ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
DELAY-LINE STRUCTURE

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к замедляющим системам для мощных СВЧ приборов с длительным взаимодействием.
Наиболее близкой по технической сущности является замедляющая система (патент РФ №2136075: Замедляющая система типа «Разрезное кольцо - спиральная перемычка». Приоритет от 26.02.1997 г. автора А.П. Помазкова, МПК: H01J 23/24, опубл. 27.08.1999 г. Бюл. №24), содержащая два коаксиально расположенных проводника, внешний из которых выполнен в виде цилиндрического корпуса, а внутренний - в виде периодической последовательности разрезных колец одного диаметра, расположенных в плоскостях, перпендикулярных продольной оси замедляющей системы, и соединенных спиральными перемычками, при этом каждая из перемычек соединена с концом предыдущего и началом последующего колец.
Однако такая замедляющая система в большей степени сохраняет свойства спиральной замедляющей системы, которая в основном используется в СВЧ приборах длинноволнового диапазона, что ограничивает ее практическое использование. При увеличении рабочей частоты прибора и сохранении высоких электродинамических характеристик необходимо уменьшать диаметр разрезного кольца, что в свою очередь увеличивает оседание электронов на нее и усложняет фокусировку электронного пучка в целом. Кроме того, в нижней части сантиметрового диапазона замедляющая система имеет низкие значения сопротивления связи, что уменьшает эффективность взаимодействия электронного пучка с электромагнитным полем.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании замедляющей системы с широкой полосой пропускания и с высокими значениями сопротивления связи во всем частотном диапазоне при постоянных поперечных размерах.
Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в расширении полосы пропускания, увеличении сопротивления связи и расширении функциональных возможностей.
N
Данные технические результаты достигаются тем, что в замедляющей системе, содержащей металлический цилиндрический корпус, соосно которому установлен внутренний проводник в виде периодической последовательности разрезных колец одинакового диаметра, расположенных в плоскостях, перпендикулярных продольной оси замедляющей системы и соединенных перемычками, новым является то, что концы каждого последующего разрезного кольца смещены относительно соответствующих концов предыдущего разрезного кольца на угол α, величина которого выбрана из соотношения:
,
где N=1, 2, 3… - число разрезных колец на периоде замедляющей системы. При этом концы предыдущего разрезного кольца замкнуты на последующее разрезное кольцо с помощью соответствующих перемычек, расположенных параллельно продольной оси замедляющей системы.
N
При таком построении замедляющей системы коэффициент замедления фазовой скорости определяется величиной угла α, а ширина полосы пропускания и сопротивление связи длиной разрезного кольца l.
N
N
Таким образом, за счет изменения длины разрезного кольца l и угла α можно применять данную замедляющую систему в различных диапазонах частот при фиксированном радиусе разрезного кольца r. Различные варианты смещения концов каждого последующего разрезного кольца относительно концов предыдущего разрезного кольца на определенный угол α и использование последовательности разрезных колец с различной длиной l в пределах периода позволяет создавать дисперсионные характеристики замедляющей системы с требуемой кривизной в различных частотных диапазонах, что расширяет функциональные возможности. Кроме того, данная замедляющая система в сантиметровом диапазоне длин волн имеет наибольшие поперечные размеры пролетного канала по сравнению с традиционно используемыми в данном диапазоне структурами (например, цепочка связанных резонаторов). Это позволяет уменьшить оседание электронов на замедляющую систему, упростить процесс фокусировки электронного пучка в пролетном канале и использовать электронные пучки с различной поперечной геометрией.
1
2
4
1
2
4
2
На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 представлены частные случаи реализации конструкции замедляющей системы при N=1, N=2 и N=4 соответственно, т.е. когда концы каждого последующего разрезного кольца смещены относительно концов предыдущего разрезного кольца на угол α=360°, α=180° и α=90° соответственно. На фиг. 4 представлены зависимости коэффициента замедления фазовой скорости от нормированной частоты нулевой пространственной гармоники для случаев α=360°, α=180° и α=90° соответственно. На фиг. 5 представлены зависимости сопротивления связи от нормированной частоты нулевой пространственной гармоники при изменении длины разрезного кольца l для случая N=2 (α=180°).
Замедляющая система (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит внешний цилиндрический металлический корпус 1, соосно которому установлен внутренний проводник в виде периодической последовательности разрезных колец 2 одинакового диаметра, образующих пролетный канал цилиндрической формы. Разрезные кольца расположены в плоскостях, перпендикулярных продольной оси замедляющей системы. Концы каждого предыдущего разрезного кольца замкнуты на последующее разрезное кольцо с помощью двух перемычек 3, расположенных параллельно продольной оси замедляющей системы.
1
Концы каждого последующего разрезного кольца смещены относительно концов предыдущего разрезного кольца на угол α=360° (фиг. 1).
2
Концы каждого последующего разрезного кольца смещены относительно концов предыдущего разрезного кольца на угол α=180° (фиг. 2).
4
Концы каждого последующего разрезного кольца смещены относительно концов предыдущего разрезного кольца на угол α=90° (фиг. 3).
Для закрепления разрезных колец 2 соосно внутри цилиндрического корпуса 1 могут быть использованы диэлектрические опоры как круглой, так и прямоугольной формы (см., например, Силин Р.А. Периодические волноводы. М.: ФАЗИС, 2002. С. 80).
Замедляющая система работает следующим образом.
В СВЧ приборе через устройство ввода энергии (на фиг. 1, 2 и 3 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 разрезных колец со скоростью, приблизительно равной фазовой скорости замедленной волны.
1
2
4
2
Требуемые коэффициент замедления фазовой скорости и ширина полосы пропускания СВЧ прибора определяются дисперсионной характеристикой замедляющей системы, которая в свою очередь определяется длиной l разрезного кольца 2 и различными вариантами смещения перемычек 3 относительно друг друга (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3). На фиг. 4 представлены зависимости коэффициента замедления фазовой скорости от нормированной частоты нулевой пространственной гармоники для случаев α=360°, α=180° и α=90° соответственно. Согласно представленным зависимостям возможны широкие изменения коэффициента замедления фазовой скорости в пределах полосы пропускания при постоянных поперечных размерах разрезных колец замедляющей системы. На фиг. 5 представлены зависимости сопротивления связи от нормированной частоты нулевой пространственной гармоники при изменении длины разрезного кольца l для случая N=2 (α=180°). Из анализа кривых видно, что предлагаемая замедляющая система позволяет увеличить значения сопротивления связи и расширить частотный диапазон при постоянных поперечных размерах разрезных колец 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, 2 и 3 не показано).