RU2514850C1 - Travelling-wave tube - Google Patents
Travelling-wave tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU2514850C1 RU2514850C1 RU2012141081/07A RU2012141081A RU2514850C1 RU 2514850 C1 RU2514850 C1 RU 2514850C1 RU 2012141081/07 A RU2012141081/07 A RU 2012141081/07A RU 2012141081 A RU2012141081 A RU 2012141081A RU 2514850 C1 RU2514850 C1 RU 2514850C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- travelling
- wave
- vacuum
- sections
- Prior art date
Links
Landscapes
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре.The invention relates to the field of microwave technology. Lamps of a traveling wave, based on the principle of continuous long-term interaction of the electron beam with the field of a traveling electromagnetic wave in a non-resonant oscillatory system, can be used in various electronic equipment.
Уровень техникиState of the art
Развитие многоцелевой радиолокации дальней тропосферной и космической связи современных средств радиоэлектронного подавления (РЭП) информационных каналов систем управления оружием требует создания широкополосных усилителей СВЧ колебаний большой мощности свыше 100 Вт.The development of multi-purpose radar for long-range tropospheric and space communications of modern means of radio-electronic suppression (REP) of information channels of weapon control systems requires the creation of broadband amplifiers of high-frequency microwave oscillations of more than 100 watts.
Наиболее перспективными электровакуумными приборами, позволяющими создать такие усилители, являются лампы бегущей волны О - типа с продольными электрическим и магнитными полями. Благодаря распределенному по длине взаимодействию электронного потока с электромагнитным полем бегущей волны в приборах этого типа достигается значительное усиление при сравнительно небольшом токе пучка. Коэффициенты усиления при необходимости могут достигать 60 дБ и более. Применение замедляющих систем со слабо выраженными резонансными свойствами обеспечивают усиление в широкой полосе частот, достигающей двух и более октав. Мощные ЛБВ непрерывного и импульсного режимов относятся к наиболее быстро развивающейся группе СВЧ приборов. Широкая полоса усиливаемых частот наиболее просто достигается применением спиральных замедляющих систем. При переходе к средним мощностям порядка киловатт и более приходится переходить к резонаторным замедляющим системам, которые при использовании в ЛБВ всегда дают меньшую полосу усиливаемых частот (обычно не более 10%). В современных мощных ЛБВ наиболее часто применяют замедляющие системы в виде цепочек резонаторов с индуктивной связью, выполненных в виде диафрагмированного круглого волновода. Соседние резонаторы связаны между собой через щели, прорезанные в диафрагмах. Для получения предельных параметров по мощности и КПД широкое распространение также получили усилительные цепочки, состоящие из предварительного усилителя (ЛБВ) с большим коэффициентом усиления и выходной "прозрачной" ЛБВ без поглотителей с небольшим коэффициентом усиления (7-15 дБ). В «прозрачной» ЛБВ также наиболее часто используют резонаторные замедляющие системы.The most promising electrovacuum devices that make it possible to create such amplifiers are O-type traveling-wave lamps with longitudinal electric and magnetic fields. Due to the interaction of the electron beam distributed over the length with the electromagnetic field of the traveling wave in devices of this type, significant gain is achieved with a relatively small beam current. Gain factors, if necessary, can reach 60 dB or more. The use of slow-wave systems with weakly pronounced resonant properties provides amplification in a wide frequency band reaching two or more octaves. Powerful TWT continuous and pulsed modes are among the fastest growing group of microwave devices. A wide band of amplified frequencies is most easily achieved by using spiral decelerating systems. In the transition to average powers of the order of kilowatts or more, one has to switch to resonator moderating systems, which when used in TWT always give a smaller band of amplified frequencies (usually not more than 10%). In modern powerful TWTs, the most commonly used slowing systems are in the form of chains of resonators with inductive coupling made in the form of a diaphragmed circular waveguide. Neighboring resonators are interconnected through slots cut in the diaphragms. To obtain the limiting parameters in terms of power and efficiency, amplification chains consisting of a preamplifier (TWT) with a large gain and an output “transparent” TWT without absorbers with a small gain (7-15 dB) were also widely used. In a “transparent” TWT, resonator slowdown systems are also most often used.
Мощная ЛБВ обычно содержит замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов с индуктивной связью. Электронный поток создается электронной пушкой. В замедляющей системе кинетическая энергия электронов преобразуется в СВЧ энергию. Пройдя через замедляющую систему, "отработанный" электронный поток попадает в коллектор. Первый и последний резонаторы замедляющей системы служат для ввода усиливаемого СВЧ сигнала и вывода усиленного сигнала соответственно и связаны с волноводными СВЧ трактами. Герметизирующие диэлектрические перегородки отделяют вакуумированную замедляющую систему от невакуумированных СВЧ трактов. Магнитное поле, фокусирующее электронный поток, создается магнитной системой, состоящих из ряда электрических или постоянных магнитов.A powerful TWT usually contains a retardation system in the form of a chain of coupled resonators with inductive coupling. The electron stream is created by an electron gun. In a retarding system, the kinetic energy of electrons is converted to microwave energy. After passing through a slowing system, the "spent" electronic stream enters the collector. The first and last resonators of the retardation system are used to input the amplified microwave signal and output the amplified signal, respectively, and are connected with waveguide microwave paths. Sealing dielectric partitions separate the evacuated retardation system from the non-evacuated microwave paths. The magnetic field focusing the electron beam is created by a magnetic system consisting of a series of electric or permanent magnets.
Для ЛБВ с замедляющей системой в виде цепочки связанных резонаторов задача согласования последней с передающими линиями является одной из самых актуальных. Чрезвычайно сложно получить хорошее согласование замедляющей системы с передающими линиями во всей рабочей полосе. Поэтому есть опасность возникновения внутренней обратной связи из-за отражения электромагнитной волны на концах замедляющей системы, особенно на границах полосы пропускания. При этом ЛБВ может перестать выполнять свои функции и самовозбудиться. Для устранения самовозбуждения в замедляющей системе размещают либо селективные поглотители (например, из керамики марок КТ-30, АН-35Ж, ПМК, АН-МКХ), которые вносят потери в ограниченных областях полосы пропускания замедляющей системы (вблизи границ полосы), либо распределенные пленочные поглотители (например, пленка из альсифера). ЛБВ становится разделенной на отдельные секции. Причем характеристики секций можно варьировать, увеличивая, например, выходную мощность или выравнивая амплитудно-частотную характеристику ЛБВ.For TWTs with a retardation system in the form of a chain of coupled resonators, the problem of matching the latter with transmission lines is one of the most urgent. It is extremely difficult to get good retardation between the transmission system and the transmission lines in the entire working band. Therefore, there is a risk of internal feedback due to the reflection of the electromagnetic wave at the ends of the slow-wave system, especially at the borders of the passband. At the same time, TWT can stop fulfilling its functions and become self-excited. To eliminate self-excitation, either selective absorbers (for example, from ceramics of the KT-30, AN-35Zh, PMK, AN-MKH brands) are placed in the retardation system, which introduce losses in limited regions of the passband of the retardation system (near the strip boundaries), or distributed film absorbers (e.g. alsifer film). TWT becomes divided into separate sections. Moreover, the characteristics of the sections can be varied, increasing, for example, the output power or leveling the amplitude-frequency characteristic of the TWT.
Секционированные ЛБВ, в которых замедляющие системы состоят из цепочек связанных резонаторов, описаны в книге Кацмана Ю.А. "Приборы СВЧ. Теория, основы расчета и проектирования электронных приборов": Учебник для вузов по спец. "Электронные приборы". - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1983. - 368 с. и в патентах №2235384, 2290714, 2297687, 2313154, 2394303.Sectioned TWTs in which slowing down systems consist of chains of coupled resonators are described in the book by Katsman Yu.A. "Microwave devices. Theory, fundamentals of calculation and design of electronic devices": Textbook for universities on special. "Electronic devices". - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Higher. Shk., 1983.- 368 p. and in patents No. 2235384, 2290714, 2297687, 2313154, 2394303.
Мощная ЛБВ, описанная в книге Кацмана Ю.А., может рассматриваться как прототип. Она содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, герметизирующие диэлектрические перегородки, отделяющие вакуумированную замедляющую систему от невакуумированных СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде соленоида и коллектор, охлаждаемый водой. Входной резонатор замедляющей системы с винтами для подстройки согласования и выходной резонатор с согласующей диафрагмой образуют так называемые устройства согласования. В средней части замедляющей системы установлены поглотители с согласующими кольцами. В таком приборе можно получить коэффициент усиления несколько десятков дБ. Применение поглотителей существенно усложняет конструкции ЛБВ и ограничивает их рабочие полосы единицами процентов, а в миллиметровом диапазоне длин волн их применение практически не реализуемо.The powerful TWT described in the book by Katsman Yu.A. can be considered as a prototype. It contains an electron gun, a retardation system consisting of a chain of coupled resonators, sealing dielectric partitions separating the evacuated retardation system from the non-vacuum microwave paths, a focusing system in the form of a solenoid, and a collector cooled by water. The input resonator of the retarding system with screws for adjusting the matching and the output resonator with the matching diaphragm form the so-called matching devices. Absorbers with matching rings are installed in the middle part of the retarding system. In such a device, a gain of several tens of dB can be obtained. The use of absorbers significantly complicates the construction of TWTs and limits their working bands to units of percent, and in the millimeter wavelength range their use is practically not feasible.
Коэффициенты усиления «прозрачных» односекционных ЛБВ не превышают величины 15 дБ и их обычно используют в качестве выходного усилителя в усилительных цепочках. Использование в ЛБВ несколько секций без поглотителей, аналогичных «прозрачной» ЛБВ, каждая из которых «связана» по пучку и по СВЧ мощности (волноводный вывод первый секции подсоединен к входу второй секции и т.д.) позволит получить коэффициент усиления ЛБВ, равный несколько десятков дБ, сохраняя все преимущества «прозрачных» ЛБВ. Для устранения возбуждения ЛБВ между секциями требуется установить развязывающие устройства, например, ферритовые вентили или циркуляторы.The gain of the “transparent” single-section TWTs does not exceed 15 dB and they are usually used as an output amplifier in amplification chains. The use of several sections in the TWT without absorbers similar to a “transparent” TWT, each of which is “connected” by the beam and by the microwave power (the waveguide output of the first section is connected to the input of the second section, etc.) will make it possible to obtain a TWT gain of several tens of dB, while retaining all the advantages of "transparent" TWT. To eliminate TWT excitation between sections, it is necessary to install decoupling devices, for example, ferrite valves or circulators.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Актуальной проблемой является создание мощных широкополосных ЛБВ с коэффициентом усиления порядка 40-50 дБ без применения поглотителей.An urgent problem is the creation of powerful broadband TWTs with a gain of about 40-50 dB without the use of absorbers.
Указанная проблема решается следующим образом. Мощная ЛБВ содержит электронную пушку, замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов, разделенную перегородками на отдельные секции без поглотителей, которые связаны между собой отрезками волноводов, магнитную систему, коллектор. Электронный поток создается электронной пушкой. Проходя через замедляющую систему, пучок тормозится в каждой секции и передает часть энергии электромагнитному полю. Выходной резонатор каждой секции подсоединен к входному резонатору последующей секции с помощью отрезка волновода. Для устранения влияния секций друг на друга в волновод включено развязывающее устройство, например, ферритовый вентиль или циркулятор. Это устройство позволяет СВЧ мощности проходить в прямом направлении и не позволяет - в обратном. Неиспользованная часть пучка попадает в коллектор. Входной волновод первой секции и выходной волновод последней секции, связанные с замедляющей системой через щель и отделенные от СВЧ трактов герметизирующими диэлектрическими перегородками, служат для ввода усиливаемого СВЧ сигнала и вывода усиленного сигнала соответственно. Отрезки волновода между секциями также связаны с замедляющей системой через щели и служат для передачи усиленного СВЧ сигнала предыдущей секции в каждую последующую секцию, начиная со второй. Магнитное поле, фокусирующее электронный поток, создается магнитной системой, состоящей из ряда электрических или постоянных магнитов. Значительно упрощается также задача получения хорошего согласования (коэффициент стоячей волны КСВн≤1,5) в рабочей полосе замедляющей системы, которая может существенно превышать 10%.The indicated problem is solved as follows. A powerful TWT contains an electron gun that slows down the system in the form of a chain of coupled resonators, divided by partitions into separate sections without absorbers, which are interconnected by segments of waveguides, a magnetic system, and a collector. The electron stream is created by an electron gun. Passing through the retardation system, the beam is inhibited in each section and transfers part of the energy to the electromagnetic field. The output resonator of each section is connected to the input resonator of the subsequent section using a section of the waveguide. To eliminate the influence of the sections on each other, a decoupling device, for example, a ferrite valve or a circulator, is included in the waveguide. This device allows microwave power to pass in the forward direction and does not allow in the opposite direction. Unused portion of the beam enters the collector. The input waveguide of the first section and the output waveguide of the last section, connected to the slowdown system through a slit and separated from the microwave paths by sealing dielectric partitions, serve to input the amplified microwave signal and output the amplified signal, respectively. The sections of the waveguide between the sections are also connected to the decelerating system through the slots and serve to transmit the amplified microwave signal of the previous section to each subsequent section, starting from the second. The magnetic field that focuses the electron beam is created by a magnetic system consisting of a series of electric or permanent magnets. Significantly simplified is also the task of obtaining good coordination (standing wave coefficient KSVn≤1.5) in the working band of the retarding system, which can significantly exceed 10%.
Перечень фигур чертежейList of drawings
Фиг.1. Лампа бегущей волны, состоящая из нескольких секций, в которых не используются поглотители, а секции связаны между собой отрезками волновода.Figure 1. A traveling wave lamp, consisting of several sections in which absorbers are not used, and the sections are interconnected by waveguide segments.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Лампа бегущей волны, показанная на фиг.1, содержит следующие устройства:The traveling wave lamp shown in FIG. 1 contains the following devices:
- электронную пушку 1;- electronic gun 1;
- замедляющую систему в виде цепочки связанных резонаторов 2;- a retarding system in the form of a chain of coupled resonators 2;
- магнитную систему 3;- magnetic system 3;
- коллектор 4;- collector 4;
- входной волновод 5;- input waveguide 5;
- выходной волновод 6;- output waveguide 6;
- устройство развязки 7;- isolation device 7;
- входная герметизирующая диэлектрическая перегородка 8;- input sealing dielectric partition 8;
- выходная герметизирующая диэлектрическая перегородка 9.- output sealing dielectric partition 9.
Электронный поток, который создается электронной пушкой (поз.1), распространяется вдоль замедляющей системы, состоящей из нескольких секций (поз.2), и взаимодействует с продольной составляющей электрического поля усиливаемой СВЧ волны, а также с продольным фокусирующим магнитным полем, создаваемым электрическими или постоянными магнитами (поз.3). Электронный пучок в процессе взаимодействия с СВЧ волной модулируется по скорости, что приводит к модуляции потока по плотности. Благодаря взаимной связи между СВЧ полем и электронным потоком при его движении от входа замедляющей системы к выходу этот процесс усиливается, а кинетическая энергия электронов при их торможении передается полю. В результате происходит усиление входного СВЧ сигнала, подаваемого со стороны входного отрезка волновода (поз.5). Мощность на выходе первой секции через отрезки волновода и развязывающее устройство (поз.7) передается во вторую секцию, из второй секции передается в следующую и т.д. Вывод СВЧ усиленного сигнала осуществляется через выходной волновод (поз.6). "Отработанный" электронный поток попадает в коллектор-рекуператор (поз.4), где неиспользованная кинетическая энергия частично «возвращается» источнику высокого напряжения вследствие ее рекуперации, а частично уходит в тепловую энергию.The electron flux generated by the electron gun (pos. 1) propagates along a slowing down system consisting of several sections (pos. 2) and interacts with the longitudinal component of the electric field of the amplified microwave wave, as well as with the longitudinal focusing magnetic field created by electric or permanent magnets (item 3). An electron beam in the process of interaction with a microwave wave is modulated in speed, which leads to modulation of the flux in density. Due to the mutual relationship between the microwave field and the electron beam during its movement from the input of the slowing system to the output, this process is enhanced, and the kinetic energy of the electrons is transferred to the field when they are braked. As a result, the input microwave signal is amplified supplied from the input segment of the waveguide (item 5). The power at the output of the first section through the segments of the waveguide and the decoupling device (pos. 7) is transmitted to the second section, from the second section is transmitted to the next, etc. The microwave amplified signal is output through the output waveguide (item 6). The "spent" electron stream enters the collector-recuperator (item 4), where unused kinetic energy is partially "returned" to the high voltage source due to its recovery, and partially goes into thermal energy.
Наличие связи секций прибора по СВЧ сигналу сокращает длину прибора или увеличивает выходную мощность по сравнению с прототипом за счет того, что во вторую и в следующие секции входит уже промодулированный пучок. Помимо этого, упрощается возможность выравнивания амплитудно-частотной характеристики прибора, т.к. пучок не испытывает расфазировки в начале второй и последующих секций в процессе раскачки СВЧ сигнала с нулевого уровня, как это имеет место в многосекционной лампе-прототипе с развязкой по СВЧ мощности в виде поглощающих устройств.The presence of the connection of the sections of the device by microwave signal reduces the length of the device or increases the output power compared to the prototype due to the fact that the second and next sections include an already modulated beam. In addition, it simplifies the ability to equalize the amplitude-frequency characteristics of the device, because the beam does not experience misphasing at the beginning of the second and subsequent sections during the buildup of the microwave signal from the zero level, as is the case in a multi-section prototype lamp with isolation by microwave power in the form of absorbing devices.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012141081/07A RU2514850C1 (en) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Travelling-wave tube |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012141081/07A RU2514850C1 (en) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Travelling-wave tube |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012141081A RU2012141081A (en) | 2014-04-10 |
RU2514850C1 true RU2514850C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50435636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012141081/07A RU2514850C1 (en) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | Travelling-wave tube |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2514850C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2297687C1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Pin-type sectionalized slow-wave structure of traveling-wave tube |
RU2330346C1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-07-27 | Николай Владимирович Андреев | Traveling-wave tube |
RU2379783C1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-20 | Владимир Петрович Алексеев | Travelling-wave tube |
-
2012
- 2012-09-26 RU RU2012141081/07A patent/RU2514850C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2297687C1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Pin-type sectionalized slow-wave structure of traveling-wave tube |
RU2330346C1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-07-27 | Николай Владимирович Андреев | Traveling-wave tube |
RU2379783C1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-20 | Владимир Петрович Алексеев | Travelling-wave tube |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Кацман Ю.А. Приборы СВЧ. Теория, основы расчета и проектирования электронных приборов, Учебник для вузов по спец. "Электронные приборы". - 2-е изд., Мосва, Высшая Школа, 1983. с.368. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012141081A (en) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shin et al. | System design analysis of a 0.22-THz sheet-beam traveling-wave tube amplifier | |
CN111029231B (en) | Spiral line-based hybrid slow wave structure and design method thereof | |
US2880355A (en) | Backward flow travelling wave oscillators | |
US2970242A (en) | High frequency electron tube apparatus | |
RU2379783C1 (en) | Travelling-wave tube | |
CN103311076A (en) | Traveling-wave regenerative-feedback oscillation system | |
RU2330346C1 (en) | Traveling-wave tube | |
RU2516874C1 (en) | Travelling-wave tube | |
RU2705563C1 (en) | Input/output round-to-rectangular waveguide of microwave energy | |
Prokofiev et al. | A simple pillbox-type mixed-mode window for high power microwave devices | |
US3123735A (en) | Broadband crossed-field amplifier with slow wave structure | |
RU2514850C1 (en) | Travelling-wave tube | |
WO2023273906A1 (en) | Slow wave circuit, electromagnetic wave processing method, and related device | |
US5162747A (en) | Velocity modulation microwave amplifier with multiple band interaction structures | |
RU2488187C2 (en) | Travelling-wave tube | |
US5162697A (en) | Traveling wave tube with gain flattening slow wave structure | |
RU2494490C2 (en) | Travelling wave tube | |
GB1580463A (en) | Lossless travelling wave tube | |
US3192430A (en) | Microwave amplifier for electromagnetic wave energy incorporating a fast and slow wave traveling wave resonator | |
RU2484578C1 (en) | Method of matching delay-line structure of travelling-wave tube with waveguides | |
US4742271A (en) | Radial-gain/axial-gain crossed-field amplifier (radaxtron) | |
RU2612028C1 (en) | Electrovacuum microwave device | |
US3293563A (en) | Microwave power source including plural wave-beam interaction circuits with a plurality of feedback circuit means including a common resonant cavity | |
RU2723439C9 (en) | Klystron | |
Singh et al. | Analysis of a vane-loaded gyro-TWT for the gain-frequency response |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140927 |