RU2802497C1 - Баночное окно вывода энергии свч - Google Patents
Баночное окно вывода энергии свч Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802497C1 RU2802497C1 RU2022131136A RU2022131136A RU2802497C1 RU 2802497 C1 RU2802497 C1 RU 2802497C1 RU 2022131136 A RU2022131136 A RU 2022131136A RU 2022131136 A RU2022131136 A RU 2022131136A RU 2802497 C1 RU2802497 C1 RU 2802497C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circular waveguide
- window
- rectangular waveguides
- output
- segment
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к электронной и ускорительной технике, а именно к вакуумно-плотным баночным окнам в выводах энергии СВЧ, и может быть использовано при создании мощных и сверхмощных клистронов. Технический результат - снижение габаритных размеров устройства, повышение технологичности устройства вывода СВЧ энергии, возможность функционирования устройства на двух модах, обеспечивающего высокий уровень передаваемой мощности в S-диапазоне частот, расширение рабочей полосы частот. Баночное окно ввода и/или вывода энергии СВЧ для передачи СВЧ-мощности содержит отрезок круглого волновода, в поперечной плоскости которого равноудаленно от его торцов расположен диэлектрический диск, вакуумно-плотно спаянный со стенкой отрезка круглого волновода, а также первый и второй отрезки прямоугольных волноводов, расположенные соосно с отрезком круглого волновода и присоединенные к нему с противоположных торцов. Окно дополнительно содержит согласующие элементы на входе и выходе баночного окна, выполненные в виде усеченных конусов, в сочетании с согласующими настроечными элементами в виде индуктивных диафрагм, расположенными во входном и выходном прямоугольных волноводах. 3 ил.
Description
Изобретение относится к электронной и ускорительной технике, а именно к вакуумно-плотным баночным окнам в выводах энергии СВЧ, и может быть использовано при создании мощных и сверхмощных клистронов.
Одним из типов выводов энергии электровакуумных приборов СВЧ являются вакуумно-плотные окна баночного типа, представляющие собой отрезки круглого волновода с поперечной диэлектрической перегородкой с соосно подсоединенными к их торцам стандартными прямоугольными волноводами.
Прямоугольные волноводы в баночном выводе энергии работают обычно на самом своем низкочастотном типе волны TE10, имеющем плоскость симметрии в виде магнитной стенки, расположенной перпендикулярно центру широкой стенки волновода, поэтому в соединенном с ними отрезке круглого волновода могут возбуждаться только типы волн, с таким же типом симметрии. Наиболее часто в баночных выводах энергии мощных приборов СВЧ используют типы волн TE11, TM11 круглого волновода или их комбинацию, удовлетворяющие указанному выше условию.
Основным недостатком баночных окон, использующих для передачи СВЧ энергии только один тип волн TE11 или TM11 круглого волновода, является наличие значительной тангенциальной составляющей электрического поля на поверхности керамического диска в месте его соединения с круглым волноводом. Как правило, это соединение осуществляется пайкой, что приводит к значительному снижению пробивной напряженности электрического поля в области спая из-за технологических особенностей.
Для решения указанной проблемы предложено использовать для передачи СВЧ энергии в баночном окне комбинацию из двух распространяющихся типов волн TE11 и TM11 полого круглого волновода, что при подобранных определенным образом размерах вывода должно приводить к значительному снижению (вплоть до 0 В/м) тангенциальной составляющей электрического поля на краю керамического диска, т.е. в области спая и, соответственно, к значительному увеличению максимальной передаваемой мощности [См. подробнее S.Yu. Kazakov. A new traveling-wave mixed-mode RF window with a low electric field in ceramic-metal brazing area //KEK preprint 98-120, (1998), pp. 1-4]. Однако это потребовало значительного увеличения диаметра керамического диска и круглого волновода и включения с каждой его стороны дополнительных отрезков круглого волновода меньшего диаметра.
На основе рассмотренного выше принципа предложена компактная конструкция баночного окна вывода энергии СВЧ, использующего комбинацию из распространяющейся волны типа TE11 и затухающего типа TM11 в полом круглом волноводе, что позволило исключить дополнительные круглые секции и практически вдвое уменьшить диаметр круглого волновода и керамического диска [См. подробнее B.V. Prokofiev, M.A. Martynenko. A Simple Pillbox-Type Mixed-Mode Window for High Power Microwave Devices// in 2017 Eighteenth International Vacuum Electronics Conference (IVEC), (2017). pp. 1-2]. Однако требуется контролировать рабочую частоту СВЧ прибора, т.к. паразитная резонансная частота полого круглого волновода с керамическим диском на типе TM11 находится достаточно близко к центральной частоте полосы пропускания, и при случайном повышении рабочей частоты до нее возможно разрушение керамического диска из-за высокочастотного пробоя или перегрева.
Предложенное техническое решение направлено на устранение недостатков, имеющихся у аналогов и прототипа. Техническим результатом является обеспечение небольших габаритных размеров устройства, повышение технологичности устройства вывода СВЧ энергии, возможность подстройки под требуемые электродинамические характеристики, функционирование устройства на двух модах, обеспечивающее высокий уровень передаваемой мощности в S - диапазоне частот, расширение рабочей полосы частот.
Технический результат достигается тем, что баночное окно ввода и/или вывода энергии СВЧ для передачи СВЧ-мощности, содержащее отрезок круглого волновода, в поперечной плоскости которого равноудаленно от его торцов расположен диэлектрический диск, вакуумноплотно спаянный со стенкой отрезка круглого волновода, а также первый и второй отрезки прямоугольных волноводов, расположенные соосно с отрезком круглого волновода и присоединенные к нему с противоположных торцов, дополнительно содержит согласующие элементы на входе и выходе баночного окна, выполненные в виде усеченных конусов, в сочетании с согласующими настроечными элементами в виде индуктивных диафрагм, расположенными во входном и выходном прямоугольных волноводах, причем, большие основания усеченных конусов располагаются в местах стыков с отрезком круглого волновода и равны радиусу отрезка круглого волновода, а радиусы меньших оснований усеченных конусов располагаются в местах стыков с прямоугольными волноводами и равны половине высоты прямоугольных волноводов; нормированные размеры прямоугольных волноводов определяются как:
и ,
где - длина волны в центре рабочего диапазона баночного окна,
, - ширина и высота прямоугольных волноводов;
нормированные размеры отрезка круглого волновода и диэлектрического диска, обеспечивающих передачу СВЧ мощности через баночное окно на волнах типов ТЕ11 и ТМ 11, определяются соотношениями:
,
где - радиус круглого волновода;
,
где - длина отрезка круглого волновода перед диэлектрическим диском;
,
где - толщина диэлектрического диска, - относительная диэлектрическая проницаемость диска;
нормированная высота усеченных конусов определяется соотношением:
,
положение и нормированные размеры согласующих настроечных индуктивных диафрагм определяются следующими соотношениями:
,
где - расстояние от согласующих настроечных индуктивных диафрагм до круглого волновода;
,
где - толщина согласующих настроечных индуктивных диафрагм;
,
где - ширина согласующих настроечных индуктивных диафрагм.
Сущность технического решения состоит в следующем. Дополнительное введение согласующих элементов в виде усеченных конусов на входе и выходе баночного окна позволяет расширить рабочую полосу частот за счет снижения отражений. Индуктивные согласующие элементы в виде индуктивных диафрагм не только позволяют практически полностью убрать отражения в рабочей полосе частот, но и дают возможность осуществлять настройку устройства в процессе изготовления. Указанные пределы изменения нормированных размеров элементов устройства обеспечивают передачу СВЧ мощности через баночное окно на волнах типов ТЕ11 и ТМ11 при минимальных диэлектрических потерях в керамическом диске. Выход за указанные пределы приводит к нарушению работы устройства и повышению вероятности высокочастотных пробоев.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид баночного окна вывода энергии СВЧ, а) - вид сбоку, б) - вид сверху, в) - вид спереди, где:
1 - отрезок круглого волновода;
2 - поперечная диэлектрическая перегородка в виде диска;
3, 4 - входной/выходной отрезки прямоугольных волноводов;
5, 6 - согласующие элементы в виде усеченных конусов;
7, 8 - согласующие настроечные элементы в виде индуктивных диафрагм.
На фиг. 2. представлена зависимость КСВН входа баночного окна вывода энергии СВЧ в широкой (а) и рабочей (б) полосах частот, на фиг. 3. - частотные зависимости в рабочей полосе мощности диэлектрических потерь в керамическом диске (а) и максимальной напряженности электрического поля (б) баночного окна вывода энергии СВЧ.
Устройство работает следующим образом. Баночное окно вывода энергии СВЧ содержит отрезок круглого волновода 1, в средней части которого установлена поперечная диэлектрическая перегородка в виде диска 2, вакуумноплотно соединенная со стенками отрезка круглого волновода 1 и отрезки прямоугольных волноводов 3, 4 соосно присоединенные к отрезку круглого волновода 1 с противоположных его концов через согласующие элементы в виде усеченных конусов 5, 6. Входная мощность поступает во входной прямоугольный волновод 3 и распространяется в нем в виде волны типа TE10, а на стыке. его с круглым волноводом 1 в области дополнительного согласующего элемента 5 преобразуется в распространяющийся тип TE11 и затухающий тип TM11 круглого волновода 1, которые проходят через диэлектрическую перегородку 2. Далее в области дополнительного согласующего элемента 6 на стыке круглого волновода 1 с выходным отрезком прямоугольного волновода 4 происходит обратное преобразование в волну типа TE10 выходного прямоугольного волновода 4. Расположенный во входном прямоугольном волноводе 3 согласующий настроечный элемент в виде индуктивной диафрагмы 7, компенсирует отраженные волны от остальных элементов устройства, находящихся за ним. Расположенный в выходном прямоугольном волноводе 4 согласующий настроечный элемент в виде индуктивной диафрагмы 8, компенсирует отраженные волны от остальных элементов устройства, находящихся перед ним. При наличии технологических отклонений элементов устройства в процессе изготовления положение и размер согласующих настроечных элементов 7, 8 могут быть изменены для обеспечения требуемых электродинамических характеристик.
Пример реализации. Баночное окно изготовлено из меди. Диэлектрическая перегородка выполнена в виде диска из керамики ВК94-1 с относительной диэлектрической проницаемостью 9.3, тангенсом угла потерь и вакуумноплотно соединена со стенками отрезка круглого волновода с помощью пайки припоем ПЗлМ35В. Пайка отрезка круглого волновода с впаянной диэлектрической перегородкой с дополнительными согласующими элементами в виде усеченных конусов осуществлена с помощью припоя ПСрМПд65-0-15В. Пайка входного/выходного прямоугольных волноводов к усеченным конусам и индуктивных диафрагм реализована с помощью припоя ПСр72.
Элементы устройства имеют следующие размеры: ширина и высота входного/выходного прямоугольных волноводов - 90x45 мм, радиус отрезка круглого волновода - 51.5 мм, длина отрезка круглого волновода перед диэлектрическим диском - 66 мм, толщина диэлектрического диска - 13.1 мм, высота усеченных конусов - 10 мм, толщина согласующих настроечных индуктивных диафрагм - 3 мм, ширина согласующих настроечных индуктивных диафрагм - 59.48 мм, расстояние от согласующих настроечных индуктивных диафрагм до отрезка круглого волновода - 35.05 мм.
Были проведены испытания устройства. Частотные зависимости КСВН входа баночного окна вывода энергии СВЧ приведены на фиг. 2. Маркер m1 указывает на рабочую частоту . Маркеры m2 и m3 определяют 1% полосу частот симметрично относительно рабочей частоты. Маркеры m4 и m5 определяют рабочую полосу частот по уровню КСВН≤1.1. Как видно из графика (фиг. 2б), КСВН входа баночного окна на рабочей частоте и на границах полосы частот (1%) имеет величину менее 1.01. Рабочая полоса частот по уровню КСВН≤1.1 составляет 3%, что больше в 3 раза относительно прототипа.
Пик КСВН на частоте (маркер m6 на фиг. 2а) соответствует паразитной резонансной частоте волны типа TM11 круглого волновода с диэлектрическим диском. Располагается он на 3.9% выше рабочей частоты , что по сравнению с прототипом (1.5%) не является критичным для сверхмощных клистронов, имеющих, как правило, полосу усиливаемых частот ≤1.5%.
Для данной конструкции баночного окна значение на 3.9% выше , обеспечивает минимум диэлектрических потерь в диске и близкую к минимуму максимальную напряженность электрического поля во всем окне. При этом мощность диэлектрических потерь в керамическом диске уменьшилась в 1.8 раза по сравнению с прототипом. Частотные зависимости указанных величин в 3%-ной рабочей полосе при входной мощности 20 МВт приведены на фиг. 3.
Данная конструкция баночного окна вывода энергии СВЧ в 3%-й рабочей полосе частот позволяет пропускать мощность до 50 МВт.
Все вышесказанное подтверждает достижение заявленного технического результата.
Изобретение может быть использовано при создании мощных и сверхмощных приборов СВЧ, обеспечивая надежную передачу больших уровней мощности от прибора к нагрузке в достаточно широкой полосе частот.
Claims (21)
- Баночное окно ввода и/или вывода энергии СВЧ для передачи СВЧ-мощности, содержащее отрезок круглого волновода, в поперечной плоскости которого равноудаленно от его торцов расположен диэлектрический диск, вакуумно-плотно спаянный со стенкой отрезка круглого волновода, а также первый и второй отрезки прямоугольных волноводов, расположенные соосно с отрезком круглого волновода и присоединенные к нему с противоположных торцов, отличающееся тем, что дополнительно содержит согласующие элементы на входе и выходе баночного окна, выполненные в виде усеченных конусов, в сочетании с согласующими настроечными элементами в виде индуктивных диафрагм, расположенными во входном и выходном прямоугольных волноводах, причем большие основания усеченных конусов располагаются в местах стыков с отрезком круглого волновода и равны радиусу отрезка круглого волновода, а радиусы меньших оснований усеченных конусов располагаются в местах стыков с прямоугольными волноводами и равны половине высоты прямоугольных волноводов; нормированные размеры прямоугольных волноводов определяются как:
- и ,
- где - длина волны в центре рабочего диапазона баночного окна,
- , - ширина и высота прямоугольных волноводов;
- нормированные размеры отрезка круглого волновода и диэлектрического диска, обеспечивающих передачу СВЧ мощности через баночное окно на волнах типов ТЕ11 и ТМ 11, определяются соотношениями:
- ,
- где - радиус круглого волновода;
- ,
- где - длина отрезка круглого волновода перед диэлектрическим диском;
- ,
- где - толщина диэлектрического диска,
- - относительная диэлектрическая проницаемость диска;
- нормированная высота усеченных конусов определяется соотношением:
- ,
- положение и нормированные размеры согласующих настроечных индуктивных диафрагм определяются следующими соотношениями:
- ,
- где - расстояние от согласующих настроечных индуктивных диафрагм до круглого волновода;
- ,
- где - толщина согласующих настроечных индуктивных диафрагм;
- ,
- где - ширина согласующих настроечных индуктивных диафрагм.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2802497C1 true RU2802497C1 (ru) | 2023-08-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2822140C1 (ru) * | 2023-11-27 | 2024-07-02 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А. И. Шокина" | Способ изготовления и настройки баночного окна ввода/вывода энергии свч-прибора |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007287382A (ja) * | 2006-04-13 | 2007-11-01 | Nec Microwave Inc | ピルボックス真空窓およびその製造方法 |
RU2451362C1 (ru) * | 2011-02-02 | 2012-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Баночное окно ввода и/или вывода свч-энергии |
WO2018174221A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Necネットワーク・センサ株式会社 | 高周波窓及びその製造方法 |
RU2739214C1 (ru) * | 2020-05-19 | 2020-12-22 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Окно вывода энергии свч |
RU2784583C1 (ru) * | 2022-03-28 | 2022-11-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Волноводное окно баночного типа |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007287382A (ja) * | 2006-04-13 | 2007-11-01 | Nec Microwave Inc | ピルボックス真空窓およびその製造方法 |
RU2451362C1 (ru) * | 2011-02-02 | 2012-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Баночное окно ввода и/или вывода свч-энергии |
WO2018174221A1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Necネットワーク・センサ株式会社 | 高周波窓及びその製造方法 |
RU2739214C1 (ru) * | 2020-05-19 | 2020-12-22 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Окно вывода энергии свч |
RU2784583C1 (ru) * | 2022-03-28 | 2022-11-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Волноводное окно баночного типа |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2822140C1 (ru) * | 2023-11-27 | 2024-07-02 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А. И. Шокина" | Способ изготовления и настройки баночного окна ввода/вывода энергии свч-прибора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ATE264550T1 (de) | Hohlleiter-streifenleiter-übergang | |
JP6200613B1 (ja) | ダイプレクサ及び送受信システム | |
CN114188686B (zh) | H面波导/微带探针转换装置 | |
KR100401964B1 (ko) | 필터, 멀티플렉서 및 통신 장치 | |
RU2802497C1 (ru) | Баночное окно вывода энергии свч | |
EP0417205A1 (en) | HIGH-PERFORMANCE OUTPUT CIRCUIT WITH EXTENDED INTERACTION. | |
Prokofiev et al. | A simple pillbox-type mixed-mode window for high power microwave devices | |
RU2705563C1 (ru) | Баночное окно ввода-вывода энергии свч | |
JP2000357903A (ja) | 平面型フィルタ | |
US2886742A (en) | Broadband output coupler | |
RU113076U1 (ru) | Устройство на магнитостатических волнах | |
RU2207655C1 (ru) | Баночное окно ввода и/или вывода энергии свч | |
JP2008079085A (ja) | 伝送線路導波管変換器 | |
US3361926A (en) | Interdigital stripline teeth forming shunt capacitive elements and an array of inductive stubs connected to adjacent teeth | |
KR102171191B1 (ko) | 도파관 전력 결합기 | |
WO2000007211A1 (en) | Waveguide series resonant cavity for enhancing efficiency and bandwidth in a linear beam tube | |
RU2451362C1 (ru) | Баночное окно ввода и/или вывода свч-энергии | |
US6657514B1 (en) | Dielectric transmission line attenuator, dielectric transmission line terminator, and wireless communication device | |
JP2842058B2 (ja) | 進行波管 | |
US3049679A (en) | Microwave power multiplier | |
RU2739214C1 (ru) | Окно вывода энергии свч | |
RU2777656C1 (ru) | Волноводный вывод энергии СВЧ прибора | |
JP4396575B2 (ja) | マイクロ波管 | |
US2630533A (en) | Magnetron frequency stabilization apparatus | |
Ikeuchi et al. | A novel TE 10-TE 20 mode transducer utilizing vertical cross-excitation |