RU2479882C2 - Wideband lamp of travelling wave with drift channel reducing towards energy output - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: wideband travelling wave lamp (TWL) comprises a moderating system (MS) of a spiral type, which has an area in an output section, where the diameter of the drift channel (internal diameter of the spiral-type MS) is smoothly or unevenly reduced at least with one jump in direction towards energy output. The minimum diameter of the drift channel of the area with the reducing diameter may amount to not more than 0.95 of the initial diameter value, and the minimum pitch on the section of this area shall not exceed the ratio of diameters before and after reduction multiplied by the pitch of the MS area, which precedes the diameter reduction.

EFFECT: increasing of resistance to self-excitation at a backward wave and increasing of electronic coefficient of efficiency of interaction between wideband lamp of travelling wave with a helical moderating system.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к спиральным лампам бегущей волны (ЛБВ) О-типа.The invention relates to the field of microwave electronic devices, in particular to traveling-wave spiral tubes (TWTs) of the O-type.

Проблема устранения самовозбуждения на обратной волне и повышения электронного КПД широкополосных спиральных ЛБВ до сих пор остается актуальной.The problem of eliminating self-excitation on the backward wave and increasing the electronic efficiency of broadband spiral TWTs is still relevant.

Известны технические решения, в которых ЛБВ содержит замедляющую систему (ЗС) типа спираль с переменным диаметром пролетного канала.Known technical solutions in which the TWT contains a retardation system (ZS) of the spiral type with a variable diameter of the passage channel.

В FR 2365218 (опубл. 21.09.1976) спираль выполнена в виде усеченного конуса с непрерывным увеличением внутреннего диаметра. Диаметр увеличивается за счет преобразования круглого поперечного сечения спирали в трехгранное по направлению к выводу энергии. Поскольку крепежные диэлектрические стержни имеют постоянную высоту, внутренний диаметр спирали на участках между ними растет.In FR 2365218 (publ. 09/21/1976) the spiral is made in the form of a truncated cone with a continuous increase in internal diameter. The diameter increases due to the transformation of the circular cross section of the spiral into a trihedral in the direction of energy output. Since the fixing dielectric rods have a constant height, the inner diameter of the spiral in the sections between them grows.

В FR 2543734 (опубл. 31.03.1983) крепежные стержни постоянной высоты предложено вставлять в желобки корпуса, глубина которых увеличивается с увеличением диаметра ЗС.In FR 2543734 (published March 31, 1983), fixing rods of constant height are proposed to be inserted into the grooves of the housing, the depth of which increases with increasing diameter of the CS.

Недостатком таких технических решений является значительное снижение сопротивления связи нулевой пространственной гармоники с увеличением внутреннего диаметра ЗС, что приводит к уменьшению электронного КПД.The disadvantage of such technical solutions is a significant decrease in the coupling resistance of zero spatial harmonic with an increase in the internal diameter of the CS, which leads to a decrease in electronic efficiency.

В [1] сказано, что проблему подавления паразитной генерации на обратной волне высоковольтных ЛБВ (с рабочим напряжением 11... 12 кВ) можно решить одновременным изменением шага и диаметра спирали. Однако ничего не говорится о том, как они должны меняться по направлению к выводу энергии - увеличиваться или уменьшаться.In [1] it is said that the problem of suppressing spurious generation on the back wave of high voltage TWTs (with an operating voltage of 11 ... 12 kV) can be solved by simultaneously changing the pitch and diameter of the spiral. However, nothing is said about how they should change in the direction of energy output - increase or decrease.

В DE 3540998 (опубл. 21.05.1987) предложено иметь, по меньшей мере, два участка с различным внутренним диаметром ЗС и плавным переходом между ними. При этом не указано, какой участок стоит на выходе ЗС, у коллекторного конца, - с большим диаметром или с меньшим. Отсутствует упоминание и об изменении шага ЗС.In DE 3540998 (publ. 21.05.1987) it is proposed to have at least two sections with different inner diameter of the ES and a smooth transition between them. At the same time, it is not indicated which section is located at the exit of the LC, at the collector end, with a larger diameter or with a smaller one. There is no mention of a change in the pitch of the AP.

В WO 2004/114350А2 (опубл. 29.12.2004) с целью увеличения КПД предлагается уменьшать диаметр ЗС на выходном конце лампы бегущей волны, но отсутствуют какие-либо рекомендации по изменению шага спирали.In WO 2004 / 114350A2 (published on December 29, 2004), in order to increase the efficiency, it is proposed to reduce the diameter of the CS at the output end of the traveling wave lamp, but there are no recommendations for changing the pitch of the spiral.

В US 6356022 В1 (опубл. 12.03.2002) предложено изменять на входном участке ЛБВ диаметр и, пропорционально ему, шаг ЗС типа спираль по линейному закону, причем изменение можно производить как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения этих параметров. При этом фазовая скорость основной гармоники остается неизменной, а изменяются только фазовые скорости остальных, нежелательных пространственных гармоник, что приводит к их подавлению. Это относится, в первую очередь, к минус первой пространственной гармонике, которая приводит к паразитному самовозбуждению ЛБВ на обратной волне. Для увеличения КПД на выходном участке ЛБВ предлагается вводить изменение шага ЗС по экспоненциальному закону, оставляя диаметр ЗС постоянным. Недостатком данного технического решения является то, что изменение диаметра ЗС осуществляется только во входной части ЛБВ, тогда как наибольшее увеличение КПД можно получить, меняя его именно в выходной части ЛБВ, одновременно подавляя при этом колебания на обратной волне.In US 6356022 B1 (publ. 12.03.2002) it is proposed to change the diameter and, in proportion to it, the pitch of the spiral spiral type according to the linear law, and the change can be made both in the direction of increasing or decreasing these parameters. In this case, the phase velocity of the fundamental harmonic remains unchanged, and only the phase velocities of the remaining, undesirable spatial harmonics change, which leads to their suppression. This relates, first of all, to the minus of the first spatial harmonic, which leads to parasitic self-excitation of the TWT on the backward wave. To increase the efficiency at the exit section of the TWT, it is proposed to introduce a change in the pitch of the CS according to the exponential law, leaving the diameter of the CS constant. The disadvantage of this technical solution is that the ZS diameter is changed only in the input part of the TWT, while the greatest increase in efficiency can be obtained by changing it in the output part of the TWT, while simultaneously suppressing oscillations in the backward wave.

В US 6356023 В1 (опубл. 12.03.2002), являющемся продолжением предыдущего источника, вдобавок к нему предлагается также (для повышения КПД) уменьшать затухание поглотителя, поскольку возбуждение на обратной волне будет подавлено изменением диаметра ЗС. Однако возможность этого далеко не очевидна, поскольку секционирование ЛБВ путем введения поглотителей вводится, в первую очередь, для подавления самовозбуждения на отраженной прямой волне.In US 6356023 B1 (publ. 12.03.2002), which is a continuation of the previous source, in addition to it, it is also proposed (to increase the efficiency) to reduce the attenuation of the absorber, since the excitation on the backward wave will be suppressed by changing the diameter of the CS. However, the possibility of this is far from obvious, since the TWT sectioning by introducing absorbers is introduced, first of all, to suppress self-excitation on the reflected direct wave.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение устойчивости к самовозбуждению на обратной волне и увеличение электронного КПД взаимодействия широкополосных ЛБВ со спиральной замедляющей системой.The claimed technical solution is aimed at increasing the resistance to self-excitation on the backward wave and increasing the electronic efficiency of the interaction of broadband TWTs with a spiral moderating system.

Технический результат в заявляемом техническом решении достигается тем, что широкополосная лампа бегущей волны (ЛБВ), содержащая замедляющую систему (ЗС) типа спираль, имеет на выходе участок, диаметр пролетного канала d (внутренний диаметр ЗС) на котором плавно или скачкообразно уменьшается по направлению к выводу энергии. При этом минимальный диаметр пролетного канала d₂ может составлять не более 0,95 от диаметра пролетного канала до начала участка d₁, то есть d₂≤0,95d₁. А на отрезке этого участка шаг спирали h₂ не должен превышать отношение диаметров до и после уменьшения, умноженное на шаг спирали h₁ до начала участка с уменьшающимся диаметром, то есть

The technical result in the claimed technical solution is achieved by the fact that a wide-band traveling wave lamp (TWT) containing a retardation system (ZS) of the spiral type has a section at the output whose diameter of the passage channel d (inner diameter of the ZS) on which gradually or abruptly decreases towards energy output. Moreover, the minimum diameter of the passage channel d ₂ can be no more than 0.95 from the diameter of the passage channel to the beginning of the section d ₁ , that is, d ₂ ≤0.95d ₁ . And on the segment of this section, the spiral pitch h ₂ should not exceed the ratio of the diameters before and after reduction, multiplied by the spiral pitch h ₁ before the start of the section with a decreasing diameter, i.e.

На фиг.1a представлена схема ЗС спиральной ЛБВ.On figa presents a diagram of the CS spiral TWT.

ЗС спиральной ЛБВ (фиг.1а) с начальными значениями диаметра пролетного канала и шага ЗС (1) содержит участок (2) с изменяющимися значениями этих параметров.ZS spiral TWT (figa) with the initial values of the diameter of the passage channel and the step of the ZS (1) contains a plot (2) with varying values of these parameters.

На фиг.1б представлено схематическое изображение изменения диаметра пролетного канала (внутреннего диаметра ЗС) вдоль длины спиральной ЛБВ.On figb presents a schematic representation of changes in the diameter of the passage channel (inner diameter of the AP) along the length of the spiral TWT.

Диаметр пролетного канала имеет постоянное (3) и уменьшающееся плавно (4) или скачкообразно (5) значение.The diameter of the passage channel has a constant value (3) and decreases gradually (4) or stepwise (5).

На фиг.1в представлено схематическое изображение ЗС спиральной ЛБВ с изменяющимся вдоль длины шагом спирали.Figure 1c shows a schematic representation of the ST of a spiral TWT with a spiral pitch varying along the length.

ЗС типа спираль (фиг.1в) имеет постоянный шаг (6) и уменьшающийся плавно (4) или скачкообразно (5) шаг вдоль длины спиральной ЛБВ.ZS spiral type (figv) has a constant step (6) and decreasing smoothly (4) or stepwise (5) step along the length of the spiral TWT.

Максимально допустимое отношение уменьшенного и начального диаметров определяется из условия, что стартовый ток в статическом режиме за счет уменьшения диаметра возрос не менее чем в 1,15 раза. Как показали проведенные в [2] расчеты, такой рост стартового тока на скачке диаметра пролетного канала происходит при отношении частот π-вида второго и первого участков, составляющем 1,05. На частоте π-вида фазовый сдвиг на шаг ЗС равен π [3]. Исходя из определения фазового сдвига [4], можно записать:The maximum allowable ratio of reduced and initial diameters is determined from the condition that the starting current in static mode due to a decrease in diameter increased by at least 1.15 times. As calculations performed in [2] showed, such an increase in the starting current at the jump in the diameter of the passage channel occurs when the frequency ratio of the π-type of the second and first sections is 1.05. At the frequency of the π-type, the phase shift by the ST step is π [3]. Based on the definition of the phase shift [4], we can write:

Здесь f - частота, с - скорость света в вакууме, v_ф - фазовая скорость СВЧ-сигнала, h - шаг спирали.Here f is the frequency, c is the speed of light in vacuum, v _f is the phase velocity of the microwave signal, h is the helix pitch.

Заменяя с/v_ф в формуле (2) геометрическим замедлением (πd_cp/h) [4], где d_cp - средний диаметр спирали, который приближенно заменяем внутренним, найдем частоту π-вида, близкую к частоте самовозбуждения ЛБВ на минус первой пространственной гармонике f_-1 Replacing c / v _Φ in formula (2) with geometric deceleration (πd _cp / h) [4], where d _cp is the average spiral diameter, which is approximately replaced by the internal one, we find the π-type frequency close to the TWT self-excitation frequency by minus the first spatial harmonics f _-1

Поскольку частота самовозбуждения обратно пропорциональна диаметру пролетного канала, максимальная величина отношения диаметров второго и первого участков (d₂/d₁) при отношении частот π-вида, равном 1,05, составит 0,95. Тогда условие, которому должен удовлетворять минимальный диаметр пролетного канала d₂, запишется в видеSince the self-excitation frequency is inversely proportional to the diameter of the passage channel, the maximum ratio of the diameters of the second and first sections (d ₂ / d ₁ ) with a π-type frequency ratio equal to 1.05 will be 0.95. Then the condition, which must meet the minimum diameter of the passage channel d ₂ , is written in the form

Здесь d₁ - диаметр пролетного канала до начала участка с уменьшающимся диаметром.Here d ₁ is the diameter of the passage channel to the beginning of the section with decreasing diameter.

Из формулы (3) видно, что чем меньше диаметр пролетного канала d, тем больше частота самовозбуждения ЛБВ на обратной волне. Таким образом, с уменьшением диаметра пролетного канала частота самовозбуждения на обратной волне растет. И если, допустим, раньше она могла находиться в рабочей полосе частот, то уменьшением диаметра пролетного канала ее можно вывести за пределы рабочих частот и тем самым повысить устойчивость к самовозбуждению на обратной волне.It can be seen from formula (3) that the smaller the diameter of the passage channel d, the higher the frequency of self-excitation of TWTs in the backward wave. Thus, with a decrease in the diameter of the passage channel, the frequency of self-excitation on the backward wave increases. And if, say, earlier it could be in the working frequency band, then by reducing the diameter of the span channel it can be taken outside the working frequencies and thereby increase the resistance to self-excitation on the backward wave.

Кроме того, только уменьшение диаметра пролетного канала по направлению к выводу энергии, помимо роста сопротивления связи и обеспечения максимальной разницы фазовых скоростей минус первой пространственной гармоники (обратной волны) на участках с разными каналами, дает возможность реализовать оптимальные значения фазовых скоростей нулевой гармоники СВЧ-сигнала для получения максимального КПД. Покажем это.In addition, only a decrease in the diameter of the passage channel in the direction of energy output, in addition to increasing the coupling resistance and providing the maximum difference in phase velocities minus the first spatial harmonic (backward wave) in areas with different channels, makes it possible to realize optimal values of the phase velocities of the zero harmonic of the microwave signal for maximum efficiency. Show it.

Пусть есть два участка ЗС, 1 и 2, с одинаковыми шагами ЗС h и двумя разными зависимостями замедления (c/v_ф)₁ и (с/v_ф)₂ от длины волны λ (в частности, из-за разных значений диаметра пролетного канала). Обозначим замедление с/v_ф через n:Suppose that there are two sections of ZS, 1 and 2, with identical ZS steps h and two different dependences of deceleration (c / v _f ) ₁ and (c / v _f ) ₂ on wavelength λ (in particular, due to different values of the diameter of the span channel). Denote the deceleration with / v _f by n:

Здесь индексы 0 и -1 относятся к нулевой и минус первой пространственным гармоникам, а индексы 1 и 2 - к участкам 1 и 2.Here, indices 0 and -1 refer to zero and minus the first spatial harmonics, and indices 1 and 2 to sections 1 and 2.

Замедление m-й пространственной гармоники n_m определяется через замедление нулевой пространственной гармоники n₀ по формуле Релея [5]The deceleration of the m-th spatial harmonic n _m is determined by deceleration of the zero spatial harmonic n ₀ according to the Rayleigh formula [5]

где m - номер пространственной гармоники.where m is the number of spatial harmonics.

Тогда для минус первой пространственной гармоники на участках 1 и 2 можно записатьThen, for minus the first spatial harmonic in sections 1 and 2, we can write

Обозначая разницу в замедлении на прямой волне на участках 1 и 2 с одинаковым шагом h какDenoting the difference in deceleration in a direct wave in sections 1 and 2 with the same step h as

из (7) и (7') найдемfrom (7) and (7 ') we find

То есть разница в замедлении на минус первой пространственной гармонике на участках 1 и 2 равна разнице замедлений на прямой волне при одном и том же шаге ЗС h на обоих участках.That is, the difference in deceleration by minus the first spatial harmonic in sections 1 and 2 is equal to the difference in decelerations in a direct wave at the same ES step h in both sections.

Если теперь на одном из участков (например, на участке 2) изменить шаг ЗС h на h', то, считая, что в определенных пределах шаг ЗС пропорционален замедлению, можно записатьIf now in one of the sections (for example, in section 2) the pitch of the spacer h is changed to h ', then, considering that, within certain limits, the pitch of the spacer is proportional to the deceleration, we can write

Здесь все штрихованные величины записаны для участка с измененным шагом.Here, all the hatched values are recorded for the plot with a modified pitch.

Тогда разница по замедлению составитThen the difference in deceleration is

Учитывая, что на частоте π-вида n₀=-n_-1, для нее получимGiven that at the frequency of the π-type n ₀ = -n _-1 , for it we get

То есть разница по замедлению на обратной волне не равна разнице по замедлению на прямой волне.That is, the difference in deceleration in the backward wave is not equal to the difference in deceleration in the forward wave.

Для простого случая, когда (n₀)₁=(n₀)₂ (нет разницы по замедлению на прямой волне), найдемFor the simple case when (n ₀ ) ₁ = (n ₀ ) ₂ (there is no difference in deceleration in a direct wave), we find

При изменении шага так, чтоWhen changing the step so that

То есть разница по замедлению на прямой волне есть, а на обратной волне - нет.That is, there is a difference in deceleration in the forward wave, but not in the backward wave.

Обратимся к формуле (16). Если два участка имеют разные диаметры спирали, d₁ и d₂, то при прочих равных условиях (в частности, при равных шагах), если d₂>d₁, то (n₀)₂>(n₀)₁ и Δn>0.We turn to the formula (16). If two sections have different spiral diameters, d ₁ and d ₂ , then, ceteris paribus (in particular, with equal steps), if d ₂ > d ₁ , then (n ₀ ) ₂ > (n ₀ ) ₁ and Δn> 0.

При уменьшении шага (h/h'>1) так, чтоWith decreasing step (h / h '> 1) so that

а при уменьшении шага (h/h'>1) так, чтоand with decreasing step (h / h '> 1) so that

Из формул (16), (22) и (22') следует, что, независимо от степени уменьшения шага, выполняется неравенствоFrom formulas (16), (22) and (22 ') it follows that, regardless of the degree of step reduction, the inequality

то есть при увеличении диаметра пролетного канала (d₂>d₁) и уменьшении шага к концу ЗС разница в замедлении на прямой волне всегда больше, чем на обратной волне.that is, with an increase in the diameter of the passage channel (d ₂ > d ₁ ) and a decrease in the step toward the end of the GL, the difference in deceleration in the forward wave is always greater than in the reverse wave.

При увеличении шага (h/h'<1) так, чтоWith increasing step (h / h '<1) so that

а при увеличении шага (h/h'<1) так, чтоand with increasing step (h / h '<1) so that

Из формул (16), (22'') и (22''') следует, что, независимо от степени увеличения шага, при d₂>d₁ выполняется неравенствоFrom formulas (16), (22``) and (22 ''') it follows that, regardless of the degree of step increase, for d ₂ > d ₁ the inequality

то есть разница в замедлении на прямой волне всегда меньше, чем на обратной волне.that is, the difference in deceleration in the forward wave is always smaller than in the backward wave.

Рассмотрим случай уменьшения диаметра пролетного канала к концу ЗС (d₂<d₁). При постоянном шаге ЗС (h=h') справедливо неравенство (n₀)₂<(n₀)₁, то есть Δn<0.Consider the case of reducing the diameter of the passage channel to the end of the GL (d ₂ <d ₁ ). With a constant step of the GL (h = h '), the inequality (n ₀ ) ₂ <(n ₀ ) ₁ holds, i.e., Δn <0.

При уменьшении шага на участке 2, (h/h')>1, проведя выкладки, аналогичные формулам (21)-(23), получимWhen the step is reduced in section 2, (h / h ')> 1, having performed calculations similar to formulas (21) - (23), we obtain

то есть разница в замедлении на прямой волне всегда меньше, чем на обратной волне.that is, the difference in deceleration in the forward wave is always smaller than in the backward wave.

При увеличении шага на участке 2, (h/h')<1, придем к выражениюWith increasing step in section 2, (h / h ') <1, we arrive at the expression

то есть разница в замедлении на прямой волне всегда больше, чем на обратной волне.that is, the difference in deceleration in the forward wave is always greater than in the reverse wave.

Наиболее выгодными вариантами конструкции выходной секции ЛБВ с точки зрения подавления самовозбуждения на обратной волне являются те, при которых разница в замедлении на обратной волне больше, чем на прямой волне:The most favorable design options for the TWT output section from the point of view of suppressing self-excitation on the backward wave are those in which the difference in deceleration on the backward wave is greater than on the direct wave:

1) d₂>d₁, (h/h')<1, то есть h₂>h₁,1) d ₂ > d ₁ , (h / h ') <1, i.e. h ₂ > h ₁ ,

2) d₂<d₁, (h/h')>1, то есть h₂<h₁.2) d ₂ <d ₁ , (h / h ')> 1, i.e. h ₂ <h ₁ .

Однако вариант 1 с увеличением диаметра пролетного канала к концу ЗС невыгоден, во-первых, из-за уменьшения сопротивления связи на участке увеличения диаметра, а во-вторых, из-за того, что на этом участке для повышения КПД желательно иметь увеличение замедления прямой волны, которое не реализуется при увеличении шага h₂ сверх величины (d₂/d₁)h₁. Поэтому оптимальным является вариант 2 с уменьшением диаметра пролетного канала к концу ЗС, где шаг h₂ участка с уменьшающимся диаметром удовлетворяет условию h₂≤(d₂/d₁)·h₁.However, option 1 with an increase in the diameter of the passage channel to the end of the AP is disadvantageous, firstly, due to a decrease in the coupling resistance in the section of increasing diameter, and secondly, because in this section, to increase the efficiency, it is desirable to have an increase in the deceleration of the straight line waves, which is not realized with increasing step h _{2 in} excess of (d ₂ / d ₁ ) h ₁ . Therefore, option 2 is optimal with decreasing the diameter of the passage channel to the end of the AP, where the step h _{2 of the} section with decreasing diameter satisfies the condition h ₂ ≤ (d ₂ / d ₁ ) · h ₁ .

Если при уменьшении диаметра пролетного канала, d₂<d₁, выполняется условие, что (h/h')>[(n₀)₁/(n₀)₂], то разность замедлений на минус первой пространственной гармонике, согласно формуле (16), составит величину, превышающую 2Δn:If, with a decrease in the diameter of the passage channel, d ₂ <d ₁ , the condition is satisfied that (h / h ')> [(n ₀ ) ₁ / (n ₀ ) ₂ ], then the difference in decelerations by minus the first spatial harmonic, according to the formula ( 16) will amount to more than 2Δn:

Таким образом, вариант с уменьшением диаметра к концу ЗС и уменьшением шага является наиболее устойчивым к возбуждению на обратной волне и самым оптимальным с точки зрения повышения КПД.Thus, the option of decreasing the diameter to the end of the SW and decreasing the step is the most resistant to back-wave excitation and the most optimal from the point of view of increasing efficiency.

Все вышеизложенное иллюстрируется графиками, представленными на фиг.2.All of the above is illustrated by the graphs presented in figure 2.

На фиг.2а представлен случай постоянного шага спирали h=h₁=h₂ при увеличивающемся диаметре пролетного канала, d₂>d₁, описываемый формулой (9). На нем приведены дисперсионные характеристики (зависимости замедления n от частоты) минус первой [d₁(-1), d₂(-1)] и нулевой [d₁(0), d₂(0)] пространственных гармоник, точки пересечения которых соответствуют частотам π-вида. Видно, что замедление на участке 2 больше замедления на участке 1. На столько же разнятся замедления на минус первой пространственной гармонике при одной и той же частоте. Частоты π-вида участков 1 и 2 также различны. Все это обеспечивает повышение устойчивости ЛБВ к самовозбуждению на обратной волне.Figure 2a shows the case of a constant helix pitch h = h ₁ = h ₂ with increasing diameter of the passage channel, d ₂ > d ₁ , described by formula (9). It shows the dispersion characteristics (the dependence of deceleration n on frequency) minus the first [d ₁ (-1), d ₂ (-1)] and zero [d ₁ (0), d ₂ (0)] spatial harmonics, the intersection points of which correspond to π-type frequencies. It can be seen that the deceleration in section 2 is larger than the deceleration in section 1. The decelerations at minus the first spatial harmonic differ by the same amount at the same frequency. The π-type frequencies of sections 1 and 2 are also different. All this provides an increase in the resistance of TWT to self-excitation on the backward wave.

На фиг.2б приведены дисперсионные кривые для увеличивающихся диаметра пролетного канала, d₂>d₁, и шага ЗС, h₂'>h₁, когда дисперсионные кривые нулевых пространственных гармоник для обоих каналов сливаются между собой. Этот случай описывается формулой (18). Разница замедлений на минус первой гармонике между участками 1 и 2 велика и, следовательно, устойчивость к самовозбуждению на обратной волне высокая. Но при этом дисперсионная кривая минус первой гармоники на участке 2 сдвигается в сторону меньших частот и может оказаться в рабочей полосе, что может препятствовать повышению устойчивости к самовозбуждению. Кроме того, за счет снижения сопротивления связи будет снижаться КПД. Если поменять индексы 1 и 2 на фиг.2б местами, то она будет описывать случай уменьшающихся диаметра и шага к концу ЗС. При этом из-за роста сопротивления связи возрастет КПД и устойчивость к самовозбуждению на обратной волне высокая.Figure 2b shows the dispersion curves for the increasing diameter of the passage channel, d ₂ > d ₁ , and the pitch of the spacer, h ₂ '> h ₁ , when the dispersion curves of zero spatial harmonics for both channels merge with each other. This case is described by formula (18). The difference between the decelerations at minus the first harmonic between sections 1 and 2 is large and, therefore, the resistance to self-excitation in the backward wave is high. But at the same time, the dispersion curve minus the first harmonic in section 2 is shifted toward lower frequencies and may be in the working band, which may impede the increase in resistance to self-excitation. In addition, by reducing the coupling resistance, the efficiency will decrease. If we change the indices 1 and 2 in fig.2b in places, then it will describe the case of decreasing diameter and step to the end of the AP. In this case, due to an increase in the coupling resistance, the efficiency will increase and the resistance to self-excitation on the backward wave will be high.

На фиг.2в показаны дисперсионные кривые для увеличивающегося диаметра пролетного канала, d₂>d₁, и уменьшающегося шага ЗС, h₂'<h₁, когда дисперсионные кривые минус первой пространственной гармоники для обоих каналов сливаются между собой. Этот случай описывается формулами (19), (20). Для него никакого повышения устойчивости к самовозбуждению не произойдет, хотя скачок по замедлению на прямой волне очень большой.Figure 2c shows the dispersion curves for the increasing diameter of the passage channel, d ₂ > d ₁ , and the decreasing pitch of the spacer, h ₂ '<h ₁ , when the dispersion curves minus the first spatial harmonic for both channels merge with each other. This case is described by formulas (19), (20). For him, no increase in resistance to self-excitation will occur, although the jump in deceleration in a direct wave is very large.

На фиг.2г показаны дисперсионные кривые нулевой и минус первой пространственных гармоник (прямой и обратной волны) для уменьшающегося к концу ЗС диаметра пролетного канала, d₂<d₁, и уменьшающегося шага ЗС, h₂'<h₁, когда замедление нулевой гармоники растет. Этот случай описывается соотношением (24). Здесь различие фазовых скоростей минус первой гармоники достаточно велико, а дисперсионная кривая ее для участка 2 смещена в сторону больших частот. Все это обеспечивает высокую устойчивость к самовозбуждению на обратной волне. За счет уменьшения диаметра растет сопротивление связи, и, следовательно, КПД, который повышается также за счет увеличения замедления прямой волны к концу ЗС.Figure 2g shows the dispersion curves of zero and minus the first spatial harmonics (forward and backward waves) for the diameter of the passage channel decreasing towards the end of the ZS, d ₂ <d ₁ , and the decreasing step of the ZS, h ₂ '<h ₁ , when the deceleration of zero harmonic is growing. This case is described by relation (24). Here, the difference in phase velocities minus the first harmonic is quite large, and its dispersion curve for section 2 is shifted toward higher frequencies. All this provides high resistance to self-excitation on the backward wave. By reducing the diameter, the coupling resistance increases, and, consequently, the efficiency, which also increases due to an increase in the deceleration of the direct wave towards the end of the GL.

Таким образом, именно уменьшение диаметра пролетного канала (внутреннего диаметра ЗС типа спираль) на некотором участке ЛБВ перед выводом энергии в сочетании с меньшим шагом ЗС обеспечивает наиболее сильное повышение устойчивости к самовозбуждению на обратной волне при одновременном повышении электронного КПД.Thus, it is precisely the reduction in the diameter of the passage channel (the internal diameter of a spiral coil type ES) in a certain TWT section before the energy output, in combination with a smaller pitch of the CS that provides the strongest increase in the resistance to self-excitation in the backward wave while increasing the electronic efficiency.

Источники информацииInformation sources

1. Fleury G., Devillé С, and Kuntzmann J.-С. Average power limits of brazed-helix TWT's // Intern. Electron Devices Meet. Washington, D.C. - New York, 1980. P.806-809.1. Fleury G., Devillé C, and Kuntzmann J.-C. Average power limits of brazed-helix TWT's // Intern. Electron Devices Meet. Washington, D.C. - New York, 1980. P.806-809.

2. Ильина E.M., Мятежников С.А., Поляков И.В. Мощная широкополосная лампа бегущей волны со скачками диаметра пролетного канала. // Радиотехника и электроника. 2007. Т.52, №8. С.1018-1023.2. Ilyina E.M., Mitezhnikov S.A., Polyakov I.V. Powerful broadband traveling wave lamp with jumps in diameter of the passage channel. // Radio engineering and electronics. 2007. V. 52, No. 8. S.1018-1023.

3. Кудряшов В.П. Побочные колебания в широкополосных ЛБВО (по данным отеч. и зарубежн. печати за 1952-1972 гг.): Обзоры по электронной технике. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1977. Сер.1, Электроника СВЧ. Вып.3 (442). 85 с.3. Kudryashov V.P. Side fluctuations in broadband LBVO (according to the paternal and foreign press for 1952-1972): Reviews on electronic technology. - M.: Central Research Institute "Electronics", 1977. Ser. 1, Microwave Electronics. Issue 3 (442). 85 sec

4. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы. - М.: Сов. радио, 1966. 632 с.4. Silin R.A., Sazonov V.P. Slow down systems. - M .: Owls. Radio, 1966.632 s.

Claims (1)

Широкополосная лампа бегущей волны (ЛБВ), содержащая замедляющую систему (ЗС) типа спираль, отличающаяся тем, что имеет на выходе участок, диаметр пролетного канала d (внутренний диаметр ЗС) которого плавно или скачкообразно уменьшается по направлению к выводу энергии, при этом минимальный диаметр пролетного канала d₂ на участке удовлетворяет условию d₂≤0,95d₁, а шаг спирали на отрезке этого участка h₂ удовлетворяет условию h₂≤(d₂/d₁)·h₁, где d₁ и h₁ - диаметр пролетного канала и шаг спирали до участка с уменьшающимся диаметром соответственно. A traveling-wave broadband lamp (TWT) containing a spiral system (ZS) of the spiral type, characterized in that it has a section at the exit whose span channel diameter d (inner diameter of the ZS) decreases smoothly or stepwise towards energy output, with the minimum diameter the span channel d ₂ in the section satisfies the condition d ₂ ≤0.95d ₁ , and the spiral pitch in the segment of this section h ₂ satisfies the condition h ₂ ≤ (d ₂ / d ₁ ) · h ₁ , where d ₁ and h ₁ is the diameter of the span channel and spiral pitch to the area with decreasing diameter, respectively.

Images