RU2189660C1

RU2189660C1 - Slow-wave structure for extremely high- frequency travelling-wave tube

Info

Publication number: RU2189660C1
Application number: RU2001119251A
Authority: RU
Inventors: В.В. Копылов; В.Ф. Письменко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения"
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: microwave engineering. SUBSTANCE: slow-wave structure for EHF travelling-wave tube has metal rod and tube. Metal rod has hole and pairs of slots cut perpendicular to its axis; plates separating the slots have drillings and drift tubes. Metal rod is inserted in tube with the result that a number of cavities of cross-shaped section are formed. Cavities are interconnected through slits provided in their isolating plates. EFFECT: reduced high-frequency loss, simplified design, enhanced precision of structure manufacture. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к СВЧ технике. Более конкретно, к мощным широкополосным лампам бегущей волны миллиметрового диапазона. The invention relates to microwave technology. More specifically, to powerful millimeter-wave traveling waveband lamps.

В мощных лампах часто используется замедляющая система (ЗС) типа цепочки резонаторов, связанных взаимной положительной индуктивностью. Конструкция этой системы постоянно совершенствуется. In high-power lamps, a retardation system (ZS) is often used, such as a chain of resonators connected by a mutual positive inductance. The design of this system is constantly being improved.

Так, в патенте США [1] заявлена ЗС, выполненная из двух лестниц, перекладины одной из которых находятся между перекладинами другой. Ее трудно изготовить с необходимой точностью, т.к. при установке лестниц по отношению друг к другу с помощью оправок при пайке возникают как их несоосность, так и нарушение периодичности. So, in the US patent [1], an AP is made of two stairs, the crossbars of one of which are between the crossbars of the other. It is difficult to manufacture with the necessary accuracy, because when installing stairs in relation to each other using mandrels during soldering, both their misalignment and violation of periodicity occur.

Автор патента США [2] предложил выполнить ЗС для широкополосных мощных ЛБВ из двух гребенок, которые соединяются по их зубьям пайкой. В свободных концах зубьев, в боковых стенках гребенок и у их основания предварительно вырезаются пазы. При соединении гребенок пазы в свободных концах гребенок создают пролетный канал для электронного пучка, а пазы в боковых сторонах гребенок и у их основания - прорези связи между резонатора. Резонаторы и щели связи образуются после припаивания к гребенкам металлических крышек (пластин), которые служат вакуумной оболочкой. The author of the US patent [2] proposed to perform LC for powerful broadband TWTs of two combs, which are joined by soldering along their teeth. In the free ends of the teeth, in the side walls of the combs and at their base, grooves are pre-cut. When combing the combs, the grooves in the free ends of the combs create a passage channel for the electron beam, and the grooves in the sides of the combs and at the base of the combs create cuts in the connection between the resonator. Resonators and coupling slots are formed after soldering metal covers (plates) to the combs, which serve as a vacuum shell.

Эта конструкция, как и предыдущая, требует установки гребенок в оправки и их пайки, что приводит к большим погрешностям при изготовлении. Кроме того, из-за наличия спаев между гребенками и между гребенками и металлическими крышками вакуумной оболочки в ней высоки высокочастотные потери. This design, like the previous one, requires the installation of combs in the mandrel and their soldering, which leads to large manufacturing errors. In addition, due to the presence of junctions between the combs and between the combs and the metal covers of the vacuum shell, high-frequency losses are high in it.

Наиболее близкой к предлагаемой ЗС является конструкция, заявленная в патенте США [3]. В ней вдоль оси периодически размещены пластины с пролетным каналом, у которых на противоположных концах выполнены прорези, причем в соседних пластинах эти прорези повернуты на 90^o. Параллельно прорезям с каждой стороны пластины на всей ее длине выполнен выступ, так что в пространстве между двумя соседними пластинами выступы оказываются повернутыми на 90^o. Установленные вдоль оси ЗС пластины припаиваются к боковым крышкам, служащим вакуумной оболочкой. В результате образуется цепочка связанных щелями резонаторов с перекрывающимися выступами внутри них.Closest to the proposed AP is the design claimed in the US patent [3]. In it along the axis there are periodically placed plates with a passage channel, in which slots are made at opposite ends, and in adjacent plates, these slots are rotated 90 ^° . In parallel with the slots on each side of the plate, a protrusion is made along its entire length, so that in the space between two adjacent plates, the protrusions are turned 90 ^° . Plates installed along the ZS axis are soldered to the side covers serving as a vacuum shell. As a result, a chain of resonators connected by slots is formed with overlapping protrusions inside them.

Наличие длинных выступов на пластинах увеличивает емкость резонаторов, что приводит к уменьшению поперечных размеров ЗС. The presence of long protrusions on the plates increases the capacity of the resonators, which leads to a decrease in the transverse dimensions of the CS.

Паяные швы по всей периферии диафрагм и между крышками вносят большие сверхвысокочастотные потери, т.к. электрическое сопротивление медно-серебряной эвтектики, образующейся при пайке, гораздо выше сопротивления меди вакуумной плавки, из которой изготавливаются ЗС. Soldered seams around the periphery of the diaphragms and between the covers introduce large microwave losses, as the electrical resistance of the copper-silver eutectic formed during soldering is much higher than the resistance of the vacuum smelting copper from which the ZS is made.

Как и в предыдущих случаях рассматриваемую конструкцию весьма сложно изготовить с высокой точностью, т.к. будут возникать хаотические погрешности при установке каждой пластины как в радиальном, так и в осевом направлении. As in previous cases, the construction in question is very difficult to manufacture with high accuracy, because chaotic errors will occur during the installation of each plate in both radial and axial directions.

Несоосность установки пластин приводит к снижению токопрохождения и даже разрушению прибора при слишком большой его величине. Обычно оно снижает выходные характеристики ламп. Misalignment of the installation of the plates leads to a decrease in current transmission and even destruction of the device if its value is too large. Usually it reduces the output characteristics of the lamps.

Осевые погрешности установки пластин вызывают нарушение периодичности ЗС, что приводит к ухудшению взаимодействия электронного пучка с электромагнитной волной и также снижает выходные характеристики ламп. Axial errors in the installation of the plates cause a violation of the periodicity of the ES, which leads to a deterioration in the interaction of the electron beam with the electromagnetic wave and also reduces the output characteristics of the lamps.

Задачей изобретения является увеличение поперечных размеров, снижение высокочастотных потерь, упрощение конструкции, обеспечение высокой точности изготовления широкополосных ЗС типа цепочки резонаторов для мощных ламп бегущей волны миллиметрового диапазона. The objective of the invention is to increase the transverse dimensions, reduce high-frequency losses, simplify the design, ensure high precision manufacturing of broadband ZS type chains of resonators for high-power traveling-wave tubes of the millimeter range.

Указанная задача достигается выполнением в металлическом стержне осевого канала, прорезанием вдоль стержня периодической последовательности пар сквозных пазов с осями, проходящими через ось стержня и лежащими в плоскости, перпендикулярной к ней, выполнением по периметру пластин, разделяющих соседние пары пазов, проточек, помещением стержня в трубку одинакового со стержнем поперечного сечения, соединенную с ним так, что в результате образован периодический ряд связанных щелями резонаторов с поперечным сечением в виде перекрестка. This task is achieved by performing an axial channel in the metal rod, cutting along the rod a periodic sequence of pairs of through grooves with axes passing through the axis of the rod and lying in a plane perpendicular to it, performing plates along the perimeter that separate adjacent pairs of grooves, grooves, and placing the rod in the tube identical to the rod of the cross section, connected to it so that as a result a periodic series of slots connected by slots is formed with a cross section in the form of an intersection.

В результате прорезания пар пазов в металлическом стержне образуется полость с поперечным сечением в виде перекрестка. Эта полость, ограниченная со всех сторон проводящими поверхностями, имеет резонансную частоту, гораздо более высокую, чем полость с поперечным сечением в виде прямоугольника со сторонами, равными длинам соответствующих пазов. Она будет тем выше, чем уже "улицы", образующие перекресток. As a result of cutting pairs of grooves in the metal rod, a cavity with a cross section in the form of an intersection is formed. This cavity, bounded on all sides by conducting surfaces, has a resonant frequency much higher than a cavity with a cross section in the form of a rectangle with sides equal to the lengths of the corresponding grooves. It will be the higher, the narrower the "streets" that form the intersection.

Например, измеренная собственная частота резонатора с поперечным сечением в форме "перекрестка" с шириной 20 мм, длиной 23 мм одного паза и шириной 13 мм, длиной 40 мм другого оказалась в 1,3 раза больше, чем прямоугольного резонатора с поперечным сечением 23х40 мм. Поэтому в предложенной системе можно выполнить пролетный канал диаметром в 1,3 большим, чем в известных системах с прямоугольными резонаторами. Это позволяет увеличить мощность прибора почти в 2 раза и облегчает его изготовление. For example, the measured natural frequency of a resonator with a cross-section in the shape of an “intersection” with a width of 20 mm, a length of 23 mm in one groove and a width of 13 mm, and a length of 40 mm in the other turned out to be 1.3 times larger than a rectangular resonator with a cross-section of 23x40 mm. Therefore, in the proposed system, it is possible to perform a passage channel with a diameter of 1.3 larger than in known systems with rectangular resonators. This allows you to increase the power of the device by almost 2 times and facilitates its manufacture.

Пролетный канал малого диаметра в ЗС выполнить сверлением на большую длину не представляется возможным из-за ухода сверла от осевого направления. Это можно сделать с помощью электроэррозионного станка. It is not possible to carry out a small diameter passage channel in a horizontal zone by drilling to a large length due to the drift leaving the axial direction. This can be done using an electroerosion machine.

Стержень, из которого изготовляется ЗС, разрезается на части такой длины, чтобы в них можно было выполнить сквозное отверстие диаметром меньшим, чем диаметр пролетного канала. После выполнения отверстий и соединения частей стержня пайкой или сваркой в полученном стержне образуется канал, в который вставляется проволока, и канал дорабатывается до номинального размера с помощью электроэррозии. Таким образом, в сплошном металлическом стержне канал выполнен с точностью в несколько микрон. The rod from which the ZS is made is cut into pieces of such a length that a through hole with a diameter smaller than the diameter of the passage channel can be made in them. After making holes and connecting parts of the rod by soldering or welding, a channel is formed in the resulting rod, into which the wire is inserted, and the channel is refined to its nominal size using electroerosion. Thus, in a solid metal rod, the channel is made with an accuracy of several microns.

Вакуумплотную оболочку можно установить на обработанный стержень с помощью пайки, но лучший способ - это диффузионная сварка. A vacuum tight sheath can be installed on the treated rod by soldering, but diffusion welding is the best way.

При этом методе две соединяемые поверхности должны быть нагреты до определенной температуры (температура сварки) и находиться под определенным давлением. Если взять трубку, нагреть ее до температуры выше температуры стержня, равной температуре сварки, вставить обработанный стержень в трубку и поддерживать температуру сварки, то между контактирующими поверхностями стержня и трубки возникнет давление и поверхности будут сварены. With this method, the two surfaces to be joined must be heated to a certain temperature (welding temperature) and be under a certain pressure. If you take the tube, heat it to a temperature above the temperature of the rod equal to the welding temperature, insert the treated rod into the tube and maintain the welding temperature, then pressure will arise between the contacting surfaces of the rod and the tube and the surfaces will be welded.

Из вышесказанного видно, что при использовании диффузионной сварки в предложенной ЗС вообще не будет ни одного соединения с помощью пайки, что сведет к минимуму сверхвысокочастотные потери, т.к. проводимость безкислородной меди гораздо выше, чем эвтектики, образующейся при пайке. It can be seen from the foregoing that when using diffusion welding in the proposed ZS, there will be no soldering at all, which will minimize microwave losses, because the conductivity of oxygen-free copper is much higher than the eutectic formed by soldering.

Процесс выполнения размеров предложенной системы происходит сначала на металлорежущих станках (размеры выполняются с припусками), а потом на электроэррозионных станках (размеры выполняются с жесткими допусками в несколько микрон). Соединение ее частей может быть выполнено с помощью диффузионной сварки, без применения пайки. В отличие от известных конструкций ЗС, которые состоят из нескольких соединяемых частей, предложенная состоит только из двух частей: обработанного стержня и трубки. Наиболее просто изготовить ЗС из стержня квадратной или круглой формы поперечного сечения, выполнив в нем пары пазов и проточки одинаковой формы, т.к. в этом случае потребуется минимальное количество инструментов. The process of performing the dimensions of the proposed system occurs first on metal-cutting machines (dimensions are performed with allowances), and then on electroerosion machines (dimensions are met with tight tolerances of several microns). The connection of its parts can be performed using diffusion welding, without the use of soldering. In contrast to the known structures of the AP, which consist of several connected parts, the proposed one consists of only two parts: a processed rod and a tube. The simplest way is to make a ZS from a rod of square or round cross-sectional shape by completing pairs of grooves and grooves of the same shape in it, because in this case a minimum number of tools will be required.

Примеры конкретного выполнения предложенной замедляющей системы показаны на фиг.1-4. Examples of specific performance of the proposed retarding system are shown in figures 1-4.

На фиг.1 приведен общий вид замедляющей системы "перекресток" прямоугольного поперечного сечения. Figure 1 shows a General view of the slowing down system "intersection" of rectangular cross-section.

На фиг.2 приведено продольное сечение ЗС "перекресток" круглого поперечного сечения. Figure 2 shows a longitudinal section ZS "crossroads" of circular cross-section.

На фиг.3 показано поперечное сечение А-А. Figure 3 shows a cross section aa.

На фиг.4 показано поперечное сечение Б-Б той же ЗС. Figure 4 shows a cross section bB of the same AP.

В металлическом стержне 1 выполняется пролетный канал 2, вдоль стержня выполняются взаимоперпендикулярные пары пазов 3 и проточки 4. После выполнения этих элементов с припусками на металлорежущих станках их размеры доводятся до номинальных с необходимыми допусками на электроэррозионных станках. В процессе выполнения пар пазов 3 одновременно вдоль пролетного канала 2 образуются трубки дрейфа 5. Обработанный стержень 1 вставляется в трубку 6 и соединяется с ней путем диффузионной сварки. В результате получается ряд резонаторов 7 с поперечным сечением, имеющим форму перекрестка, которые соединены друг с другом щелями 8 в разделяющих их пластинах 9. Этот ряд резонаторов, связанных щелями, и образует предложенную ЗС. In the metal rod 1, a passage channel 2 is made, along the rod mutually perpendicular pairs of grooves 3 and grooves are made 4. After these elements are finished with allowances on metal cutting machines, their sizes are brought to nominal with the necessary tolerances on electroerosion machines. In the process of performing a pair of grooves 3 simultaneously along the passage channel 2, drift tubes 5 are formed. The processed rod 1 is inserted into the tube 6 and connected to it by diffusion welding. The result is a series of resonators 7 with a cross section in the form of an intersection, which are connected to each other by slots 8 in the plates separating them 9. This series of resonators connected by slots forms the proposed GL.

Таким образом, выполнение резонаторов ЗС с поперечным сечением в форме перекрестка увеличивает ее поперечные размеры по сравнению с поперечными размерами ЗС, имеющей резонаторы прямоугольного поперечного сечения. Сведение к минимуму количества паяных швов или вообще их отсутствие позволяет уменьшить высокочастотные потери, а финишная доводка размеров ЗС с помощью электроэррозионных станков позволяет изготовить ее с высокой точностью. Процесс сборки замедляющей системы упрощен по сравнению с известными, т.к. она изготовлена всего из двух деталей - обработанного стержня и трубки одинаковой со стержнем формы поперечного сечения. Thus, the implementation of the resonator ZS with a cross section in the form of an intersection increases its transverse dimensions compared with the transverse dimensions of the ZS having resonators of rectangular cross section. Minimizing the number of soldered seams or their absence at all allows to reduce high-frequency losses, and the final fine-tuning of the size of ES using electroerosion machines allows it to be made with high accuracy. The assembly process of the slowdown system is simplified compared to the known ones, as it is made of only two parts - a machined rod and a tube of the same cross-sectional shape as the rod.

Описанная выше конструкция является частным примером. Другие конструкции, соответствующие сущности заявленного изобретения, могут быть очевидными для специалистов в области разработки ламп бегущей волны. The construction described above is a particular example. Other designs consistent with the spirit of the claimed invention may be apparent to those skilled in the art of developing traveling wave tubes.

Литература
1. A. Kаrр. US Pat. 4237402, Dec. 2, 1980, 315/3.5.Literature
1. A. Karr. US Pat. 4237402, Dec. 2, 1980, 315 / 3.5.

2. В.G. James. US Pat. 4586009, Apr. 29, 1986, 315/35. 2. B.G. James US Pat. 4586009, Apr. 29, 1986, 315/35.

3. В.G. James. US Pat. 4866343, Sep. 12, 1989, US C1, 315/3.5. 3. B.G. James US Pat. 4866343, Sep. 12, 1989, US C1, 315 / 3.5.

Claims

1. The deceleration system for a traveling wave lamp (TWT) of the millimeter range, formed by many metal plates arranged in a periodic order perpendicular to the common axis, with holes along it and grooves, characterized in that it is made of two parts - a metal rod with a central hole and a tube identical with the rod of the cross-sectional shape, along the rod a periodic sequence of pairs of through grooves is made, the axes of which intersect on the axis of the rod and are located in planes, perp ikulyarnyh to it, around the perimeter of the metal plates has a groove and the rod is placed in the tube.

2. The retarding system for the TWT of the millimeter range according to claim 1, characterized in that the axes of each of the pairs of grooves are mutually perpendicular, and the grooves are made alternately along the axis of the retarding system, first at the ends of one groove from the pair, and then the other.

3. The retarding system for TWT millimeter range according to claim 2, characterized in that the length of the grooves is equal to the width of the grooves.