Результат интеллектуальной деятельности: ШИРОКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к согласующим устройствам замедляющих систем (ЗС) сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов О-типа с длительным взаимодействием.

Известна конструкция ЗС (см. патент РФ №2648235 «Замедляющая система» от 22.11.2016, авторов А.Ф. Липатова, И.В. Ошкина, МПК: Н01J 23/24, опубл. 09.01.2018 Бюлл. №9), выполненная в виде периодической последовательности одинаковых колец, соединенных между собой перемычками, а перемычки каждого последующего кольца определенным образом смещены относительно предыдущего кольца. ЗС такого типа представляет собой модификацию широко известной конструкции ЗС типа «кольцо-перемычка» (Силин Р.А. Периодические волноводы. М: ФАЗИС, 2002, рис. 2.3, с. 16) и применяется в широкополосных СВЧ приборах дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн.

Для согласования электромагнитных полей в ЗС такого типа используется конструкция согласующего устройства (А.И. Астайкин, К.В. Троцюк, С.П. Ионова, В.Б. Профе. Теория и техника СВЧ. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2008, рис. 4.73, с. 215), содержащее металлический цилиндрический корпус с постоянным диаметром, внутри которого установлены резонаторы ЗС. В такой конструкции подводящая коаксиальная линия устанавливается перпендикулярно продольной оси резонаторов ЗС, а ее центральный проводник, подсоединяется непосредственно к резонатору, который идентичен резонаторам ЗС и является ее периодическим продолжением. Для обеспечения заданного уровня согласования в полосе пропускания ЗС используется принцип плавного изменения размеров и формы коаксиальной подводящей линии и ее поперечные размеры выбирают гак, чтобы отражения от соединения с резонатором ЗС были минимальными.

Однако такая конструкция согласующего устройства позволяет получить удовлетворительное согласование только на центральной частоте в узком диапазоне частот полосы пропускания ЗС, что ограничивает ее практическое использование. Кроме того, отклонение поперечных размеров подводящей коаксиальной линии от оптимальных значений приводит к значительному увеличению неравномерности частотной зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) во всей полосе пропускания ЗС. Высокие значения КСВ и сильная неравномерность его частотной зависимости ограничивает полосу пропускания и снижает электрическую прочность ЗС и СВЧ прибора в целом.

Вышеуказанная конструкция согласующею устройства является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому широкополосному согласующему устройству ЗС, и поэтому выбрана в качестве прототипа.

Недостатком указанного согласующего устройства является невозможность обеспечения требуемого уровня согласования ЗС с полосой пропускания более 20%.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание широкополосного согласующего устройства ЗС, обладающего требуемым уровнем неравномерности частотной зависимости КСВ во всей полосе пропускания ЗС.

Достигаемый технический результат заключается в уменьшении неравномерности частотной зависимости КСВ в широкой полосе пропускания ЗС.

Для достижения технического результата в широкополосном согласующем устройстве ЗС, содержащем металлический цилиндрический корпус, внутри которого установлен резонатор, являющийся периодическим продолжением ЗС, центральный проводник подводящей коаксиальной является то, что внутренняя поверхность корпуса имеет разные диаметры, в наименьшем из которых установлен резонатор, состоящий из двух частей, одна часть которого выполнена в виде круглого волновода и соединена с помощью перемычек с другой частью резонатора, выполненной в виде последовательности одинаковых колец, соединенных между собой перемычками, причем перемычки каждого последующего кольца смещены относительно предыдущего кольца, а одна из перемычек, расположенная между крайними кольцами со стороны ЗС, соединена с центральным проводником подводящей коаксиальной линии.

Новая совокупность существенных признаков позволяет обеспечить в заданном сечении ЗС выполнение условий пространственного равенства волновых сопротивлений и формирование равномерного распределения электромагнитного поля и, как следствие, требуемый уровень согласования в широкой полосе пропускания ЗС.

На фиг. 1 представлен в разрезе продольный вид конструкции широкополосного согласующего устройства ЗС, а на фиг. 2 - изометрический вид конструкции.

На фиг. 3 представлена экспериментальная частотная зависимость КСВ ЗС с полосой пропускания 22%.

Широкополосное согласующее устройство ЗС состоит из металлического цилиндрического корпуса 1, внутри которого установлены резонаторы 2 и 3. Резонатор 2 идентичен остальным резонаторам ЗС и крепится в корпусе 1 с помощью диэлектрических опор 4. Центральный проводник подводящей коаксиальной линии 5 соединен с резонатором 3 в месте расположения перемычки 6.

Широкополосное согласующее устройство ЗС работает следующим образом.

В СВЧ приборе в результате прохождения электронного потока вдоль ЗС на резонаторах 2 и 3 наводятся электрические токи, которые приводят к возбуждению переменного электрического и магнитного полей. Требуемая компонента электрического поля с максимальной амплитудой формируется в области резонатора 2 в сечении перемычки 6. За счет отсутствия неоднородностей и равенства волновых сопротивлений энергия электромагнитного поля через подводящую коаксиальную линию 5 транспортируется во внешнюю нагрузку с минимальными отражениями. При таком построении широкополосного согласующего устройства ЗС, уровень согласования и неравномерность частотной зависимости КСВ определяется соотношением значений внутренних диаметров корпуса 1 и их продольного размера, а также поперечными размерами подводящей коаксиальной линии 5, что в совокупности позволяет расширить функциональные возможности.

Предлагаемая конструкция широкополосного согласующего устройства ЗС была успешна реализована в резонансном СВЧ генераторе О-типа дециметрового диапазона. Согласно представленной на фиг. 3 зависимости согласование достигается во всей полосе пропускания ЗС.