RU2396646C1 - Slow-wave structure of plug-in type for lamp of travelling wave of millimetre range of wave lengths - Google Patents
Slow-wave structure of plug-in type for lamp of travelling wave of millimetre range of wave lengths Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396646C1 RU2396646C1 RU2009117937/09A RU2009117937A RU2396646C1 RU 2396646 C1 RU2396646 C1 RU 2396646C1 RU 2009117937/09 A RU2009117937/09 A RU 2009117937/09A RU 2009117937 A RU2009117937 A RU 2009117937A RU 2396646 C1 RU2396646 C1 RU 2396646C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- pin
- pins
- wave
- comb
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронной техники, а именно к замедляющим системам (ЗС) штыревого типа для ламп бегущей волны (ЛБВ) непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн.The invention relates to the field of electronic technology, namely to pin type retarding systems (ZS) for traveling wave tubes (TWT) of continuous and pulsed action of the millimeter wavelength range.
В сантиметровом диапазоне при конструировании ЛБВ обычно используются либо ЗС типа «диафрагмированный волновод», либо ЗС штыревого типа.In the centimeter range, when designing TWTs, either a “diaphragmed waveguide” type ZS or a pin type type ZS are usually used.
Известна замедляющая система штыревого типа для ЛБВ сантиметрового диапазона длин волн (прототип изобретения), содержащая круглый волновод, в котором размещены два ряда чередующихся вдоль продольной оси волновода штырей, в каждом из рядов штыри расположены перпендикулярно продольной оси волновода и параллельно друг другу и соединены первыми однонаправленными концами с волноводом, образуя штыревую гребенку, на вторых однонаправленных концах штырей установлены пролетные трубы, в которых выполнены расположенные соосно продольной оси волновода сквозные отверстия, образующие пролетные каналы, при этом штыри второй гребенки расположены под углом от 0° до 180° относительно штырей первой гребенки (что позволяет оперативно подбирать требуемую дисперсионную характеристику) и смещены относительно нее вдоль продольной оси волновода на шаг замедляющей системы [1]. Конструктивно замедляющая система выполнена в виде нескольких последовательно соединенных с помощью пайки ячеек, каждая из которых содержит отрезок круглого волновода, внутри которого размещен штырь с пролетной трубой. Каждую ячейку выполняют либо цельнометаллической (когда отрезок круглого волновода, штырь и пролетная труба выполнены как единый металлический элемент), либо в каждой ячейке штыри соединяют с пролетными трубами и с волноводными отрезками с помощью пайки. При сборках и пайках элементов ЗС разброс их допусков не оказывает существенного влияния на параметры ЗС и параметры ЛБВ сантиметрового диапазона, так как эти допуски и неоднородности в местах паек существенно меньше длины волны. В сантиметровом диапазоне длин волн невелика геометрическая длина ЗС, так как на 20-30-и соединенных ячейках можно получить требуемые параметры ЛБВ (усиление и КПД). Однако из-за малой крутизны дисперсионной характеристики ЛБВ существует вероятность паразитного возбуждения ЛБВ на π- и 2π-видах колебаний.A known pin type retarding system for TWTs of the centimeter wavelength range (prototype of the invention), comprising a circular waveguide in which two rows of pins alternating along the longitudinal axis of the waveguide are placed, in each of the rows the pins are perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide and parallel to each other and connected by the first unidirectional ends with a waveguide, forming a pin comb, span tubes are installed on the second unidirectional ends of the pins, in which are made coaxially aligned with the longitudinal axis in the main duct through the holes forming the passage channels, while the pins of the second comb are located at an angle from 0 ° to 180 ° relative to the pins of the first comb (which allows you to quickly select the required dispersion characteristic) and are shifted relative to it along the longitudinal axis of the waveguide by a step of the slowing system [1] . Structurally, the retarding system is made in the form of several cells connected in series by soldering, each of which contains a segment of a circular waveguide, inside of which there is a pin with a span tube. Each cell is either made all-metal (when a segment of a circular waveguide, a pin and a span tube are made as a single metal element), or in each cell the pins are connected to span tubes and to waveguide segments by soldering. When assembling and soldering the elements of the GC, the spread of their tolerances does not significantly affect the parameters of the GC and the TWT parameters of the centimeter range, since these tolerances and inhomogeneities in the areas of the rations are significantly less than the wavelength. In the centimeter wavelength range, the geometrical length of the CS is small, since the required TWT parameters (gain and efficiency) can be obtained on 20-30 connected cells. However, due to the small steepness of the dispersion characteristic of the TWT, there is the possibility of parasitic excitation of the TWT on the π and 2π modes.
При переходе в миллиметровый диапазон длин волн существенно уменьшаются размеры всех элементов ЗС, при этом из-за резкого уменьшения параметра Пирса увеличивается в 3-4 раза геометрическая длина ЗС. Изготовить ЗС миллиметрового диапазона с пролетными трубами практически не представляется возможным. Изготовить отрезки волновода идентичными друг другу также весьма проблематично. При сборке ЗС из большого числа отдельных отрезков круглого волновода неоднородности, возникающие при пайке (наплывы припоя на стыках, непропаи, разброс размеров отдельных штырей), сравнимы с длиной волны, особенно в коротковолновой части миллиметрового диапазона. Это приводит к ухудшению параметров ЗС как из-за возрастания СВЧ-потерь, так и из-за ухудшения возможности согласования ЗС с выводами энергии и, следовательно, может приводить к возбуждению ЛБВ. Поэтому замедляющие системы для ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн необходимо выполнять таким образом, чтобы они имели минимальное количество паяных швов и состояли из конструктивно простых элементов, которые можно изготовить идентичными друг другу с высокой точностью и высокой чистотой обработки поверхностей без применения при этом дорогостоящего высокоточного оборудования. Кроме того, для обеспечения эффективного взаимодействия электронного пучка с СВЧ-полем в ЗС для ЛБВ миллиметрового диапазона она должна иметь более крутую дисперсионную характеристику, чем ЛБВ сантиметрового диапазона. Увеличение крутизны дисперсионной характеристики приводит к увеличению сопротивления связи ЗС (которое будет значительно выше, чем у ЗС ЛБВ сантиметрового диапазона), что позволяет выполнять ЗС для ЛБВ миллиметрового диапазона без пролетных труб, что в свою очередь позволяет существенно упростить конструкцию ЗС и способ ее изготовления. Однако несмотря на увеличение крутизны дисперсионной характеристики ЛБВ (а следовательно, увеличение сопротивления связи ЗС) в ЛБВ миллиметрового диапазона остается вероятность паразитного возбуждения на π- и 2π-видах колебаний.Upon transition to the millimeter wavelength range, the dimensions of all the elements of the ZS significantly decrease, while due to the sharp decrease in the Pierce parameter, the geometrical length of the ZS increases by 3-4 times. It is practically not possible to produce millimeter-wave ZS with span pipes. To make segments of the waveguide identical to each other is also very problematic. When assembling a ZS from a large number of individual segments of a circular waveguide, the inhomogeneities that arise during soldering (solder swells at the joints, non-solders, and the scatter of the sizes of individual pins) are comparable with the wavelength, especially in the short-wavelength part of the millimeter range. This leads to a deterioration in the parameters of the GL, both due to an increase in microwave losses, and because of a deterioration in the possibility of matching the GL with energy conclusions and, therefore, can lead to excitation of the TWT. Therefore, slowdown systems for TWTs of the millimeter wavelength range must be performed in such a way that they have a minimum number of soldered joints and consist of structurally simple elements that can be made identical to each other with high accuracy and high surface finish without the use of expensive high-precision equipment. In addition, to ensure effective interaction of the electron beam with the microwave field in the CS for the TWT of the millimeter range, it should have a steeper dispersion characteristic than the TWT of the centimeter range. An increase in the steepness of the dispersion characteristic leads to an increase in the coupling resistance of the ZS (which will be significantly higher than that of the ZS TWTs of the centimeter range), which makes it possible to perform the ZS for the TWTs of the millimeter range without span pipes, which in turn makes it possible to significantly simplify the design of the ZS and the method of its manufacture. However, despite the increase in the steepness of the dispersion characteristic of the TWT (and, consequently, the increase in the coupling resistance of the ZS) in the TWT of the millimeter range, the probability of spurious excitation in the π and 2π modes of vibration remains.
Задачей изобретения является создание компактной, простой по конструкции и высокотехнологичной в изготовлении замедляющей системы штыревого типа для ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн, имеющей положительную дисперсию с большой крутизной дисперсионной характеристики и обладающей устойчивостью к самовозбуждению ЛБВ на π- и 2π-видах колебаний.The objective of the invention is to provide a compact, simple in design and high-tech in the manufacture of a retardation system of the pin type for TWTs of the millimeter wavelength range, having positive dispersion with a large slope of the dispersion characteristic and having resistance to self-excitation of TWTs on π- and 2π-modes.
Предлагается замедляющая система штыревого типа для лампы бегущей волны, содержащая волновод, в котором размещены два ряда чередующихся вдоль продольной оси волновода штырей с пролетными каналами, в каждом из рядов штыри расположены перпендикулярно продольной оси волновода и параллельно друг другу и примыкают первыми однонаправленными концами к волноводу, образуя штыревую гребенку, причем штыри второй штыревой гребенки расположены под углом относительно штырей первой штыревой гребенки и смещены относительно нее вдоль продольной оси волновода на шаг замедляющей системы, при этом волновод замедляющей системы выполнен с квадратным внутренним поперечным сечением, штыри первой штыревой гребенки расположены перпендикулярно внутренней поверхности первой стенки волновода, к которой они примыкают первыми однонаправленными концами, и размещены равноудаленно относительно внутренних поверхностей противолежащих друг другу второй и четвертой стенок волновода, штыри второй штыревой гребенки расположены перпендикулярно штырям первой штыревой гребенки и внутренней поверхности второй стенки волновода, к которой они примыкают первыми однонаправленными концами, и размещены равноудаленно относительно внутренних поверхностей противолежащих друг другу первой и третьей стенок волновода, в плоскости поперечного сечения волновода вторые однонаправленные концы первой и второй штыревых гребенок перекрывают друг друга, и в них выполнены расположенные соосно продольной оси волновода сквозные отверстия, образующие пролетные каналы, при этом третья и четвертая стенки волновода с внутренней стороны снабжены первым и вторым прямоугольными выступами, расположенными напротив торцевых граней штырей соответственно первой и второй штыревых гребенок, причем первый прямоугольный выступ расположен равноудаленно относительно внутренних поверхностей второй и четвертой стенок волновода, а второй прямоугольный выступ расположен равноудаленно относительно внутренних поверхностей первой и третьей стенок волновода, первый и второй прямоугольные выступы имеют длину, равную длине волновода, при этом ширина k и высота h каждого прямоугольного выступа выбраны из следующих условий:A retardation pin type system for a traveling wave lamp is proposed, comprising a waveguide in which two rows of pins alternating along the longitudinal axis of the waveguide are arranged with span channels, in each row the pins are perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide and parallel to each other and adjoin the first unidirectional ends to the waveguide, forming a pin comb, and the pins of the second pin comb are located at an angle relative to the pins of the first pin comb and are displaced relative to it along the longitudinal axis the waveguide per retardation system step, the retardation system waveguide having a square internal cross-section, the pins of the first pin comb are perpendicular to the inner surface of the first waveguide wall, to which they are adjacent by their first unidirectional ends, and are placed equally spaced relative to the inner surfaces of the second and fourth opposite to each other the walls of the waveguide, the pins of the second pin comb are perpendicular to the pins of the first pin comb and the inner turn of the second wall of the waveguide, to which they are adjacent by the first unidirectional ends, and placed equidistant relative to the inner surfaces of the opposing first and third walls of the waveguide, in the plane of the transverse section of the waveguide, the second unidirectional ends of the first and second pin combs overlap each other, and located through holes parallel to the longitudinal axis of the waveguide, forming passage channels, while the third and fourth walls of the waveguide are provided on the inside with the second and second rectangular protrusions located opposite the end faces of the pins of the first and second pin combs, respectively, the first rectangular protrusion located equidistant relative to the inner surfaces of the second and fourth walls of the waveguide, and the second rectangular protrusion located equidistant from the inner surfaces of the first and third walls of the waveguide, the first and the second rectangular protrusions have a length equal to the length of the waveguide, with the width k and the height h of each rectangular protrusion selected us of the following conditions:
0,75 в≤k≤0,95 в,0.75 in≤k≤0.95 in,
0,50 с≤h≤0,65 с,0.50 s≤h≤0.65 s,
где в - ширина штыря;where in is the width of the pin;
с - расстояние от торцевых граней штырей первой и второй штыревых гребенок до внутренних поверхностей противолежащих им соответственно третьей и четвертой стенок волновода, причем с=а-d;c is the distance from the end faces of the pins of the first and second pin combs to the inner surfaces of the third and fourth walls of the waveguide opposite them, respectively, with c = a-d;
а - ширина стенки волновода с квадратным внутренним поперечным сечением;a is the width of the wall of the waveguide with a square internal cross section;
d - высота штыря.d is the height of the pin.
В предлагаемом изобретении волновод замедляющей системы продольно рассечен на четыре части одинаковой длины, равной длине волновода, которые последовательно установлены вокруг продольной оси волновода и соединены с помощью пайки по плоскостям рассечения волновода, при этом первая и третья части волновода с примыкающими к ним соответственно первым и вторым рядами штырей образуют соответственно первую и вторую штыревые гребенки, а расположенные между первой и третьей частями волновода вторая и снабженная первым и вторым прямоугольными выступами четвертая части волновода образуют соответственно первый и второй опорные элементы.In the present invention, the waveguide of the deceleration system is longitudinally dissected into four parts of equal length equal to the length of the waveguide, which are sequentially installed around the longitudinal axis of the waveguide and are connected by soldering along the dissection planes of the waveguide, with the first and third parts of the waveguide adjacent to them, respectively, the first and second rows of pins form respectively the first and second pin combs, and the second and second rectangular ones located between the first and third parts of the waveguide and protrusions the fourth parts of the waveguide form respectively the first and second support elements.
В предлагаемом изобретении поверхности сопряжения соединяемых частей волновода замедляющей системы имеют ступенчатую форму.In the present invention, the mating surfaces of the connected parts of the waveguide of the retarding system are stepped.
В предлагаемом изобретении внешняя поверхность волновода замедляющей системы имеет цилиндрическую форму.In the present invention, the outer surface of the waveguide of the retarding system has a cylindrical shape.
В предлагаемом изобретении волновод замедляющей системы размещен в металлической цилиндрической трубке, образующей вакуумную оболочку.In the present invention, the waveguide of the retardation system is placed in a metal cylindrical tube forming a vacuum shell.
В предлагаемом изобретении штыревые гребенки и опорные элементы замедляющей системы выполнены, как это изображено на фиг.4.In the present invention, the pin combs and supporting elements of the retarding system are made, as shown in figure 4.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение устойчивости ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн к паразитному самовозбуждению на π- и 2π-видах колебаний при одновременном снижении габаритов и упрощении конструкции ее замедляющей системы. Изобретение позволяет создать малогабаритную, простую в изготовлении, технологичную и имеющую минимальные СВЧ-потери, надежную в эксплуатации конструкцию замедляющей системы штыревого типа для ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн.The technical result of the invention is to increase the stability of the TWT of the millimeter wavelength range to parasitic self-excitation on π- and 2π-types of vibrations while reducing dimensions and simplifying the design of its retarding system. The invention allows to create a small-sized, easy-to-manufacture, technologically advanced and having minimal microwave losses, reliable in operation design of a retardation system of a pin type for TWT millimeter wavelength range.
Использованный в предлагаемой замедляющей системе штыревого типа волновод с квадратным внутренним поперечным сечением, так же как круглый волновод ЗС-прототипа, обеспечивает симметрию СВЧ-полей в ЗС и позволяет использовать для магнитной фокусировки электронного пучка магнитные периодические фокусирующие системы (МПФС). Изготовить ЗС из отдельных элементов на основе волновода с квадратным внутренним поперечным сечением гораздо проще, чем ЗС на основе круглого волновода. В предлагаемой ЗС штыри гребенок выполнены без пролетных труб, что значительно упрощает конструкцию ЗС и технологию ее изготовления, при этом пролетные каналы выполнены непосредственно в штырях гребенок на их вторых однонаправленных концах, то есть на свободных концах чередующихся штырей, перекрывающих друг друга (в плоскости поперечного сечения волновода) для создания заданной конфигурации СВЧ-поля в ЗС, необходимой для эффективного взаимодействия СВЧ-поля с электронным пучком.The waveguide with a square internal cross section used in the proposed pin type retarding system, like the circular waveguide of a prototype ZS, ensures the symmetry of microwave fields in the prototype and allows the use of magnetic periodic focusing systems (MPFS) for magnetic focusing of an electron beam. It is much simpler to fabricate a ZS from individual elements based on a waveguide with a square internal cross section than an ZS based on a circular waveguide. In the proposed ZS, the pins of the combs are made without span pipes, which greatly simplifies the design of the ZS and the technology of its manufacture, while the span channels are made directly in the pins of the combs at their second unidirectional ends, that is, at the free ends of the alternating pins overlapping each other (in the plane of the transverse section of the waveguide) to create a given configuration of the microwave field in the GL, necessary for the effective interaction of the microwave field with the electron beam.
Выполнение в смежных третьей и четвертой стенках квадратного волновода двух протяженных по всей длине волновода ЗС прямоугольных выступов, первый из которых расположен напротив торцевых граней штырей первой гребенки, а второй выступ расположен напротив торцевых граней штырей второй гребенки, приводит к тому, что на протяжении длины ЗС каждый выступ поочередно оказывается то напротив торцевой грани штыря одной гребенки, то напротив боковой грани штыря другой гребенки. Введение в волновод ЗС двух прямоугольных выступов позволяет сдвигать π- и 2π-виды колебаний при сохранении без изменений рабочего диапазона длин волн ЗС ЛБВ, что снижает вероятность самовозбуждения ЛБВ на этих видах колебаний.The execution in the adjacent third and fourth walls of the square waveguide of two rectangular protrusions extended along the entire length of the CS waveguide, the first of which is located opposite the end faces of the pins of the first comb, and the second protrusion is located opposite the end faces of the pins of the second comb, each protrusion alternately turns out to be opposite the end face of the pin of one comb, then opposite the side face of the pin of the other comb. The introduction of two rectangular protrusions into the waveguide of the ZS waveguide allows shifting the π- and 2π-types of vibrations while maintaining the working range of the wavelengths of the TWTs, which reduces the probability of self-excitation of the TWTs in these types of vibrations.
В предлагаемой ЗС ширина а волновода с квадратным внутренним поперечным сечением, высота d, ширина в и толщина t штыря каждой гребенки, а также расстояние с от торцевых граней штырей каждой гребенки до поверхности противолежащей им стенки волновода (где с=а-d) являются заданными величинами для выбранной ЗС, которые определяются (подбираются экспериментально или рассчитываются) в зависимости от значений центральной и крайних частот требуемого рабочего диапазона ЗС ЛБВ.In the proposed GL, the width a of the waveguide with a square internal cross section, height d, width b and thickness t of the pin of each comb, as well as the distance c from the end faces of the pins of each comb to the surface of the opposite waveguide wall (where c = a-d) are given values for the selected ZS, which are determined (selected experimentally or calculated) depending on the values of the central and extreme frequencies of the required operating range of the TWT ZS.
Зазоры шириной l (где l=с-h) между торцевыми гранями штырей гребенок и противолежащими им выступами образуют емкости, подбирая величину которых, можно оперативно заданным образом менять дисперсионную характеристику ЗС ЛБВ в областях π- и 2π-видов колебаний ЗС, оставляя при этом без изменений дисперсионную характеристику в рабочем диапазоне длин волн.Gaps of width l (where l = c-h) between the end faces of the comb pins and the protrusions opposite to them form containers, selecting the value of which, the dispersion characteristic of the TWT ZS in the regions of π- and 2π-types of oscillation of the ZS can be changed in an operatively specified way, while leaving unchanged dispersion characteristic in the operating wavelength range.
Ширину k и высоту выступа h каждого выступа выбирают из следующих условий:The width k and the height of the protrusion h of each protrusion is selected from the following conditions:
0,75 в≤k≤0,95 в,0.75 in≤k≤0.95 in,
0,50 с≤h≤0,65 с,0.50 s≤h≤0.65 s,
где в - ширина штыря; с - расстояние от торцевых граней штырей первой и второй гребенок до внутренних поверхностей противолежащих им соответственно третьей и четвертой стенок волновода, причем с=а-d.where in is the width of the pin; c is the distance from the end faces of the pins of the first and second combs to the inner surfaces of the third and fourth walls of the waveguide opposite them, respectively, with c = a-d.
Выполнение указанных условий позволяет изменять дисперсионную характеристику ЗС таким образом, что дисперсионная характеристика изменяется только в областях π- и 2π-видов колебаний (при этом в области 2π-вида колебаний дисперсионная характеристика смещается в длинноволновую сторону, в области π-вида колебаний дисперсионная характеристика смещается в коротковолновую сторону), а в области рабочего диапазона длин волн дисперсионная характеристика остается практически неизменной. Это позволяет увеличить отстройку напряжения самовозбуждения ЛБВ от рабочего напряжения и, таким образом, предотвратить самовозбуждения ЛБВ.Fulfillment of these conditions allows you to change the dispersion characteristic of the CS in such a way that the dispersion characteristic changes only in the regions of π- and 2π-modes of vibration (in this case, in the region of 2π-type of oscillations, the dispersion characteristic shifts to the longer wavelength direction, in the region of the π-type of oscillations, the dispersion characteristic shifts in the short-wave direction), and in the region of the working wavelength range, the dispersion characteristic remains almost unchanged. This allows you to increase the detuning voltage of the self-excitation of the TWT from the operating voltage and, thus, prevent the self-excitation of the TWT.
Если выбрать k<0,75 в и/или h<0,50 с, то емкость зазора между обращенными друг к другу торцевыми гранями штыря и выступа мала, сдвиг дисперсионной характеристики в областях π- и 2π-видов колебаний ЗС мал и недостаточен для предотвращения возможного паразитного самовозбуждения ЛБВ.If k <0.75 V and / or h <0.50 s, then the gap capacity between the end faces of the pin and the protrusion facing each other is small, the shift of the dispersion characteristic in the regions of π- and 2π-types of vibrations of the CS is small and insufficient for prevent possible parasitic self-excitation of TWT.
Если выбрать k>0,95 в и/или h>0,65 с, то между торцевыми гранями штыря и выступа (особенно на их острых углах) возможно возникновение СВЧ-пробоев. Кроме того, при этом условии увеличивается величина емкости между обращенными друг к другу торцевыми гранями штыря и выступа, что приводит к изменению формы и крутизны дисперсионной характеристики ЗС (что ухудшает параметры ЛБВ), а также к сдвигу дисперсионной характеристики ЗС в длинноволновую сторону (то есть к выходу за пределы рабочего диапазона длин волн).If you choose k> 0.95 in and / or h> 0.65 s, then microwave breakdowns may occur between the end faces of the pin and the protrusion (especially at their sharp angles). In addition, under this condition, the capacitance between the end faces of the pin and protrusion facing each other increases, which leads to a change in the shape and steepness of the dispersion characteristic of the ZS (which worsens the TWT parameters), as well as to a shift in the dispersion characteristic of the ZS to the long-wave side (i.e. to go beyond the operating wavelength range).
В предлагаемом изобретении волновод ЗС выполнен в виде четырех составных частей одинаковой длины, равной длине волновода, последовательно установленных вокруг продольной оси волновода и соединенных друг с другом с помощью пайки (например, диффузионной пайки). Это позволяет получить конструкцию ЗС в виде паяного узла, состоящего всего из четырех деталей: первая часть волновода с примыкающими к ней штырями образует первую деталь ЗС (первую штыревую гребенку), вторая часть волновода с примыкающими к ней штырями образует вторую деталь ЗС (вторую штыревую гребенку), а расположенные между ними третья часть волновода и снабженная первым и вторым прямоугольными выступами четвертая часть волновода образуют соответственно третью деталь ЗС (первый опорный элемент) и четвертую деталь ЗС (второй опорный элемент). Такое выполнение ЗС позволяет получить конструкцию с малыми размерами, с минимальным числом паяных швов (то есть с малым числом неоднородностей) и надежным электрическим контактом в месте соединения деталей, а следовательно, с малыми СВЧ-потерями, что в совокупности обеспечивает создание компактной и надежной в эксплуатации ЗС ЛБВ.In the present invention, the waveguide ZS is made in the form of four components of the same length equal to the length of the waveguide, sequentially installed around the longitudinal axis of the waveguide and connected to each other by soldering (for example, diffusion soldering). This allows you to get the design of the ZS in the form of a soldered node, consisting of only four parts: the first part of the waveguide with the pins adjacent to it forms the first part of the ZS (the first pin comb), the second part of the waveguide with the pins adjacent to it forms the second part of the ZS (second pin comb ), and the third part of the waveguide located between them and provided with the first and second rectangular protrusions, the fourth part of the waveguide respectively form the third part of the ЗС (first supporting element) and the fourth part of ЗС (second supporting e element). This embodiment of the ZS allows you to get a design with small dimensions, with a minimum number of soldered seams (that is, with a small number of inhomogeneities) and reliable electrical contact at the junction of parts, and therefore, with low microwave losses, which together ensures a compact and reliable operation of AP TWT.
Выполнение ЗС в виде паяного узла, состоящего из четырех деталей (двух штыревых гребенок и двух опорных элементов), каждый из которых имеет только открытые поверхности, обеспечивает ряд преимуществ такой конструкции ЗС:The implementation of the AP in the form of a soldered assembly consisting of four parts (two pin combs and two supporting elements), each of which has only open surfaces, provides a number of advantages of this design of the AP:
- простоту и технологичность изготовления деталей ЗС, например, с помощью электроискровой обработки;- the simplicity and manufacturability of the manufacture of parts of ZS, for example, using electrospark processing;
- возможность использования диффузионной пайки за счет предварительного нанесения гальваническим путем металлических покрытий на соединяемые детали;- the possibility of using diffusion soldering due to preliminary galvanic coating of metal coatings on the connected parts;
- простоту сборки и пайки узла с использованием конструктивно простых оправок.- ease of assembly and soldering of the assembly using structurally simple mandrels.
В предлагаемой ЗС поверхности сопряжения соединяемых частей волновода (соединяемых деталей ЗС) имеют ступенчатую форму. Ступени служат для взаимной фиксации деталей при сборке, при этом высота ступеней сопрягаемых поверхностей всех соединяемых деталей обеспечивает заданные размеры штыревых гребенок.In the proposed ZS, the interface surfaces of the connected parts of the waveguide (the connected parts of the ZS) are stepped. The steps serve for the mutual fixation of the parts during assembly, while the height of the steps of the mating surfaces of all the parts to be connected provides the specified dimensions of the pin combs.
В случае изготовления ЗС для ЛБВ длинноволновой части миллиметрового диапазона длин волн из-за относительно больших размеров соединяемых элементов ЗС с помощью диффузионной пайки можно обеспечить получение вакуумноплотных швов, и такой ЗС дополнительная вакуумная оболочка не требуется. В случае изготовления ЗС для ЛБВ коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн из-за малых размеров соединяемых элементов ЗС затруднительно получить вакуумноплотное соединение этих элементов только за счет диффузионной пайки. В этом случае спаянный с помощью диффузионной пайки узел помещают в металлическую цилиндрическую трубку, которая образует вакуумную оболочку ЗС ЛБВ, при этом для обеспечения теплового контакта внешняя поверхность спаянного узла должна соприкасаться с внутренней поверхностью металлической цилиндрической трубки.In the case of fabrication of ZS for the TWT of the long-wavelength part of the millimeter wavelength range due to the relatively large sizes of the connected elements of the ZS using diffusion soldering, vacuum tight joints can be obtained, and such an ZS does not require an additional vacuum shell. In the case of fabrication of ZS for the TWT of the short-wavelength part of the millimeter wavelength range due to the small size of the connected elements of the ZS, it is difficult to obtain a vacuum-tight connection of these elements only due to diffusion soldering. In this case, the assembly soldered by diffusion soldering is placed in a metal cylindrical tube, which forms the vacuum shell of the TWT LS, while in order to ensure thermal contact, the outer surface of the welded assembly must be in contact with the inner surface of the metal cylindrical tube.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена предлагаемая ЗС (продольное и поперечное сечения) ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн.Figure 1 shows the proposed ZS (longitudinal and cross sections) TWT millimeter wavelength range.
На фиг.2 показаны дисперсионные характеристики предлагаемой ЗС с выступами разных геометрических размеров, а также дисперсионная характеристика ЗС без выступов.Figure 2 shows the dispersion characteristics of the proposed LC with protrusions of different geometric sizes, as well as the dispersion characteristic of the CS without protrusions.
На фиг.3 показаны детали предлагаемой ЗС для одного из возможных вариантов ее конструктивного выполнения.Figure 3 shows the details of the proposed AP for one of the possible options for its constructive implementation.
На фиг.4 показана предлагаемая ЗС, выполненная из деталей, показанных на фиг.3.In Fig.4 shows the proposed AP made of the parts shown in Fig.3.
Предлагаемая ЗС ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн, показанная на фиг.1, содержит волновод 1, выполненный с квадратным внутренним поперечным сечением, к первой стенке 2 которого примыкают штыри 3 первой гребенки, ко второй стенке 4 (сопряженной с первой стенкой 2) волновода примыкают штыри 5 второй гребенки, причем штыри 5 второй штыревой гребенки расположены перпендикулярно штырям 3 первой гребенки и смещены относительно нее вдоль продольной оси волновода 1 на шаг замедляющей системы L. В свободных концах штырей 3 и 5 первой и второй гребенок (которые в плоскости поперечного сечения волновода перекрывают друг друга) выполнены расположенные соосно продольной оси волновода 1 сквозные отверстия 6, образующие пролетные каналы ЗС. Третья стенка 7 волновода 1, расположенная параллельно его первой стенке 2, снабжена первым прямоугольным выступом 8, имеющим длину, равную длине волновода 1, и расположенным напротив торцевых граней штырей 3 первой гребенки, а четвертая стенка 9 волновода 1, расположенная параллельно его второй стенке 4, снабжена вторым прямоугольным выступом 10, имеющим длину, равную длине волновода 1, и расположенным напротив торцевых граней штырей 5 второй гребенки.The proposed TWT LC of the millimeter wavelength range shown in Fig. 1 contains a
На фиг.1 указаны следующие размеры волновода 1, штырей 3, 5 и выступов 8 и 10:Figure 1 shows the following dimensions of the
а - ширина стенки волновода с квадратным внутренним поперечным сечением;a is the width of the wall of the waveguide with a square internal cross section;
L - шаг замедляющей системы;L is the step of the retarding system;
в - ширина штыря;in - the width of the pin;
d - высота штыря;d is the height of the pin;
t - толщина штыря;t is the thickness of the pin;
k - ширина прямоугольного выступа;k is the width of the rectangular protrusion;
h - высота прямоугольного выступа;h is the height of the rectangular protrusion;
с - расстояние от торцевых граней штырей первой и второй гребенок до внутренних поверхностей противолежащих им соответственно третьей и четвертой стенок волновода, причем с=а-d.c is the distance from the end faces of the pins of the first and second combs to the inner surfaces of the third and fourth walls of the waveguide opposite them, respectively, with c = a-d.
В изображенной на фиг.1 замедляющей системе размеры k и h выбраны согласно предлагаемому изобретению из условий:In the depressing system shown in FIG. 1, the dimensions k and h are selected according to the invention from the conditions:
0,75 в≤k≤0,95 в,0.75 in≤k≤0.95 in,
0,50 с≤h≤0,65 с.0.50 s≤h≤0.65 s.
На фиг.2 показаны дисперсионные характеристики предлагаемой в изобретении конструкции ЗС с выступами разных геометрических размеров и дисперсионная характеристика ЗС аналогичной конструкции без выступов, где по оси Х указаны длина волны λ в мм и рабочий диапазон длин волн ЛБВ Δλраб, а по оси Y указан коэффициент замедления m в безразмерных величинах, при этом m=с/vф, где с - скорость света, vф - фазовая скорость СВЧ-волны в ЗС. Линии φ=π и φ=2π являются линиями сдвига фаз и ограничивают верхнюю и нижнюю границу дисперсионной характеристики.Figure 2 shows the dispersion characteristics of the proposed design of the ZS with protrusions of different geometric sizes and the dispersion characteristic of the ZS of a similar design without protrusions, where the wavelength λ in mm and the working wavelength range of TWT Δλ slave are indicated on the X axis, and the axis Y is indicated deceleration coefficient m in dimensionless quantities, with m = c / v f , where c is the speed of light, v f is the phase velocity of the microwave wave in the global space. The lines φ = π and φ = 2π are the phase shift lines and limit the upper and lower boundaries of the dispersion characteristic.
Кривая А соответствует дисперсионной характеристике предлагаемой ЗС с выступами, размеры которых выбраны из заданных в изобретении условий.Curve A corresponds to the dispersion characteristic of the proposed LC with protrusions, the dimensions of which are selected from the conditions specified in the invention.
Кривая Б соответствует дисперсионной характеристике ЗС аналогичной конструкции, но с выступами, размеры которых выбраны из условий k<0,75 в и h<0,50 с.Curve B corresponds to the dispersion characteristic of a ZS of a similar design, but with protrusions whose dimensions are selected from conditions k <0.75 V and h <0.50 s.
Кривая В соответствует дисперсионной характеристике ЗС аналогичной конструкции, но с выступами, размеры которых выбраны из условий k>0,95 в и h>0,65 с.Curve B corresponds to the dispersion characteristic of a ZS of a similar design, but with protrusions whose dimensions are selected from conditions k> 0.95 V and h> 0.65 s.
Кривая Г соответствует дисперсионной характеристике ЗС аналогичной конструкции, но без выступов.Curve G corresponds to the dispersion characteristic of a CS of a similar design, but without protrusions.
Для устранения самовозбуждения в ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн на π- и 2π-видах колебаний необходимо выполнение следующих соотношений по замедлению в рабочей полосе и в областях π- и 2π-видов колебаний, которые определены экспериментально:To eliminate self-excitation in the TWT of the millimeter wavelength range for π- and 2π-modes of vibration, it is necessary to fulfill the following relations for deceleration in the working band and in the regions of π- and 2π-modes of vibration, which are determined experimentally:
m2π/mраб≥1,35m 2π / m slave ≥1.35
mπ/mраб≤0,80,m π / m slave ≤ 0.80,
где mраб - замедление на центральной длине волны рабочего диапазона Δλраб ЛБВ,where m slave - deceleration at the central wavelength of the working range Δλ slave TWT,
m2π - замедление на 2π-виде колебаний,m 2π - deceleration in the 2π-form of oscillations,
mπ - замедление на π-виде колебаний.m π - deceleration in the π-form of oscillations.
Из фиг.2 видно, что кривые А, Б, Г имеют близкие значения коэффициента замедления m (и близкие значения рабочих напряжений) в рабочем диапазоне Δλраб, а в областях π- и 2π-видов колебаний значения коэффициента замедления m значительно отличаются друг от друга. У кривой А наблюдается значительная разница по замедлению (а следовательно, по напряжению) в областях π- и 2π-видов колебаний по отношению к замедлению в рабочей полосе длин волн (то есть выполняются условия m2π/mраб≥1,35 и mπ/mраб≤0,80), что обеспечивает уменьшение вероятности самовозбуждения ЛБВ на π- и 2π-видах колебаний. У кривой Б эта разница по замедлению недостаточна для предотвращения самовозбуждения ЛБВ, а у кривой Г эта разница по замедлению еще меньше, поэтому в такой ЗС велика возможность самовозбуждения ЛБВ на π- и 2 π-видах колебаний. Кривая В полностью сместилась из рабочего диапазона Δλраб в длинноволновую сторону и изменила при этом свою форму, что не позволяет использовать такую ЗС в ЛБВ, в том числе в ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн.From figure 2 it can be seen that the curves A, B, D have close values of the deceleration coefficient m (and close values of operating voltages) in the working range Δλ slave , and in the regions of π- and 2π-types of oscillations the values of the deceleration coefficient m are significantly different from friend. Curve A shows a significant difference in deceleration (and therefore in voltage) in the regions of π- and 2π-types of oscillations with respect to deceleration in the working wavelength band (i.e., the conditions m 2π / m slave ≥1.35 and m π / m slave ≤ 0.80), which reduces the probability of TWT self-excitation on π- and 2π-types of oscillations. In curve B, this slowdown difference is insufficient to prevent TWT self-excitation, and in curve D this slowdown difference is even smaller, therefore, in such a GL there is a great possibility of TWT self-excitation in π- and 2 π-modes. Curve B is completely shifted from the operating range Δλ servant toward longer wavelengths and thus changed its shape, which makes use of AP in a TWT, including TWT millimeter waves.
На фиг.3 и фиг.4 показан один из возможных вариантов конструктивного выполнения предлагаемой ЗС с вакуумной оболочкой, при этом на фиг.3 показаны отдельные детали предлагаемой ЗС, а на фиг.4 показан готовый узел ЗС, собранный из деталей, показанных на фиг.3.Figure 3 and figure 4 shows one of the possible options for the structural implementation of the proposed ZS with a vacuum shell, while figure 3 shows the individual parts of the proposed ZS, and figure 4 shows the finished node ZS assembled from the parts shown in Fig. .3.
Предлагаемая ЗС состоит из четырех деталей 11-14, полученных путем продольного рассечения волновода 1 ЗС, и металлической цилиндрической трубки 15. Первая деталь 11 ЗС образует первую штыревую гребенку, которая включает в себя первую составную часть 16 волновода 1 и примыкающие к ней штыри 3. Вторая деталь 12 ЗС образует первый опорный элемент, который включает в себя вторую составную часть 17 волновода 1. Третья деталь 13 ЗС образует вторую штыревую гребенку, которая включает в себя третью составную часть 18 волновода 1 и примыкающие к ней штыри 5. Четвертая деталь 14 ЗС образует второй опорный элемент, который включает в себя четвертую составную часть 19 волновода 1, снабженную первым 8 и вторым 10 прямоугольными выступами. При этом все составные части 16, 17, 18, 19 волновода 1 в местах соединения имеют ступенчатые поверхности, по которым они сопряжены и спаяны друг с другом. Полученный спаянный узел помещен в металлическую цилиндрическую трубку 15, образующую вакуумную оболочку ЗС.The proposed ZS consists of four parts 11-14, obtained by longitudinal section of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В ЛБВ через ввод энергии в ЗС подается входная СВЧ-мощность. В ЗС распространяется бегущая волна по волноводу 1 вдоль штыревых гребенок ЗС. Электронный поток проходит внутри пролетных каналов, образованных сквозными отверстиями 6 в свободных концах штырей 3 первой штыревой гребенки и штырей 5 второй штыревой гребенки. Электрическое поле СВЧ-волны в зазорах между соседними чередующимися штырями 3 и 5 первой и второй штыревых гребенок взаимодействует с проходящим вдоль ЗС электронным потоком, усиливается за счет кинетической энергии электронного потока. Далее усиленная СВЧ-волна через вывод энергии поступает в полезную нагрузку. Эффект взаимодействия СВЧ-волны с электронным потоком осуществляется в определенной части полосы прозрачности ЗС (рабочем диапазоне Δλраб). В рабочем диапазоне ЛБВ скорость электронного потока приблизительно равна фазовой скорости СВЧ-волны, то есть выполняется условие синхронизма. Выполнение в двух смежных стенках волновода 1 ЗС прямоугольных выступов 8 и 10 изменяет соотношение между замедлением в рабочем диапазоне и замедлением на краях полосы прозрачности, при этом на π-виде колебаний замедление уменьшается, а на 2π-виде замедление увеличивается, что устраняет возможность самовозбуждения ЛБВ на π- и 2π-видах колебаний.In TWT, through the input of energy to the ES, input microwave power is supplied. A traveling wave propagates in the GL along the
Предлагаемая конструкция замедляющей системы штыревого типа применена в разработке ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн с уровнем выходной мощности 20 Вт, усилением 30 дБ, работающей интервале рабочих напряжений 16,5-18,5 кВ без возбуждения в рабочей полосе частот 1 ГГц. Элементы замедляющей системы были изготовлены методом электроискровой обработки и спаяны методом диффузионной пайки.The proposed design of the pin-type delay system is used in the development of TWTs of the millimeter wavelength range with an output power level of 20 W, a gain of 30 dB, an operating voltage range of 16.5-18.5 kV without excitation in the operating frequency band of 1 GHz. The elements of the retardation system were manufactured by the method of electrospark processing and soldered by diffusion soldering.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2263376, МПК H01J 25/34, H01J 25/38, опубл. 27.10.2005, «Замедляющая система лампы бегущей волны».1. RF patent No. 2263376, IPC H01J 25/34, H01J 25/38, publ. 10.27.2005, "The slowing down system of a traveling wave lamp."
Claims (6)
0,75 b≤k≤0,95 b,
0,50 c≤h≤0,65 с,
где b - ширина штыря;
с - расстояние от торцевых граней штырей первой и второй штыревых гребенок до внутренних поверхностей противолежащих им соответственно третьей и четвертой стенок волновода, причем c=a-d;
а - ширина стенки волновода с квадратным внутренним поперечным сечением;
d - высота штыря.1. The retardation system of the pin type for a traveling wave lamp, comprising a waveguide in which two rows of pins with span channels are located alternating along the longitudinal axis of the waveguide, in each of the rows the pins are perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide and parallel to each other and adjoin the first unidirectional ends to the waveguide forming a pin comb, the pins of the second pin comb being angled relative to the pins of the first pin comb and offset relative to it along the longitudinal axis of the waveguide and the step of the retardation system, characterized in that the waveguide of the retardation system is made with a square internal cross-section, the pins of the first pin comb are perpendicular to the inner surface of the first wall of the waveguide, to which they adjoin the first unidirectional ends, and are placed equidistant relative to the inner surfaces of the opposite second and the fourth walls of the waveguide, the pins of the second pin comb are perpendicular to the pins of the first pin comb and the inner surface the second wall of the waveguide, to which they are adjacent by the first unidirectional ends, and placed equidistant relative to the inner surfaces of the opposing first and third walls of the waveguide, in the plane of the transverse section of the waveguide, the second unidirectional ends of the first and second pin combs overlap and are made coaxially arranged the longitudinal axis of the waveguide through holes forming the passage channels, while the third and fourth walls of the waveguide on the inner side are provided with first and second rectangular protrusions located opposite the end faces of the pins of the first and second pin combs, respectively, the first rectangular protrusion located equidistant relative to the inner surfaces of the second and fourth walls of the waveguide, and the second rectangular protrusion located equidistant from the inner surfaces of the first and third walls of the waveguide, the first and the second rectangular protrusions have a length equal to the length of the waveguide, with the width k and the height h of each rectangular protrusion selected Any of the following conditions:
0.75 b≤k≤0.95 b,
0.50 s≤h≤0.65 s,
where b is the width of the pin;
c is the distance from the end faces of the pins of the first and second pin combs to the inner surfaces of the third and fourth walls of the waveguide opposite them, respectively, with c = ad;
a is the width of the wall of the waveguide with a square internal cross section;
d is the height of the pin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009117937/09A RU2396646C1 (en) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Slow-wave structure of plug-in type for lamp of travelling wave of millimetre range of wave lengths |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009117937/09A RU2396646C1 (en) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Slow-wave structure of plug-in type for lamp of travelling wave of millimetre range of wave lengths |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2396646C1 true RU2396646C1 (en) | 2010-08-10 |
Family
ID=42699183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009117937/09A RU2396646C1 (en) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Slow-wave structure of plug-in type for lamp of travelling wave of millimetre range of wave lengths |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2396646C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653573C1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-05-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Slowing system of planar type |
| RU2781157C1 (en) * | 2021-09-07 | 2022-10-06 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Delay system for a twt |
-
2009
- 2009-05-12 RU RU2009117937/09A patent/RU2396646C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653573C1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-05-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Slowing system of planar type |
| RU2781157C1 (en) * | 2021-09-07 | 2022-10-06 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Delay system for a twt |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9202660B2 (en) | Asymmetrical slow wave structures to eliminate backward wave oscillations in wideband traveling wave tubes | |
| US9386682B2 (en) | Distributed coupling and multi-frequency microwave accelerators | |
| CN106128911B (en) | A kind of rectangle slow wave line for travelling-wave tubes | |
| US10535488B2 (en) | Slow waveguide for travelling wave tube | |
| CN105489458A (en) | Planar annular microstrip slow-wave structure | |
| US4237402A (en) | Slow-wave circuit for traveling-wave tubes | |
| CN102324363A (en) | Ridge-loaded zigzag rectangular groove waveguide slow wave line | |
| RU2396646C1 (en) | Slow-wave structure of plug-in type for lamp of travelling wave of millimetre range of wave lengths | |
| CN103632905A (en) | Trapezoidal line structured slow wave line | |
| US11545329B2 (en) | THz vacuum electronic devices with micro-fabricated electromagnetic circuits | |
| US5477107A (en) | Linear-beam cavity circuits with non-resonant RF loss slabs | |
| CN110335796B (en) | Ribbon electron beam double-groove trapezoidal line coupling cavity slow wave device | |
| Goebel et al. | Efficiency enhancement in high power backward-wave oscillators | |
| CN202150438U (en) | Ridge loading curved rectangular groove waveguide slow wave line | |
| RU2714508C1 (en) | Miniature multi-beam klystron | |
| Warnecke et al. | Some recent work in France on new types of valves for the highest radio frequencies | |
| CN116110761A (en) | Folding waveguide slow wave structure and vacuum electron tube | |
| RU2705563C1 (en) | Input/output round-to-rectangular waveguide of microwave energy | |
| US3400297A (en) | Traveling-wave type electron tube utilizing interaction between beam and te20 waveguide mode | |
| US4742271A (en) | Radial-gain/axial-gain crossed-field amplifier (radaxtron) | |
| US4866343A (en) | Re-entrant double-staggered ladder circuit | |
| RU2776993C1 (en) | Traveling wave tube of the millimeter wavelength range | |
| RU2328053C2 (en) | Microwave device of o-type | |
| RU2239256C1 (en) | Multibeam klystron | |
| RU34279U1 (en) | KLYSTRON |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |