Лампа бегущей волны

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Кураев Александр Александрович Рудницкий Антон Сергеевич Синицын Анатолий Константинович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56) ПАНИН А.Ф. Применение неоднородных, нерезонансных ЗС для повышения электронного КПД ЛБВО. - М. Электроника, 1987. - С. 45-47.11964 1, 2009.2334300 1, 2008.2036530 1, 1995.682506 , 1952.1199300 , 1970.4282457 , 1981.(57) Лампа бегущей волны, содержащая электронно-оптическую систему, коллектор электронов и электродинамическую систему, соединенную с вводом и выводом излучения и содержащую размещенную внутри экрана спиральную замедляющую систему с постоянным шагом навивки спирали в виде двух секций с установленным между ними аттенюатором, между входной секцией которой и экраном размещены однородные диэлектрические опоры, а между выходной секцией и экраном - неоднородные диэлектрические опоры, выполненные, исходя из условия фазового синхронизма, с переменной по длине диэлектрической проницаемостью или переменным по длине поперечным сечением. Фиг. 1 Изобретение относится к радиотехнике и электронике сверхвысоких и крайне высоких частот (СВЧ и КВЧ) и может быть использовано в радиолокационной технике, системах радиосвязи и в устройствах СВЧ-нагрева. 15524 1 2012.02.28 Известна лампа бегущей волны (ЛБВ), содержащая электронно-оптическую систему,электродинамическую систему, коллектор электронов, ввод и вывод излучения 1, с.124. Электродинамическая система содержит спиральную замедляющую систему с постоянным шагом навивки спирали и расположенные между экраном и спиралью однородные диэлектрические опоры. При такой конструкции электродинамической системы отсутствует возможность повышения КПД за счет корректировки замедления. Электронный КПД лампы составляет порядка 2030 . Известна ЛБВ, содержащая электронно-оптическую систему, электродинамическую систему, коллектор электронов, ввод и вывод излучения 2, в которой электродинамическая система содержит спиральную замедляющую систему с переменным шагом навивки спирали и расположенные между экраном и спиралью однородные диэлектрические опоры. Такая конструкция электродинамической системы обеспечивает необходимую для повышения КПД лампы корректировку замедления. Трудности, связанные с изготовлением и эксплуатацией замедляющих систем с нерегулярной навивкой спирали, пока не позволяют использовать этот эффект в полном объеме. Задача изобретения - повышение КПД лампы бегущей волны посредством корректировки замедления при постоянном шаге навивки спирали замедляющей системы. Поставленная задача достигается тем, что в лампе бегущей волны, содержащей электронно-оптическую систему, коллектор электронов, электродинамическую систему, соединенную с вводом и выводом излучения и содержащую размещенную внутри экрана спиральную замедляющую систему с постоянным шагом навивки спирали в виде двух секций с установленным между ними аттенюатором, между входной секцией которой и экраном размещены однородные диэлектрические опоры, а между выходной секцией и экраном - неоднородные диэлектрические опоры, выполненные, исходя из условия фазового синхронизма, с переменной по длине диэлектрической проницаемостью или переменным по длине поперечным сечением. В лампе такой конструкции повышение КПД достигается посредством корректировки замедления при постоянном шаге спирали за счет изменения поперечного сечения или диэлектрической проницаемости диэлектрических опор выходной секции. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3 на фиг. 1 изображено схематически продольное сечение заявляемой двухсекционной ЛБВ на фиг. 2 изображены поперечные сечения выходной секции замедляющей системы на фиг. 3 изображены изменения диэлектрической проницаемости и параметра поперечного сечения неоднородных диэлектрических опор. Электронно-оптическая система 1 формирует электронный поток. Однородные диэлектрические опоры 5 расположены между спиралью входной секции замедляющей системы 4 и экраном 14 неоднородные диэлектрические опоры 8 расположены между спиралью выходной секции замедляющей системы 7 и экраном 14. Входной 2 и выходной 10 волноводы согласованы с антеннами 3 и 11 входной и выходной секций замедляющей системы. Согласованный с входной и выходной секциями аттенюатор 6 предотвращает самовозбуждение ЛБВ. На фиг. 1 также изображены магниты фокусирующей системы 9,коллектор электронов 12, вакуумно-плотные диэлектрические шайбы (изоляторы) 13, вакуумно-плотные диафрагмы входного и выходного волноводов 15. Введены обозначения 0 для радиуса спирали идля экранадля диаметра провода спирали,идля угловых параметров опор выходной секции,для диэлектрической проницаемости опор. Лампа бегущей волны работает следующим образом. Подлежащий усилению СВЧ сигнал поступает на входной волновод 2 и распространяется вдоль входной 4 и выходной 7 секций спиральной замедляющей системы с замедленной фазовой скоростью. Сформированный электронно-оптической системой электронный поток также распространяется вдоль спиральной замедляющей системы в условиях синхронизма, то есть близости ско 2 15524 1 2012.02.28 рости электронов и фазовой скорости волны. Под действием поля синхронной волны происходит модуляция электронов по скорости, группирование электронов и таким образом появляется переменная составляющая конвекционного тока, которая возбуждает в замедляющей системе электромагнитное поле. Суммарное поле имеет амплитуду большую, чем амплитуда входного сигнала, и таким образом достигается его усиление. При этом суммарное поле несколько отстает по фазе от поля входного сигнала. В результате большая часть электронов сгустка попадает в тормозящую фазу бегущей волны и замедляется. Это приводит к нарушению условия синхронизма, ухудшению процесса энергообмена и снижению КПД лампы с постоянным шагом спирали. Для поддержания условия синхронизма и повышения таким образом КПД показанная на фиг. 1 лампа содержит неоднородные диэлектрические опоры 8, расположенные между спиралью выходной секции замедляющей системы 7 и экраном 14. В одной конструкции лампы изменяется диэлектрическая проницаемостиопор, но не изменяется их поперечное сечение (уголна фиг. 2). Во второй изменяется их поперечное сечение при изменении угла , но не изменяется диэлектрическая проницаемость материала(фиг. 2). Изменение формы поперечного сечения или диэлектрической проницаемости диэлектрических опор выходной секции приводит к плавному изменению замедления, а следовательно, и фазовой скорости волны, которое обеспечивает выполнение условий синхронизма, эффективный энергообмен и повышение КПД лампы с постоянным шагом спирали. При значениях параметров предлагаемого усилителя 00,15 см,0,35 см,0,1 см,0,24 см,/6,10 см, 05 ,00,17,21,5 см,где 0 - ускоряющее напряжение- длина волны 0 - ток пучка электронов- длина замедляющей системы- шаг спирали,положении поглотителя 0,4 Т 0,5 (/) и показанном на фиг. 3 изменении диэлектрической проницаемостиопор КПД равен 50 . Коэффициент усиления 29,5 Дб. При фиксированном значении диэлектрической проницаемости стержней 15,00,12 А,22,7 см, расположении аттенюатора на участке 0,5 Т 0,6 и показанном на фиг. 3 изменении конфигурации площади их поперечного сечения, определяемого углом, КПД равен 52 , коэффициент усиления 32,1 Дб. Таким образом, в заявляемом устройстве достигается повышение КПД лампы бегущей волны посредством корректировки замедления при постоянном шаге навивки спиральной замедляющей системы. Источники информации 1. Березин В.М., Буряк В.С., Гутцайт Э.М. Марин В.П. Электронные приборы СВЧ Учеб. пособие для вузов по спец. Электронные приборы. - М. Высш. шк., 1985. - С. 296. 2. Панин А.Ф., Поляк В.Е., Филатов В.А. Применение неоднородных, нерезонансных ЗС для повышения электронного КПД ЛБВО // МЭП СССР. Обзоры по электронной технике. Серия 1. Электроника СВЧ. Вып. 8 1265. - М. ЦНИИ Электроника, 1987. - С. 376. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4