в частности изготовлению замедляющих систем спирального типа для широкополосных ламп бегущей волны (ЛБВ) для коротковолнового диапазона длин волн.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многолучевым миниатюрным «прозрачным» многорежимным лампам бегущей волны (ЛБВ). .

Изобретение относится к области техники СВЧ. .

Изобретение относится к области СВЧ-электроники, а более конкретно к лампам бегущей волны (ЛБВ) спирального типа, и может быть использовано при разработке и производстве ЛБВ.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к конструкции электровакуумного прибора O-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к электровакуумным приборам O-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны (ЛБВ) непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн с замедляющей системой (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов и магнитной периодической фокусирующей системой.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к замедляющим системам ламп бегущей волны (ЛБВ), имеющим секционированную конструкцию, состоящую из отдельных двух или нескольких секций.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а более конкретно к разработкам мощных электровакуумных приборов. .

Изобретение относится к электронной технике, в частности к усилительным приборам СВЧ типа лампы бегущей волны (ЛБВ), используемой в качестве генераторов, усилителей, переключателей тока и других устройств

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к миниатюрным «прозрачным» лампам бегущей волны (ЛБВ) миллиметрового или сантиметрового диапазонов длин волн средней и большой мощности с высоким коэффициентом усиления с замедляющей системой типа цепочки связанных резонаторов

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении резонаторных и замедляющих систем электровакуумных СВЧ приборов, в частности генераторов и усилителей миллиметрового и субмиллиметрового диапазона

Изобретение относится к области высоковольтных источников электропитания. Источник питания замедляющей системы ЛБВ содержит последовательно соединенные основной 1 и дополнительный 2 выпрямители. Положительный полюс дополнительного выпрямителя через последовательно соединенные регулятор 3 и токоизмерительный резистор 4 соединен с корпусом, а отрицательный полюс основного выпрямителя соединен с катодом ЛБВ и входом делителя обратной связи 6, выход которого соединен со входом сравнивающего устройства 7, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения 8, а выход через усилитель разностного сигнала 9 - со входом регулятора 3, входы выпрямителей 1 и 2 соединены через трансформатор гальванической развязки 11 с выходом преобразователя постоянного напряжения в переменное 10. Анод высоковольтного диода 5 включен между основным 1 и дополнительным 2 выпрямителями, а катод - между регулятором 3 и токоизмерительным резистором 4. Введены второй делитель обратной связи 12, вход которого включен между регулятором и дополнительным выпрямителем, второе сравнивающее устройство 13, входы которого соединены с выходами второго делителя обратной связи 12 и второго источника опорного напряжения 14, усилитель мощности 15, вход которого соединен с выходом второго сравнивающего устройства 13 через второй усилитель разностного сигнала 16, а выход питает преобразователь постоянного напряжения в переменное 10. Технический результат - повышение быстродействия и снижение погрешности регулирования напряжения замедляющей системы ЛБВ при широком диапазоне возмущающих воздействий. 3 ил.

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре. Лампа бегущей волны содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, входной и выходной волноводные тракты с диэлектрическими герметизирующими перегородками, отделяющими вакуумированную замедляющую систему от невакуумированных СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде электрических или постоянных магнитов и коллектор. Замедляющая система разделяется на несколько секций, в которых нет поглощающих устройств и которые связаны между собой через отрезки волновода с расположенными в них развязывающими устройствами, позволяющими СВЧ мощности проходить в прямом направлении и не позволяющими проходить в обратном направлении. Технический результат - повышение коэффициента усиления лампы и упрощение устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к электронно-лучевым приборам, предназначенным для генерации СВЧ-излучения, и может быть использовано при создании сильноточных релятивистских импульсных плазменных источников микроволн наносекундного диапазона. Технический результат - уменьшение искажений формы излучаемого электромагнитного поля и соответственно генерируемых импульсов наносекундного диапазона. Устройство содержит вакуумную камеру, которая служит заземленным анодом и в которой установлены взрывоэмиссионный катод, формирующий трубчатый поток электронов, электрод, установленный на одной оси с взрывоэмиссионным катодом и ограничивающий от него плазму, заземленную диафрагму, установленную между взрывоэмиссионным катодом и электродом, а также металлическую спираль цилиндрической формы, соединяющую электрод и взрывоэмиссионный катод и размещенную на одной оси с ними. Диаметр витков металлической спирали соответствует диаметру формируемого взрывоэмиссионным катодом трубчатого потока электронов, а индуктивность L металлической спирали выбрана из условия L>>UT/I, где U - напряжение на катоде, Т - длительность импульса напряжения на катоде, I - ток трубчатого потока электронов. 1 ил.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ), содержащим во входной части секцию несинхронного режима работы, а следом за ней - усилительный участок, обеспечивающие малую чувствительность фазы выходного сигнала к изменению напряжения пучка. Секция несинхронного режима выполнена в виде участка крестатронного режима, который располагается на входе ЛБВ и обеспечивает крестатронный режим работы при номинальном напряжении прибора, а непосредственно за ним располагается участок усилительного режима, что в совокупности образует секцию компенсации фазовой чувствительности к изменению напряжения пучка ЛБВ. После этого следуют остальные секции, традиционные для обычных ЛБВ. Технический результат - уменьшение чувствительности фазы выходного сигнала к изменению напряжения пучка. 3 ил.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны. Лампа бегущей волны с вводом и выводом энергии, содержащими передающие линии волноводного типа, с пространством взаимодействия в виде замедляющей системы, содержащей спираль, опорные диэлектрические стержни и металлический экран, с локальным поглотителем, выполненным на основе резистивной пленки, размещенной на опорных диэлектрических стержнях. Резистивная пленка поглотителя наносится так, что отсутствует на поверхности диэлектрических стержней, касающейся спирали, и на части поверхности боковых сторон и присутствует на оставшейся части боковых сторон диэлектрических стержней. Таким способом достигается то, что затухание, вносимое поглотителем на нижних частотах, больше, чем на верхних частотах. Перепад затухания определяется, прежде всего, зазором между резистивной пленкой и спиралью. Подобрав величину зазора, можно добиться того, что уменьшение КПД за счет введения поглотителя будет минимальным, а вносимое затухание - достаточным для обеспечения устойчивости к самовозбуждению. Оптимальный зазор составляет от 0,3 до 0,6 высоты диэлектрического стержня для разных конструкций ЛБВ. Технический результат - улучшение выходных характеристик ЛБВ при обеспечении устойчивости к самовозбуждению, в том числе на частоте отсечки волноводов.1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх