ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
DELAY-LINE STRUCTURE

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к замедляющим системам для СВЧ приборов с длительным взаимодействием.
Наиболее близкой по технической сущности является замедляющая система типа «кольцо-стержень» (Р.А. Силин, В.П. Сазонов. Замедляющие системы. Советское радио. 1966, с. 19, рис. II.4), содержащая металлический цилиндрический корпус, внутри которого соосно с ним установлена периодическая последовательность одинаковых колец, соединенных между собой одинаковыми перемычками (стержнями). Перемычки, соединяющие любое кольцо с предыдущим и последующим, смещены относительно друг друга на угол 180°.
Однако такая замедляющая система при повышении рабочей частоты СВЧ прибора не обеспечивает широкой полосы пропускания с относительно высокими значениями коэффициента замедления. Для сохранения на высоких частотах широкой полосы пропускания у ЗС такого типа необходимо уменьшать диаметр колец, что приводит к снижению коэффициента замедления и соответственно к повышению рабочего ускоряющего напряжения электронного пучка. Это в свою очередь увеличивает массогабаритные характеристики источников питания и СВЧ прибора в целом. Кроме того, малые поперечные размеры колец исключают возможность использования в СВЧ приборе мощных электронных пучков и как следствие получения высокого уровня выходной мощности СВЧ прибора.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании замедляющей системы с высокими значениями коэффициента замедления и широкой полосой пропускания при сохранении поперечных размеров на частотах, несвойственных замедляющим системам на основе последовательности колец.
Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в увеличении коэффициента замедления, расширении полосы пропускания и функциональных возможностей.
m
Данный технический результат достигается тем, что в замедляющей системе, содержащей металлический цилиндрический корпус, внутри которого соосно с ним установлена периодическая последовательность одинаковых колец, соединенных перемычками, введены дополнительные перемычки так, что точки пересечения главных центральных осей соседних перемычек с плоскостями, перпендикулярными продольной оси замедляющей системы, смещены относительно друг друга на угол ϕ, величина которого определяется из соотношения:
,
n
где m=2, 3, 4, … - количество перемычек; при этом на каждом кольце каждое место соединения перемычки с предыдущим кольцом смещено относительно соответствующего места соединения с последующим кольцом на угол α по часовой стрелке, величина которого выбирается из соотношения:
где n - число колец на периоде замедляющей системы при условии, что n≠k⋅m, где k=1, 2, 3, …
m
n
При таком построении замедляющей системы коэффициент замедления фазовой скорости определяется величиной угла ϕ и поперечным размером перемычек, а ширина полосы пропускания расстоянием между соседними кольцами и величиной угла α.
m
n
m
Таким образом, за счет изменения величин углов ϕ и α можно изменять значения коэффициента замедления и ширину полосы пропускания замедляющей системы в заданном частотном диапазоне при сохранении диаметра колец. Различные варианты смещения перемычек на угол ϕ и использование последовательности n колец с различной совокупностью m перемычек в пределах периода позволяет создавать замедляющей системы с требуемым типом дисперсионных характеристик в различных частотных диапазонах, что расширяет функциональные возможности. Кроме того, введение равномерно расположенных по диаметру колец дополнительных перемычек приводит к дополнительной периодичности в азимутальной плоскости, что позволяет повысить коэффициент замедления и уменьшить неоднородность поля, вызванного смещением одной перемычки от кольца к кольцу как в замедляющей системе типа «кольцо-стержень».
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены частные случаи реализации конструкции замедляющей системы при m=4, n=5 и m=3, n=5 соответственно с различными перемычками. На фиг. 3 представлены частотные зависимости коэффициента замедления фазовой скорости и сопротивления связи нулевой пространственной гармоники при изменении поперечного размера перемычек.
Замедляющая система (фиг. 1, фиг. 2) содержит внешний цилиндрический металлический корпус 1, соосно которому установлен внутренний проводник в виде периодической последовательности одинаковых колец 2, образующих пролетный канал цилиндрической формы. Кольца соединены между собой совокупностью перемычек 3, расположенных параллельно либо под углом к продольной оси замедляющей системы.
5
4
4
Совокупность перемычек круглого (фиг. 1) и прямоугольного (фиг. 2) сечений, соединяющие периодическую последовательность колец (α=72°), смещены относительно друг друга на угол ϕ=90° и угол ϕ=120°.
Для закрепления внутри цилиндрического корпуса 1 и соосно с ним периодической последовательности колец 2 могут быть использованы диэлектрические опоры различной формы (см., например, Силин Р.А. Периодические волноводы. М.: ФАЗИС, 2002, с. 80, рис. 6.2).
Замедляющая система работает следующим образом.
m
n
В СВЧ приборе через устройство ввода энергии (на фиг. 1, и 2 не показано) на вход замедляющей системы подается подлежащий усилению внешний СВЧ сигнал со спектром, находящимся в полосе пропускания замедляющей системы. Усиление бегущих вдоль замедляющей системы электромагнитных волн происходит за счет их взаимодействия с трубчатым или цилиндрическим электронным потоком, проходящим внутри последовательности колец со скоростью, приблизительно равной фазовой скорости замедленной волны. Требуемые коэффициент замедления и ширина полосы пропускания СВЧ прибора определяются дисперсионной характеристикой замедляющей системы, которая в свою очередь определяется величиной углов ϕ и α и различными вариантами смещения и поперечными размерами перемычек 3 относительно друг друга (фиг. 1, фиг. 2).
з
св
На фиг. 3 представлены частотные зависимости коэффициента замедления фазовой скорости n и сопротивления связи R нулевой пространственной гармоники электромагнитного поля для случая m=3, n=5 при изменении сечения перемычек w. Как видно из графика предлагаемая замедляющая система обладает широкой полосой пропускания. Изменение поперечного размера перемычек и их смещение относительно друг друга в пределах периода позволяет варьировать коэффициентом замедления фазовой скорости в пределах полосы пропускания. Из анализа кривых видно, что предлагаемая замедляющая система позволяет расширить частотный диапазон при постоянных поперечных размерах замедляющей системы.
Длина замедляющей системы определяется положением максимума амплитудной характеристики СВЧ прибора. Вывод СВЧ энергии из замедляющей системы осуществляется с помощью выходного устройства (на фиг. 1 и 2 не показано).