RU2597878C1

RU2597878C1 - Фазостабильная лампа бегущей волны

Info

Publication number: RU2597878C1
Application number: RU2015111060/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Геннадиевич Кудряшов; Елена Моисеевна Ильина; Борис Константинович Сивяков
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз")
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-09-20

Abstract

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

Description

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ) О-типа.

Одним из главных недостатков СВЧ приборов с длительным взаимодействием, в том числе и ЛБВ, является высокая чувствительность фазы их выходного сигнала к изменению питающих напряжений и, прежде всего, напряжения пучка. Это обусловливает жесткие требования к стабильности источников питания большинства радиоэлектронных устройств, в состав которых входит ЛБВ.

Известны конструкции ЛБВ [1], во входных секциях которых реализуются так называемые несинхронные режимы работы, находящиеся за пределами интервала значений расстройки между скоростью электронов пучка v_e и фазовой скоростью волны v_ф, соответствующего экспоненциальному усилению сигнала. При v_ф>v_e реализуется режим подавления сигнала, при v_ф<<v_e - крестатронный режим. Оба эти режима характеризуются аномальной (противоположной по знаку) зависимостью фазы выходного сигнала от напряжения пучка по отношению к поведению фазы в усилительном режиме.

При последующем взаимодействии пучка с волной в усилительной секции происходит компенсация аномальности фазовых характеристик, в результате чего фаза выходного сигнала ЛБВ при изменении напряжения пучка в некотором интервале остается практически постоянной. Однако в [1] отсутствуют сведения об оптимальности выбора параметров несинхронного участка, а все расчеты выполнены для приборов без поглощающей вставки, которая, как известно [2], существенно влияет на фазовую чувствительность ЛБВ.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является ЛБВ [3] (Пат. РФ 2046442, опубл. 20.10.1995. Бюл. №29), параметры входной секции которой на определенной длине, начиная от входа, соответствуют режиму подавления сигнала, а затем - усилительному режиму. Главным недостатком такой ЛБВ является большая критичность основных характеристик прибора к изменению параметров участка подавления сигнала. Такая критичность обусловлена тем, что амплитуда поля в режиме подавления убывает по экспоненциальному закону с большой крутизной, снижаясь, на определенной длине, до чрезвычайно малых значений (Kompfiier-dip-condition [4]). Это уменьшает процент выхода годных изделий (снижает серийнопригодность конструкции).

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в уменьшении чувствительности фазы выходного сигнала к изменению напряжения пучка, что приводит к повышению процента выхода годных изделий. Этот результат достигается тем, что во входной части ЛЕВ предлагается использовать не режим подавления сигнала, а крестатронный режим, в котором фазовая скорость волны существенно меньше скорости электронов и который намного менее критичен к параметрам секции, где он реализуется. За ним, как и в [3], должен следовать усилительный режим. На крестатронном участке создается аномальная зависимость фазы выходного сигнала от напряжения пучка (фаза с ростом напряжения убывает). На следующем за ним втором, усилительном участке реализуется обычная зависимость фазы от напряжения - с ростом него фаза возрастает. Это компенсирует убывание фазы на первом участке, в результате чего возникает интервал напряжений пучка, в котором фаза остается практически постоянной, а ее изменение близко к нулю. Назовем такую конфигурацию пространства взаимодействия секцией компенсации.

Таким образом, секция компенсации состоит из двух участков с длинами L₁, L₂ и различными фазовыми скоростями на этих участках V_ф1, V_ф2. Величины V_ф1 и L₁ определяются следующими соотношениями, полученными путем аппроксимации результатов расчета по линейной теории ЛБВ [2]:

где

- скорость электронов пучка;

е, m - заряд электрона и его масса;

U₀ - напряжение пучка;

V_ф - фазовая скорость волны;

- параметр усиления;

К - сопротивление связи замедляющей системы;

I₀ - ток пучка;

q - параметр пространственного заряда;

ω - круговая частота сигнала.

Параметры второго участка, на котором реализуется усилительный режим, определяются из условия существенного улучшения группировки электронного потока на нем. Длина второго участка L₂ определяется из условия достижения таких значений сгруппированного тока и ВЧ поля, при которых обеспечивается экспоненциальное нарастание амплитуды ВЧ поля [2]:

Фазовая скорость волны в замедляющей системе на втором участке V_ф2 выбирается из условия получения максимального значения первой гармоники тока и ориентировочно равна

Изменение фазовой скорости между первым и вторым участками может быть осуществлено как плавно, так и скачкообразно.

Выбор параметров традиционных участков ЛБВ (поглотителя, выходной секции и т.д.) ничем не отличается от приемов конструирования обычного прибора.

На фиг. 1 схематически изображены варианты конструкции пространства взаимодействия ЛБВ с крестатронным участком (1) и с участком подавления (2) на входе. Они были спроектированы путем модификации конструкции серийно выпускаемой спиральной ЛБВ УВИ-77. Длина приборов и конфигурация выходной секции их были одинаковыми, а шаги спирали в начале входной секции реализовывали вышеупомянутые несинхронные режимы работы (режим подавления или крестатронный режим), обеспечивающие малую чувствительность фазы выходного сигнала к изменению напряжения пучка.

На фиг. 2 приведена рассчитанная зависимость фазы выходного сигнала (φ) от напряжения пучка (U) для приборов с крестатронным участком (1), с участком подавления (2) и обычной ЛБВ с коэффициентом усиления G≈30 дБ (3).

На фиг. 3 представлены рассчитанные зависимости фазовой чувствительности (Δφ/ΔU) и коэффициента усиления (G) от изменения длины ΔL₁ участка режима подавления (1) и участка крестатронного режима (2)·

Из данных, приведенных на фиг. 2 и фиг. 3, следует, что при практически одинаковой и близкой к нулевой фазовой чувствительности в обоих режимах она более критична к изменению длины входного участка, если он работает в режиме подавления. Так, в ЛБВ с участком подавления изменение его длины на ±1 мм приводит к изменению фазовой чувствительности на -4 и +20 град/%, а коэффициента усиления - на 5 дБ, в то время как в ЛБВ с крестатронным участком изменение его длины меняет фазовую чувствительность всего на ±2 град/%, а коэффициент усиления - на 1 дБ.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить процент выхода годных ЛБВ за счет значительного снижения требований к точности изготовления участка несинхронного режима при реализации его в виде крестатронного участка, а не участка подавления.

Источники информации

1. Кац A.M., Кудряшов В.П., Суслин П.И. Фазовые характеристики ЛБВ в несинхронных режимах // «Электронная техника». Сер. 1. Электроника СВЧ. 1971. №5. С. 83-91.

2. Кац A.M., Кудряшов В.П., Трубецков Д.И. «Сигнал в лампах с бегущей волной. Часть I. Лампа с бегущей волной О-типа». Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1984. 144 с.

3. Пат. №2046442 РФ, МПК⁶ H0U 25/34. Лампа бегущей волны / В.П. Кудряшов, Б.К Сивяков, КБ. Яковлева. Заявл. 21.05.1992; опубл. 20.10.1995. Бюл. №29.

4. Johnson H.R. Kompfner-dip conditions. Proc. IRE. 1955. V. 43. №7. P. 874.

Claims

Лампа бегущей волны, содержащая перед основной усилительной секцией (или секциями) секцию компенсации, реализующую аномальную зависимость фазы выходного сигнала от напряжения пучка, отличающаяся тем, что секция компенсации состоит из двух участков с длинами L₁, L₂ и с различными фазовыми скоростями на этих участках V_ф1, V_ф2, которые определяются соотношениями:

где
- скорость электронов пучка;
е, m - заряд электрона и его масса;
U₀ - напряжение пучка;
Vф - фазовая скорость волны;

- параметр усиления;
К - сопротивление связи замедляющей системы;
I₀ - ток пучка;
q - параметр пространственного заряда;
ω - круговая частота сигнала.