RU2259613C1

RU2259613C1 - Multisection traveling-wave tube (alternatives)

Info

Publication number: RU2259613C1
Application number: RU2003137011/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Копылов (RU); В.В. Копылов; В.Ф. Письменко (RU); В.Ф. Письменко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения"
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-08-27
Also published as: RU2259613C9; RU2003137011A

Abstract

FIELD: electronic engineering; high-power broadband microwave devices such as traveling-wave tubes and their hybrids.

SUBSTANCE: nonmagnetic inserts of traveling-wave tube placed between ferromagnetic disks of resonator chain are made in the form of drift diaphragms and azimuthal communication slits; diaphragm slits are turned through π radians with respect to ferromagnetic-disk slits; ferromagnetic disk installed between output section and adjacent one has drift tube on axis; nonmagnetic insert between this disk and ferromagnetic disk of output-section resonator chain is made in the form of ring accommodating circular absorbers soldered therein; inner diameter of absorbers d_a.in is made in the range of d_s.in ≥ d_a.in ≥ d_t.out, where d_s.in is inner diameter of slit; d_t.out is outer diameter of drift tube, and height h_a is blunt relative to that of ring h_r within the range of 0.35 d_t.out ≥ h_a/ h_r ≥ 0.15, except for communication line on end of circular absorbers; installed on ferromagnetic-disk drift tubes of one or two output-section resonators next to absorbing ones are nonmagnetic conducting circular components whose inner diameter equals drift-tube diameter; angle β between centers of azimuthal communication slits in ferromagnetic disk of chain of coupled resonators abutting against ring and in diaphragm next to disk is set within the range of α ≥ β ≥ 2π - α, where α is opening angle of azimuthal communication line. Traveling-wave tube of second design alternate has one or two nonmagnetic conducting components additionally installed on surface of output-section ferromagnetic disk at side opposing that abutting against ring. Third and fourth design alternates are distinguished by introduction of absorbing material layers applied to surfaces of one or two ferromagnetic disks next to ferromagnetic disk whose drift tube mounts nonmagnetic circular component.

EFFECT: enhanced power of device and load absorption at ends of its sections; improved matching and enhanced electric strength.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электровакуумных СВЧ-приборов. Оно может использоваться в разработках мощных широкополосных ламп бегущей волны и в разработках гибридных приборов.The invention relates to the field of microwave electric devices. It can be used in the development of powerful broadband traveling-wave lamps and in the development of hybrid devices.

Известны многосекционнне лампы бегущей волны (ЛБВ) с замедляющими системами (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов [1, 2, 3].Known multi-sectional traveling-wave tubes (TWTs) with retarding systems (ZS) such as a chain of coupled resonators [1, 2, 3].

В [1] описана ЛБВ с межсекционными нагрузками, представляющими собой отрезки волновода с помещенным в них клиновидным поглотителем. Эти нагрузки установлены перпендикулярно оси лампы и поэтому увеличивают ее поперечные размеры, а при использовании совмещенной магнитной периодической фокусирующей системы вызывают трудности в удержании электронного пучка, т.к. нарушают однородность распределения магнитного поля.In [1], a TWT with intersectional loads, which are segments of a waveguide with a wedge-shaped absorber placed in them, is described. These loads are installed perpendicular to the axis of the lamp and therefore increase its transverse dimensions, and when using a combined magnetic periodic focusing system, it is difficult to hold the electron beam, because violate the uniformity of the distribution of the magnetic field.

В приборе [2] между секциями ЗС типа цепочки связанных резонаторов установлены сплошные проводящие диски, к которым с обеих сторон примыкают резонаторы ЗС со вставленными в них поглощающими кольцами. Кольца прижимаются к межсекционным дискам, за счет чего от них и осуществляется теплоотвод. Этот теплоотвод невелик, т.к. материал поглотителя - алюмооксидная пористая керамика, пропитанная углеродом, имеет малую теплопроводность и тепловое сопротивление прижимного контакта между поглощающими кольцами и межсекционными дисками велико. Кроме того, в конструкции [2] поглощающие кольца удалены от щелей связи, около которых находятся интенсивные электрические поля, что приводит к малому затуханию, и в ней отсутствуют средства согласования поглощающих резонаторов с секциями ЗС после их сборки.In the device [2], solid conductive disks are installed between sections of ZS of the type of a chain of coupled resonators, to which ZS resonators with absorbing rings inserted into them are adjacent on both sides. The rings are pressed against the intersection disks, due to which heat is removed from them. This heat sink is small because the material of the absorber - alumina porous ceramic impregnated with carbon, has low thermal conductivity and thermal resistance of the pressure contact between the absorbing rings and intersection disks is great. In addition, in the design [2], the absorbing rings are removed from the coupling slots near which intense electric fields are located, which leads to low attenuation, and there are no means of matching the absorbing resonators with the sections of the CS after their assembly.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является многосекционная ЛБВ, заявленная в [3].Closest to the proposed design is a multi-section TWT, stated in [3].

В этом приборе ЗС типа цепочка связанных резонаторов выполнена из ферромагнитных дисков и немагнитных вставок между ними (колец). Между его секциями расположены проводящие прокладки, по длине равные одному резонатору ЗС. В прокладках друг над другом выполнены изолированные полукруглые резонаторы с поглотителями в виде пуговиц. Сложность формы резонаторов и поглотителей затрудняет изготовление прибора, малые размеры поглотителей не позволяют обеспечить высокий уровень рассеиваемой мощности и большое ослабление, а отсутствие средств вне поглощающих резонаторов для согласования их с ЗС не дает возможности получить низкий уровень коэффициента отражения. Кроме того, в рассматриваемой конструкции при высоких уровнях мощности возникают электрические пробои между острой кромкой щели связи и поглотителем.In this type of ZS device, a chain of coupled resonators is made of ferromagnetic disks and non-magnetic inserts between them (rings). Between its sections are conductive gaskets equal in length to one ZS resonator. Insulated semicircular resonators with absorbers in the form of buttons are made one above the other in the gaskets. The complexity of the shape of the resonators and absorbers makes it difficult to manufacture the device, the small sizes of the absorbers do not allow for a high level of dissipated power and large attenuation, and the lack of means outside the absorbing resonators for matching them with the ES does not allow to obtain a low level of reflection coefficient. In addition, in this design, at high power levels, electrical breakdowns occur between the sharp edge of the communication gap and the absorber.

Таким образом, задачей изобретения является повышение уровня мощности многосекционной ЛБВ, увеличение поглощения нагрузок на концах ее секций, улучшение их согласования с секциями, повышение электрической прочности нагрузок.Thus, the object of the invention is to increase the power level of a multi-section TWT, increase the absorption of loads at the ends of its sections, improve their coordination with sections, increase the electric strength of loads.

Указанная задача в первом варианте решается тем, что немагнитные вставки между ферромагнитными дисками цепочки резонаторов выполнены в виде диафрагм с трубками дрейфа и азимутальными щелями связи, щели в диафрагмах повернуты на π радианными вставками между ними, на смежных концах секций которой установлены поглощающие резонаторы, отличающиеся тем, что немагнитные вставки между ферромагнитными дисками цепочки резонаторов выполнены в виде диафрагм с трубками дрейфа и азимутальными щелями связи, щели в диафрагмах повернуты на π радиан по отношению к щелям в ферромагнитных дисках, между выходной секцией и смежной с ней секцией установлен ферромагнитный диск с трубкой дрейфа на оси, немагнитная вставка между ним и ферромагнитным диском цепочки резонаторов выходной секции выполнена в виде кольца, в которое впаяны кольцеобразные поглотители, внутренний диаметр поглотителей d_вп выполнен в пределах d_щв≥d_пв≥d_тн, где d_щв - внутренний диаметр щели, d_тн - наружный диаметр трубки дрейфа, а высота h_п относительно высоты кольца h_к в интервале

, со стороны кольцеобразных поглотителей кромка щели связи притуплена, на трубках дрейфа ферромагнитных дисков одного-двух резонаторов выходной секции, следующих за поглощающим резонатором, установлены немагнитные проводящие кольцеобразные элементы с внутренним диаметром, равным наружному диаметру трубок дрейфа, угол β между серединами азимутальных щелей связи в ферромагнитном диске цепочки связанных резонаторов, примыкающем к кольцу, и в диафрагме, следующей за диском, установлен в пределах α≤β≤2π-α, где α - угол раствора азимутальной щели связи, на поверхности одного-двух ферромагнитных дисков, следующих за ферромагнитным диском, на трубке дрейфа которого установлен немагнитный проводящий кольцеобразный элемент, нанесен с одной-двух сторон слой поглощающего материала.This problem in the first embodiment is solved by the fact that non-magnetic inserts between the ferromagnetic disks of the resonator chain are made in the form of diaphragms with drift tubes and azimuthal coupling slots, the slots in the diaphragms are turned by π radial inserts between them, at the adjacent ends of the sections of which absorbing resonators are installed, which differ that non-magnetic inserts between the ferromagnetic disks of the resonator chain are made in the form of diaphragms with drift tubes and azimuthal coupling slots, the slots in the diaphragms are rotated by π rad with respect to the slots in the ferromagnetic disks, between the output section and the adjacent section there is a ferromagnetic disk with a drift tube on the axis, a non-magnetic insert between it and the ferromagnetic disk of the resonator chain of the output section is made in the form of a ring into which ring-shaped absorbers are soldered, the inner diameter of the absorbers d _vp d formed within _ShchV ≥d _nB ≥d _t where d _ShchV - inner diameter of the gap, d _t - the outer diameter of the drift tube, and the height h _n with respect _{to the} ring height h in the range

, on the side of the ring-shaped absorbers, the edge of the coupling slit is blunted, on the drift tubes of ferromagnetic disks of one or two resonators of the output section following the absorbing resonator, non-magnetic conducting ring-shaped elements with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes, an angle β between the middle of the azimuthal coupling slots in the ferromagnetic disk of a chain of coupled resonators adjacent to the ring and in the diaphragm following the disk is set in the range α≤β≤2π-α, where α is the azimuthal angle of the solution second coupling slots on the surface of one or two ferromagnetic discs following the ferromagnetic disc, on which the drift tube is mounted non-magnetic conducting annular element applied to one or both sides of the layer of absorbing material.

В третьем варианте дополнительно к конструктивным признакам, указанным в первом варианте предлагаемого изобретения, для решения поставленной задачи на поверхности одного-двух ферромагнитных дисков, следующих за ферромагнитным диском, на трубке дрейфа которого установлен немагнитный проводящий кольцеобразный элемент, нанесен с одной-двух сторон слой поглощающего материала.In the third embodiment, in addition to the structural features specified in the first embodiment of the present invention, to solve the problem on the surface of one or two ferromagnetic disks following the ferromagnetic disk, on the drift tube of which a non-magnetic conducting ring-shaped element is installed, an absorbing layer is applied on one or two sides material.

В четвертом варианте дополнительно к конструктивным признакам, указанным во втором варианте предлагаемого изобретения, для решения поставленной задачи на поверхности одного-двух ферромагнитных дисков, следующих за ферромагнитным диском, на трубке дрейфа которого установлен немагнитный проводящий элемент, также нанесен с одной-двух сторон слой поглощающего материала.In the fourth embodiment, in addition to the structural features indicated in the second embodiment of the present invention, to solve the problem on the surface of one or two ferromagnetic disks following the ferromagnetic disk, on the drift tube of which a non-magnetic conductive element is installed, an absorbing layer is also applied on one or two sides material.

Варианты 3 и 4 предлагаемого изобретения являются соответственно развитием вариантов 1 и 2 в направлении увеличения уровня мощности многосекционной ЛБВ, увеличения поглощения ее нагрузок, улучшения согласования секций лампы с нагрузками, повышения электрической прочности.Options 3 and 4 of the present invention are, respectively, the development of options 1 and 2 in the direction of increasing the power level of a multi-section TWT, increasing the absorption of its loads, improving the alignment of lamp sections with loads, increasing electric strength.

На фиг.1 показан предложенный прибор частично в продольном сечении;Figure 1 shows the proposed device partially in longitudinal section;

на фиг.2 изображен в увеличенном масштабе фрагмент F продольного сечения прибора (фиг.1);figure 2 shows on an enlarged scale a fragment F of the longitudinal section of the device (figure 1);

на фиг.3 приведен вид поперечного сечения А-А фрагмента F (фиг.2) в направлении, указанном стрелками;figure 3 shows a cross-sectional view aa of the fragment F (figure 2) in the direction indicated by the arrows;

на фиг.4 показан вид слева фрагмента F прибора,figure 4 shows the left side view of the fragment F of the device,

где 1 - электронный пучок, создаваемый пушкой (не показана), 2 - ввод, 3 - вывод энергии, 4 - патрубок ввода, 5 - патрубок вывода охлаждающей жидкости, 6 - постоянный магнит, 7 - ферромагнитные диски секций цепочек связанных резонаторов, 8 - немагнитные диафрагмы секций цепочек связанных резонаторов, 9 - ферромагнитный диск, разделяющий секции прибора, 10 - немагнитные кольца, ограничивающие каналы охлаждения, 11 - трубки дрейфа, 12 - азимутальные щели связи, 13 - немагнитное кольцо, установленное между ферромагнитным диском, разделяющим секции прибора, и ферромагнитным диском замедляющей системы секции, 14 - кольцеобразный поглотитель, 15 - немагнитный бандаж (например, молибденовый), 16 - притупление на кромке щели связи в ферромагнитном диске, отделяющем замедляющую систему от поглощающего резонатора, 17 - слой поглощающего материала, 18 - кольцеобразный немагнитный элемент, установленный на трубке дрейфа ферромагнитного диска, 19 - немагнитный проводящий элемент, установленный на поверхности ферромагнитного диска, 20 - каналы для пропускания охлаждающей жидкости.where 1 is the electron beam created by the gun (not shown), 2 is the input, 3 is the energy output, 4 is the input pipe, 5 is the coolant output pipe, 6 is a permanent magnet, 7 is the ferromagnetic disks of the sections of the chains of coupled resonators, 8 is non-magnetic diaphragms of sections of chains of coupled resonators, 9 - a ferromagnetic disk separating the sections of the device, 10 - non-magnetic rings that limit the cooling channels, 11 - drift tubes, 12 - azimuthal coupling slots, 13 - a non-magnetic ring installed between the ferromagnetic disk separating the sections of the device, and fer section of the slowing-down system, 14 — an annular absorber, 15 — a non-magnetic bandage (for example, molybdenum), 16 — blunting at the edge of the coupling slit in the ferromagnetic disk separating the slowing-down system from the absorbing resonator, 17 — layer of absorbing material, 18 — ring-shaped non-magnetic element mounted on the drift tube of the ferromagnetic disk, 19 - non-magnetic conductive element mounted on the surface of the ferromagnetic disk, 20 - channels for passing coolant.

Заявленное устройство содержит электронную пушку (не показана), создающую электронный поток 1, коллектор электронов (не показан), ввод 2, вывод 3 энергии, секции цепочек связанных резонаторов, образованных ферромагнитными дисками 7 и немагнитными проводящими диафрагмами 8 с трубками дрейфа 11 и азимутальными щелями связи 12, постоянные магниты 6, установленные между ферромагнитными дисками 7, ферромагнитные диски 9 с трубками дрейфа 11, разделяющие секции цепочек связанных резонаторов, немагнитное проводящее кольцо 13 с впаянными в него кольцеобразными поглотителями 14, немагнитный (например, молибденовый) бандаж 15, установленный на поверхности кольца 13, притупление 16 на кромке щели связи в ферромагнитном диске, отделяющем замедляющую систему от поглощающего резонатора, слои поглощающего материала 17, нанесенные на поверхности ферромагнитных дисков 7, кольцеобразные немагнитные проводящие элементы 18 с внутренним диаметром, равным наружному диаметру трубок дрейфа 11, установленные на трубках дрейфа ферромагнитных дисков 7, один-два немагнитных проводящих элемента 19, установленных на поверхности ферромагнитного диска, отделяющего замедляющую систему от поглощающего резонатора, патрубок 4 для ввода охлаждающей жидкости, каналы 20 для ее протекания, ограничивающие каналы 20 немагнитные кольца 10 и патрубок 5 для ввода охлаждающей жидкости.The claimed device contains an electron gun (not shown) that generates an electron stream 1, an electron collector (not shown), input 2, energy output 3, sections of chains of coupled resonators formed by ferromagnetic disks 7 and non-magnetic conducting diaphragms 8 with drift tubes 11 and azimuthal slots coupling 12, permanent magnets 6 mounted between the ferromagnetic disks 7, the ferromagnetic disks 9 with drift tubes 11 separating sections of the chains of coupled resonators, a non-magnetic conductive ring 13 with a ring soldered into it different absorbers 14, non-magnetic (for example, molybdenum) bandage 15 mounted on the surface of the ring 13, blunting 16 on the edge of the communication gap in the ferromagnetic disk separating the slowing system from the absorbing resonator, layers of absorbing material 17 deposited on the surface of the ferromagnetic disks 7, ring-shaped non-magnetic conductive elements 18 with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes 11 mounted on the drift tubes of the ferromagnetic disks 7, one or two non-magnetic conductive elements 19 are installed x on the surface of the ferromagnetic disk separating the slowdown system from the absorbing resonator, pipe 4 for introducing coolant, channels 20 for its flow, limiting channels 20 non-magnetic rings 10 and pipe 5 for introducing coolant.

Заявленная многосекционная ЛБВ работает следующим образом. Электронный пучок 1 движется вдоль оси прибора, удерживаемый периодическим магнитным полем, созданным постоянными магнитами 6 между трубками дрейфа 11 ферромагнитных дисков 7. На вход 2 прибора подается электромагнитная волна, которая замедляется в секциях цепочек связанных резонаторов, образованных ферромагнитными дисками 7 и немагнитными проводящими диафрагмами 8 с трубками дрейфа 11 и щелями связи 12, до скорости меньшей скорости электронного пучка. При торможении электронного пучка в поле волны ее мощность усиливается, а модуляция пучка нарастает. Во всех секциях многосекционной ламп бегущей волны, за исключением последней (выходной), мощность, усиленная в секции ЗС лампы, практически полностью поглощается в оконечных нагрузках и от секции к секции передается только модуляция пучка. В выходную секцию попадает уже достаточно хорошо сгруппированный по плотности электронный пучок и к концу секции его модуляция достигает насыщения. В точке насыщения и устанавливается вывод 3 усиленной мощности. Эта мощность частично попадает во внешний волноводный тракт (не показан), а частично отражается от вывода энергии 3 и движется в сторону нагрузки выходной секции.The claimed multisection TWT works as follows. The electron beam 1 moves along the axis of the device, held by a periodic magnetic field created by permanent magnets 6 between the drift tubes 11 of the ferromagnetic disks 7. An electromagnetic wave is fed to the input 2 of the device, which slows down in sections of chains of coupled resonators formed by ferromagnetic disks 7 and non-magnetic conducting diaphragms 8 with drift tubes 11 and communication slots 12, to a speed lower than the speed of the electron beam. When an electron beam is braked in a wave field, its power is amplified, and the modulation of the beam increases. In all sections of a multi-sectional traveling wave lamp, with the exception of the last (output), the power amplified in the CS section of the lamp is almost completely absorbed in final loads and only beam modulation is transmitted from section to section. A sufficiently well-grouped electron beam falls into the output section, and by the end of the section its modulation reaches saturation. At the saturation point, pin 3 of the amplified power is set. This power partially enters the external waveguide path (not shown), and is partially reflected from the output of energy 3 and moves toward the load side of the output section.

В первом варианте конструкции согласование замедляющей системы с оконечной нагрузкой (поглощающим резонатором) достигается установкой на трубках дрейфа 11 ферромагнитных дисков 7 одного-двух резонаторов выходной секции, следующих за поглощающим резонатором, немагнитных проводящих кольцеобразных элементов с внутренним диаметром, равным наружному диаметру трубок дрейфа 11, и установкой угла β (см. фиг.4) между серединами азимутальных щелей связи 12 в ферромагнитном диске 7, примыкающем к кольцу 13, и в диафрагме 8, следующей за этим диском, в пределах α≤β≤2π-α, где α - угол раствора азимутальной щели связи 12.In the first embodiment, the coordination of the slowdown system with the final load (absorbing resonator) is achieved by installing on the drift tubes 11 ferromagnetic disks 7 of one or two resonators of the output section, following the absorbing resonator, non-magnetic conducting ring-shaped elements with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes 11, and setting the angle β (see figure 4) between the midpoints of the azimuthal coupling slots 12 in the ferromagnetic disk 7 adjacent to the ring 13, and in the diaphragm 8 following this disk, in at ααββ≤2π-α, where α is the angle of the azimuthal gap of the bond 12.

Мощность, прошедшая в поглощающий резонатор, рассеивается в кольцеобразных поглотителях 14, впаянных в немагнитное проводящее кольцо 13, на котором установлен бандаж 15, предохраняющий спаи от растрескивания в процессе нагревания и остывания прибора.The power transmitted to the absorbing resonator is dissipated in ring-shaped absorbers 14 soldered into a non-magnetic conductive ring 13 on which a bandage 15 is mounted, which protects the junctions from cracking during heating and cooling of the device.

Притупление 16 кромки щели связи 12 со стороны кольцеобразных поглотителей 14 предотвращает электрический пробой между краями щели 12 и кольцеобразным поглотителем 14 (см. фиг.2 и 3).The blunting of the edge of the communication gap 12 from the side of the ring-shaped absorbers 14 prevents electrical breakdown between the edges of the slot 12 and the ring-shaped absorber 14 (see FIGS. 2 and 3).

Выделяющаяся в кольцеобразных поглотителях 14 мощность отводится через немагнитное проводящее кольцо 13, в которое они впаяны, охлаждающей жидкостью (не показана), поступающей через патрубок ввода 4, протекающей через каналы 20 в ферромагнитных дисках 7 и немагнитных проводящих диафрагмах 12, ограниченных немагнитными кольцами 10, и вытекающей через патрубок 5.The power released in the ring-shaped absorbers 14 is dissipated through a non-magnetic conductive ring 13 into which they are soldered by coolant (not shown) that enters through the input pipe 4, flowing through channels 20 in the ferromagnetic disks 7 and non-magnetic conductive diaphragms 12, bounded by non-magnetic rings 10, and flowing through pipe 5.

В мощных лампах бегущей волны небольшая часть быстрых электронов выходит за пределы пролетного канала и может попасть на кольцеобразные поглотители 14, что приведет к их разрушению. Поэтому внутренний диаметр d_пв кольцеобразных поглотителей 14 выполнен равным или большим наружного диаметра d_тн трубок дрейфа 11. Этот же диаметр не следует выполнять меньшим внутреннего диаметра d_щв щели связи 12, т.к. электрические поля концентрируются в ее раскрыве. Если не соблюдать этого требования, то ослабление кольцеобразных поглотителей будет уменьшено, т.к. мощность потерь пропорциональна квадрату модуля напряженности электрического поля в диэлектрике.In high-power traveling-wave lamps, a small part of fast electrons goes beyond the span of the channel and can get on the ring-shaped absorbers 14, which will lead to their destruction. Therefore, the inner diameter d _{pv of the} annular absorbers 14 is made equal to or greater than the outer diameter d _{t of the} drift tubes 11. The same diameter should not be made smaller than the inner diameter d of the _coupling slit 12, because electric fields are concentrated in its aperture. If this requirement is not met, the attenuation of the annular absorbers will be reduced, because the power of losses is proportional to the square of the modulus of the electric field in the dielectric.

Высота кольцеобразного поглотителя h_n по отношению к высоте кольца h_k выполнена в интервале

, т.к. в этом случае достигается надежность спая и механическая прочность конструкции.The height of the annular absorber h _n with respect to the height of the ring h _{k is} made in the range

because in this case, junction reliability and mechanical strength of the structure are achieved.

В процессе производства приборов при изготовлении деталей при сборке и пайке узлов возникают погрешности. Установка на поверхности ферромагнитного диска во втором варианте конструкции со стороны, противоположной кольцу 13 одного-двух немагнитных проводящих элементов 19, позволяет решить задачу согласования и в этом случае.In the process of manufacturing devices in the manufacture of parts during assembly and soldering of nodes, errors occur. The installation on the surface of the ferromagnetic disk in the second embodiment, from the side opposite to the ring 13 of one or two non-magnetic conductive elements 19, allows us to solve the coordination problem in this case as well.

В третьем и четвертом вариантах предлагаемого изобретения слои поглощающего материала 17, нанесенные на поверхности одного-двух ферромагнитных дисков 7, следующих за диском 7, на котором установлен немагнитный проводящий элемент 18 с внутренним диаметром, равным диаметру трубки дрейфа 11, улучшают согласование ЗС с поглощающим резонатором и уменьшают мощность, падающую на поглощающий резонатор.In the third and fourth embodiments of the present invention, layers of absorbent material 17 deposited on the surface of one or two ferromagnetic disks 7, following the disk 7, on which a non-magnetic conductive element 18 is installed with an inner diameter equal to the diameter of the drift tube 11, improve the matching of the ES with the absorbing resonator and reduce the power incident on the absorbing resonator.

Увеличивающееся ослабление поглощающих слоев 17, нанесенных на ферромагнитные диски 7, в направлении потока мощности, отраженной выводом энергии 3, от одного диска к другому или одной стороны диска к другой практически без отражения уменьшает мощность, падающую на поглощающий резонатор.The increasing attenuation of the absorbing layers 17 deposited on the ferromagnetic disks 7 in the direction of the power flow reflected by the energy output 3 from one disk to the other or one side of the disk to the other practically without reflection reduces the power incident on the absorbing resonator.

Волна ослабляется конусным поглотителем (слои 17 поглощающего материала), далее она попадает на участок замедляющей системы, волновое сопротивление которого сначала ступенчато с помощью кольцеобразных немагнитных проводящих элементов 18 в первом и третьем вариантах конструкции и дополнительно во втором и четвертом вариантах немагнитных проводящих элементов 19, а потом и плавно установкой угла β трансформируется в волновое сопротивление поглощающего резонатора. Попав в поглощающий резонатор через щель связи 12, она ослабляется кольцами 14, доходит до поверхности межсекционного диска 9 и отражается от него. Двигаясь в обратном направлении, волна снова поглощается дисками 14, проходит на участок ЗС, трансформирующий ее волновое сопротивление, частично отражается от первого на ее пути поглощающего слоя 17 и снова поступает в поглощающий резонатор, а оставшаяся часть мощности волны поглощается в конусном поглотителе (слои 17).The wave is attenuated by the cone absorber (layers 17 of absorbing material), then it falls on the section of the decelerating system, the wave resistance of which is first stepwise with the help of ring-shaped non-magnetic conductive elements 18 in the first and third design variants and additionally in the second and fourth versions of non-magnetic conductive elements 19, and Then, and smoothly setting the angle β, it is transformed into the wave resistance of the absorbing resonator. Once in the absorbing resonator through the coupling gap 12, it is weakened by the rings 14, reaches the surface of the intersection disk 9 and is reflected from it. Moving in the opposite direction, the wave is again absorbed by the disks 14, passes to the GS section transforming its wave impedance, is partially reflected from the first absorbing layer 17 in its path, and again enters the absorbing resonator, and the remaining part of the wave power is absorbed in the conical absorber (layers 17 )

В результате многократного поглощения волны, отраженной от вывода энергии 3 прибора, коэффициент отражения от нагрузки становится практически равным 0 и тепловая нагрузка поглощающих колец уменьшается.As a result of multiple absorption of the wave reflected from the energy output 3 of the device, the reflection coefficient from the load becomes almost equal to 0 and the thermal load of the absorbing rings decreases.

Примером конкретного выполнения предложенной конструкции многосекционной лампы бегущей волны может служить трехсекционный прибор, разработанный для передатчика бортовой радиолокационной системы. Кольцеобразные поглотители изготовлены из керамики, содержащей 70% окислов бериллия и 30% окислов титана, которая обладает высокой теплопроводностью (сравнимой с теплопроводностью меди) и большим поглощением (тангенс угла диэлектрических потерь равен 0,2). В медное кольцо впаяно три поглотителя, и на нем установлен бандаж, изготовленный из молибдена. Кольцеобразные поглотители размещены на одинаковом расстоянии как друг от друга, так и от ферромагнитных дисков, ограничивающих поглощающий резонатор. Кромка щели связи в ферромагнитном диске, примыкающем к кольцу, притуплена со стороны кольцеобразных поглотителей. Внутренний диаметр кольцеобразных поглотителей уменьшается в сторону ферромагнитного диска, отделяющего выходную секцию от предшествующей. Он равен 8; 7 и 6 мм соответственно.An example of a specific implementation of the proposed design of a multi-sectional traveling-wave lamp can be a three-sectional device designed for a transmitter of an onboard radar system. The ring-shaped absorbers are made of ceramics containing 70% beryllium oxides and 30% titanium oxides, which has high thermal conductivity (comparable to the thermal conductivity of copper) and high absorption (dielectric loss tangent is 0.2). Three absorbers are soldered into a copper ring, and a band made of molybdenum is mounted on it. The ring-shaped absorbers are placed at the same distance from each other as well as from the ferromagnetic disks that limit the absorbing cavity. The edge of the coupling gap in the ferromagnetic disk adjacent to the ring is blunted from the side of the annular absorbers. The inner diameter of the ring-shaped absorbers decreases towards the ferromagnetic disk separating the output section from the previous one. It is equal to 8; 7 and 6 mm, respectively.

Толщина поглощающих колец h_п одинакова, и ее отношение к высоте кольца h_к (h_к=7,4 мм) равно 0,257. На трубках дрейфа ферромагнитных дисков резонаторов, следующих за поглощающим резонатором, установлены немагнитные проводящие элементы. В первом резонаторе высотой 0,8 мм и наружным диаметром 7,5 мм, а во втором высотой 0,6 мм и наружным диаметром 6 мм. На поверхности ферромагнитного диска первого резонатора вблизи края щели связи установлен немагнитный проводящий элемент диаметром 3 мм и высотой 2 мм. Слои поглощающего материала (альсифера) нанесены на обе стороны двух ферромагнитных дисков, следующих за диском, на котором установлен последний немагнитный проводящий кольцеобразный элемент. Они выполнены в виде колец, расположенных на среднем диаметре резонаторов замедляющей системы. Ослабление, вносимое поглощающими слоями, увеличивается в сторону оконечной нагрузки секции от диска к диску. Затухание, вносимое слоями первого диска, составляет 0,6-0,7 дБ, а второго 1,2-1,3 дБ, ослабление, вносимое поглощающими кольцами, составляет для кольца с наибольшим внутренним диаметром 8 дБ, со средним - 10 дБ и с наименьшим - 12 дБ, так что ослабление, вносимое поглощением резонаторов в прямом и обратном направлении, равно 60 дБ.The thickness of the absorbing rings h _{p is the} same, and its ratio to the height of the ring h _k (h _k = 7.4 mm) is 0.257. Non-magnetic conductive elements are installed on the drift tubes of the ferromagnetic disks of the resonators following the absorbing resonator. In the first resonator, a height of 0.8 mm and an outer diameter of 7.5 mm, and in the second, a height of 0.6 mm and an outer diameter of 6 mm. A non-magnetic conductive element with a diameter of 3 mm and a height of 2 mm is installed on the surface of the ferromagnetic disk of the first resonator near the edge of the communication gap. Layers of absorbing material (alsifer) are deposited on both sides of two ferromagnetic disks following the disk on which the last non-magnetic conducting ring-shaped element is mounted. They are made in the form of rings located on the average diameter of the resonators of the retardation system. The attenuation introduced by the absorbing layers increases toward the end load of the section from disk to disk. The attenuation introduced by the layers of the first disk is 0.6-0.7 dB, and the second is 1.2-1.3 dB, the attenuation introduced by the absorbing rings is for the ring with the largest internal diameter of 8 dB, with an average diameter of 10 dB and with the smallest - 12 dB, so the attenuation introduced by the absorption of the resonators in the forward and reverse directions is 60 dB.

Угол между серединой щели в ферромагнитном диске замедляющей системы, ограничивающем поглощающий резонатор, и серединой щели связи в немагнитной проводящей диафрагме, примыкающей к нему, равнялся 97°.The angle between the middle of the gap in the ferromagnetic disk of the slow-down system, which limits the absorbing resonator, and the middle of the coupling gap in the non-magnetic conducting diaphragm adjacent to it was 97 °.

Согласующие элементы (немагнитные проводящие кольца и диски) установлены на ферромагнитных дисках, т.к. материал диска, железо, и материал согласующих элементов - немагнитная нержавеющая сталь - хорошо соединяются контактной и лазерной сваркой.Matching elements (non-magnetic conductive rings and disks) are installed on ferromagnetic disks, because the disk material, iron, and the material of the matching elements - non-magnetic stainless steel - are well connected by contact and laser welding.

Сконструированная таким образом трехсекционная ЛБВ работала при мощности 2 кВ и не возбуждалась при усилении выходной секции, равном 25 дБ.The three-section TWT thus constructed worked at a power of 2 kV and was not excited when the output section was amplified equal to 25 dB.

Использование предложенной конструкции позволяет как минимум на порядок увеличить теплорассеивающую способность многосекционных ламп бегущей волны. Кольцеобразные поглотители выполнены из керамического материала, теплопроводность которого в 5 раз выше теплопроводности материала, использовавшегося ранее (алюмооксидная пористая керамика, пропитанная углеродом). Они впаяны по наружному диаметру в кольцо, выполненное из немагнитного проводящего материала (например, медь). Известно, что тепловое сопротивление паяного контакта в несколько раз меньше теплового сопротивления прижимного, к тому же площадь теплопровода в несколько раз больше площади теплоотвода в конструкции прибора прототипа.Using the proposed design allows at least an order to increase the heat dissipation ability of multi-sectional traveling-wave lamps. The ring-shaped absorbers are made of a ceramic material whose thermal conductivity is 5 times higher than the thermal conductivity of the material used previously (alumina porous ceramic impregnated with carbon). They are soldered along the outer diameter into a ring made of a non-magnetic conductive material (for example, copper). It is known that the thermal resistance of the soldered contact is several times less than the thermal resistance of the clamp, moreover, the area of the heat conduit is several times larger than the heat sink in the design of the prototype device.

Притупление острого края щели связи, обращенного к кольцеобразному поглотителю, устраняет электрический пробой между ним и поверхностью последнего при высоких уровнях мощности.The blunting of the sharp edge of the communication gap facing the annular absorber eliminates electrical breakdown between it and the surface of the latter at high power levels.

Установка на ферромагнитных дисках одного-двух следующих за поглощающим резонатором согласующих элементов и установка угла β между серединами щелей связи в диске замедляющей системы и в диафрагме, примыкающей к нему, в пределах α≤β≤2π-α позволяет получить близкое к идеальному согласование цепочки связанных резонаторов с нагрузкой.The installation of one or two matching elements on the ferromagnetic disks following the absorbing resonator and the installation of the angle β between the midpoints of the coupling slots in the disk of the decelerating system and in the diaphragm adjacent to it within α≤β≤2π-α allows obtaining close to perfect matching of the chain of coupled resonators with load.

Нанесение слоев поглощающего материала на один-два ферромагнитных диска, следующих за ферромагнитным диском, на трубке дрейфа которого установлен кольцеобразный немагнитный согласующий элемент, позволяет уменьшить мощность, падающую на поглощающий резонатор, почти в два раза (при суммарном ослаблении поглощающих слоев около 2,5 дБ), что увеличивает теплорассеивающую способность прибора, улучшает его согласование и электрическую прочность.The application of layers of absorbing material on one or two ferromagnetic disks following a ferromagnetic disk, on the drift tube of which an annular nonmagnetic matching element is installed, allows to reduce the power incident on the absorbing resonator by almost half (with a total attenuation of the absorbing layers of about 2.5 dB ), which increases the heat dissipation ability of the device, improves its coordination and electric strength.

Таким образом, по сравнению с известными конструкциями многосекционных ламп бегущей волны заявленная дает возможность увеличить мощность, повысить поглощение нагрузок на концах ее секций, улучшить согласование и повысить электрическую прочность.Thus, in comparison with the known designs of multi-sectional lamps of a traveling wave, the claimed makes it possible to increase power, increase absorption of loads at the ends of its sections, improve coordination and increase dielectric strength.

ЛитератураLiterature

1. W. Hant et al. US Pat3181023, March 29,1962, C1 315/3.5.1. W. Hant et al. US Pat. 3181023, March 29.1962, C1 315 / 3.5.

2. K.E. Zublin et al. US Pat2939993, Jan 7, 1957, C1 315/3.5.2. K.E. Zublin et al. US Pat2939993, Jan 7, 1957, C1 315 / 3.5.

3. DJ. Bates et al. US Pat2985791, Okt 2, 1958, C1 315/3.5.3. DJ. Bates et al. US Pat2985791, Okt 2, 1958, C1 315 / 3.5.

Claims

1. A multi-sectional traveling-wave lamp containing an electron gun, a chain of resonators formed by ferromagnetic disks with drift tubes on the axis and azimuthal coupling slots on the periphery, non-magnetic inserts between them, at the adjacent ends of the sections of which there are absorbing resonators, an electron collector, input and output energy, characterized in that the non-magnetic inserts between the ferromagnetic disks of the resonator chain are made in the form of diaphragms with drift tubes and azimuthal coupling slots, the slots in the diaphragms are rotated π radian relative to the slots in the ferromagnetic disks, between the output section and the adjacent section there is a ferromagnetic disk with a drift tube on the axis, a non-magnetic insert between it and the ferromagnetic disk of the resonator chain of the output section is made in the form of a ring into which ring-shaped absorbers are soldered, the inner diameter of the absorbers d _{pv is} made in the range d _bv ≥d _pv ≥d _tn , where d _bv is the internal diameter of the gap, d _tn is the outer diameter of the drift tube, and the height h _p relative to the height of the ring h _to in the interval

on the side of the ring-shaped absorbers, the edge of the coupling slit is blunted, non-magnetic conducting ring-shaped elements with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes are installed on the drift tubes of the ferromagnetic disks of one or two resonators of the output section following the absorbing resonator, the angle β between the middle of the azimuthal coupling slots in the ferromagnetic the disk of the chain of coupled resonators adjacent to the ring, and in the diaphragm following the disk, is set in the range α≤β≤2π-α, where α is the azimuthal angle of the solution th communication gap.

2. A multi-section traveling wave lamp containing an electron gun, a chain of resonators formed by ferromagnetic disks with drift tubes on the axis and with azimuthal coupling slots on the periphery, non-magnetic inserts between them, at the adjacent ends of the sections of which there are absorbing resonators, an electron collector, input and output energy, characterized in that the non-magnetic inserts between the ferromagnetic disks of the resonator chain are made in the form of diaphragms with drift tubes and azimuthal coupling slots, the slots in the diaphragms are rotated π radian relative to the slots in the ferromagnetic disks, between the output section and the adjacent section there is a ferromagnetic disk with a drift tube on the axis, a non-magnetic insert between it and the ferromagnetic disk of the resonator chain of the output section is made in the form of a ring into which ring-shaped absorbers are soldered, the inner diameter of the absorbers d _{pv is} made in the range d _bv ≥d _pv ≥d _tn , where d _bv is the internal diameter of the gap, d _tn is the outer diameter of the drift tube, and the height h _p relative to the height of the ring h _to in the interval

on the side of the annular absorbers, the edge of the communication slots is blunted, non-magnetic conducting ring-shaped elements with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes on the surface of the ferromagnetic disk of the output section are installed on the surface of the ferromagnetic disk of the output section on the drift tubes of the ferromagnetic disks of one or two resonators of the output section following the absorbing resonator one adjacent to the ring, one to two non-magnetic conductive elements are installed, the angle β between the midpoints of the azimuthal coupling slots in the ferromagnetic m chain drive connected resonators adjacent to the ring, and in the diaphragm following the disc set within α≤β≤2π-α, where α - angle azimuthal coupling slots solution.

3. A multi-sectional traveling wave lamp containing an electron gun, a chain of resonators formed by ferromagnetic disks with drift tubes on the axis and azimuthal coupling slots on the periphery, non-magnetic inserts between them, at the adjacent ends of the sections of which there are absorbing resonators, an electron collector, input and output energy, characterized in that the non-magnetic inserts between the ferromagnetic disks of the resonator chain are made in the form of diaphragms with drift tubes and azimuthal coupling slots, the slots in the diaphragms are rotated an angle π is radian with respect to the slots in the ferromagnetic disks, between the output section and the adjacent section there is a ferromagnetic disk with a drift tube on the axis, a non-magnetic insert between them and the ferromagnetic disk of the resonator chain of the output section is made in the form of a ring into which ring-shaped absorbers are soldered , the internal diameter of the absorbers d _{pv is} made within the limits of d _bv ≥d _pv ≥d _tn , where d _bv is the internal diameter of the gap, d _tn is the outer diameter of the drift tube, and the height h _p relative to the height of the ring h _k in the interval

on the side of the ring-shaped absorbers, the edge of the coupling slit is blunted, non-magnetic conducting ring-shaped elements with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes are installed on the drift tubes of the ferromagnetic disks of one or two resonators of the output section following the absorbing resonator, the angle β between the middle of the azimuthal coupling slots in the ferromagnetic the disk of the chain of coupled resonators adjacent to the ring, and in the diaphragm following the disk, is set in the range α≤β≤2π-α, where α is the azimuthal angle of the solution second coupling slots on the surface of one - two ferromagnetic discs following the ferromagnetic disc, on which the drift tube is mounted non-magnetic conducting annular element applied to one - two sides of a layer of absorbent material.

4. A multi-sectional traveling-wave lamp containing an electron gun, a chain of resonators formed by ferromagnetic disks with drift tubes on the axis and azimuthal coupling slots on the periphery, non-magnetic inserts between them, at the adjacent ends of the sections of which there are absorbing resonators, an electron collector, input and output energy, characterized in that the non-magnetic inserts between the ferromagnetic disks of the resonator chain are made in the form of diaphragms with drift tubes and azimuthal coupling slots, the slots in the diaphragms are rotated π radian relative to the slots in the ferromagnetic disks, between the output section and the adjacent section there is a ferromagnetic disk with a drift tube on the axis, a non-magnetic insert between it and the ferromagnetic disk of the resonator chain of the output section is made in the form of a ring into which ring-shaped absorbers are soldered, the inner diameter of the absorbers d _{pv is} made in the range d _bv ≥d _pv ≥d _tn , where d _bv is the internal diameter of the gap, d _tn is the outer diameter of the drift tube, and the height h _p relative to the height of the ring h _to in the interval

on the side of the ring-shaped absorbers, the edge of the communication gap is blunted, on the drift pipes of the ferromagnetic disks of one or two resonators of the output section following the absorbing resonator, non-magnetic conducting ring-shaped elements with an inner diameter equal to the outer diameter of the drift tubes are installed on the surface of the ferromagnetic disk of the output section from the side opposite to adjacent to the ring, install one or two non-magnetic conductive elements, the angle β between the middle of the azimuthal coupling slots in the ferromagnet ohm disk of a chain of coupled resonators adjacent to the ring, and in the diaphragm following the disk, is set within α≤β≤2π-α, where α is the angle of the azimuthal coupling gap, on the surface of one or two ferromagnetic disks following the ferromagnetic disk , on the drift tube of which a non-magnetic conducting ring-shaped element is installed, a layer of absorbing material is applied on one or two sides.

5. A multi-sectional traveling wave lamp according to claim 3 or 4, characterized in that three ring-shaped absorbers are soldered into a ring installed between the ferromagnetic disk separating the output section of the lamp from the adjacent section and the ferromagnetic disk of the output section, the height of which is relative to the height of the ring equal to 0.26, the inner diameters of the annular absorbers in the direction of the ferromagnetic disk separating the output from the adjacent lamp section, with respect to the diameter of the ring are 0.53, 0.47 and 0.40 the distance between the annular absorb and the ferromagnetic disks adjacent to them are made equal, the layers of absorbing material are deposited on the surface of two disks following the ferromagnetic disk, on the drift tube of which a non-magnetic conducting ring-shaped element is installed, on both sides in the direction of the absorbing resonator, the attenuation introduced by these layers increases arithmetic progression.