Выбор конструкции спиральной замедляющей системы - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной

Применение в ЛБВ спиральной замедляющей системы классической конструкции (рис.2.2.), то есть представляющей собой спираль, закрепленную в металлическом экране с помощью диэлектрических опор круглого или прямоугольного сечения, которая обладает нормальной дисперсией, позволяет обеспечить полосу усиливаемых частот ЛБВ не более октавы [1].

классическая конструкция вч-блока

Рис.2.2. Классическая конструкция ВЧ-блока.

1-Спираль; 2-Диэлектрические опоры; 3-Металлический экран.

Создание ЛБВ с более широкой полосой усиливаемых частот достигается применением замедляющей системы со слабо аномальной или нулевой дисперсией. Однако получение ее сопровождается падением сопротивления связи по сравнению с системами с нормальной дисперсией, чем обуславливается более низкий КПД, но этот шаг позволяет расширить полосу усиливаемых частот до двух октав. Анализ работы замедляющей системы показывает, что ограничение полосы частот усиливаемых сигналов в ЛБВ определяется двумя факторами:

    1) Отсутствием синхронизма, обусловленного изменением электродинамических характеристик замедляющей системы (коэффициента замедления и сопротивления связи) в частотном диапазоне. 2) Уменьшением коэффициента усиления вследствие уменьшения электрической длины прибора.

Длинноволновая граница в случае нулевой и аномальной дисперсии определяется, главным образом, вторым фактором, а при нормальной дисперсии - первым. Коротковолновая граница всегда определяется только первым фактором.

Первым способом получения замедляющей системы с нулевой или аномальной дисперсией для расширения полосы ЛБВ является приближение экрана к спирали (рис.2.3.).

приближение экрана к спирали

Рис.2.3. Приближение экрана к спирали.

Сопротивление связи в такой замедляющей системе становится очень низким и, следовательно, получить большие значения КПД в таком приборе невозможно.

Другим способом является введение в замедляющую систему азимутальной анизотропной проводимости (Этот способ был предложен Пчельниковым Ю. Н.). Одной из первых была теоретически рассмотрена замедляющая система с введенными между спиралью и экраном проводящими стержнями, расположенными по окружности параллельно оси системы (рис.2.4.). Изменяя положение ребер и зазор между ними и спиралью, можно изменить наклон дисперсионной характеристики и перейти из нормальной дисперсии в аномальную. Сопротивление связи такой системы оценивается приближенно.

конструкция замедляющей системы, позволяющая получить аномальную дисперсию

Рис.2.4. Конструкция замедляющей системы, позволяющая получить аномальную дисперсию.

1-Спираль; 2-Продольные ребра; 3-Металлический экран.

Анализ влияния ширины продольных стержней и их расстояния от спирали на дисперсию показал, что влияние на замедление при одинаковой дисперсии тем слабее, чем меньше ширина стержней и больше расстояние от них до спирали.

В конструкции замедляющей системы, изображенной на рис.2.5, рис.2.6, рис.2.7, используя металлический экран с продольными ребрами различной конфигурации, варьируя число ребер, ширину и расстояние от них до спирали, можно получить нулевую, смешанную или аномальную дисперсии.

изменение ширины продольных стержней

Рис.2.5. Изменение ширины продольных стержней.

изменение числа ребер

Рис.2.6. Изменение числа ребер.

изменение высоты ребер

Рис.2.7. Изменение высоты ребер.

В разное время было предложено большое количество конструкций спиральных замедляющих систем с азимутально-анизотропной проводимостью экрана, но в силу своей нетехнологичности, малоэффективности и неустойчивости конструкции не используются в практике. Были отобраны те, которые отвечают вышеперечисленным требованиям. Рассмотрим две такие конструкции, изображенные на рис.2.8(N1) и рис.2.9(N2): Спираль 1 закреплена в металлическом корпусе 4 с использованием трех диэлектрических штабиков (опор) 2. Азимутально-анизотропная проводимость обеспечивается металлическими ребрами различной конфигурации 3.

Теоретический анализ позволил определить основные закономерности влияния количества, размера ребер и их расстояния от спирали на дисперсию и сопротивление связи. Установлено, что характер дисперсии сильно зависит от высоты ребер. Сопротивление связи уменьшается с ростом высоты ребер, причем в большей мере в длинноволновой части диапазона.

Увеличение, как ширины, так и количества ребер приводит к росту замедления, но число ребер влияет более существенно. При этом сопротивление связи с шестью узкими ребрами оказывается намного больше, чем сопротивление связи в системе с тремя широкими ребрами.

По результатам можно сделать вывод, что при одном и том же изменении дисперсии уменьшение сопротивления связи будет меньше, если это изменение достигнуто за счет увеличения числа ребер при сохранении их формы, а не наоборот. Кроме того, показано, что применение экрана с продольными ребрами позволяет получить аномальную дисперсию при значениях сопротивления связи в 1,52 раза больших, чем при приближении оболочки к спирали в конструкции замедляющей системы с изотропным экраном. Исследования показали одинаковую эффективность спиральной замедляющей системы (рис.2.8.) и (рис.2.9.), причем N1 рекомендован как более технологичный, а N2 как более эффективный. Проведенное сравнение замедляющей системы с металлокерамическими стержнями(рис.2.8.) и замедляющей системы с шестью продольными ребрами (рис.2.4.) показало, что при одной и той же аномальной дисперсии в двухоктавной полосе частот сопротивление связи в приборе с металлокерамическими стержнями выше. Это объясняется тем, что использование металлокерамических стержней в ВЧ пакете позволяет значительно уменьшить объем диэлектрика и, соответственно, снизить диэлектрические потери. Но в то же время сопротивление связи такой замедляющей системы ниже, чем в замедляющей системе с изотропным экраном с нормальной дисперсией (рис.2.2.).

вариант n1 конструкции замедляющей системы

Рис. 2.8. Вариант N1 конструкции замедляющей системы.

    1 - спираль; 2 - диэлектрический штабик; 3 - металлическое ребро; 4 - металлический экран.

Далее сравнили N1 и N2 (при одинаковой дисперсии, в одном диапазоне частот), сопротивление связи N2 больше, чем N1. Это обьясняется тем, что во второй конструкции 10 ребер против 6 в первой и ребра во второй конструкции тоньше, чем в первой. Диэлектрические потери больше во второй конструкции, так как объем диэлектрика круглых опор больше объема штабиков, влияние этих потерь сказывается на к. п. д.

вариант n2 конструкции замедляющей системы

Рис. 2.9. Вариант N2 конструкции замедляющей системы.

    1 - спираль; 2 - диэлектрическая опора ; 3 - металлическое ребро; 4 - металлический экран.

Анализ конструкций ЗС показал, что обе замедляющие системы с металлокерамическими опорами (штабиками) эффективно взаимодействуют с пучком электронов, при этом не теряя свое свойство сверхширокополосности. Однако конструкция замедляющей системы N1 была выбрана для проектирования ЛБВ с заданными параметрами. Это связано с тем, что в ЗС N1 диэлектрические опоры имеют большую площадь соприкосновения со спиралью, что обеспечивает лучший теплоотвод от нее. Поэтому ЗС конструкции N1 используют в ЛБВ с большей мощностью, чем ЗС конструкции N2. Также конструкция N1 является наиболее технологичной.

Похожие статьи




Выбор конструкции спиральной замедляющей системы - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной

Предыдущая | Следующая