ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МПФС В МНОГОЛУЧЕВЫХ ЛЕВ САНТИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА. ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ

February 18, 2013 by admin Комментировать »

Румянцев С. А., Галдецкий Л. В., Голеницкий И. И., Духина Н. Г. Федеральное государственное унитарное предприятие «НПП Исток» Вокзальная 2а, г. Фрязино, 141190, Россия факс: (095)9749013, e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Аннотация – Рассмотрены основные принципы построения многолучевых ЛБВ сантиметрового диапазона с фокусировкой электронного потока полем МПФС. Предложены и исследованы конструкции замедляющей системы (ЗС), совмещенной с фокусирующей системой, многолучевой электронно-оптической системы (МЭОС).

I.                                       Введение

Использование многолучевых электронных потоков в ЛБВ средней и высокой мощности позволяет достичь высоких параметров прибора (КПД, рабочая полоса) при сравнительно низких ускоряющих напряжениях. Однако до последнего времени был известен только один успешный пример реализации многолучевой ЛБВ – односекционная прозрачная ЛБВ [1] Эти приборы прекрасно себя зарекомендовали при работе в многорежимных усилительных цепочках. Вместе с тем наличие двух вакуумных приборов не всегда удобно и актуальной является задача повышения коэффициента усиления многолучевых ЛБВ. Достижение коэффициента усиления более

20  дБ возможно только в многосекционной ЛБВ. При этом из-за увеличения длины пространства взаимодействия катастрофически растет масса магнитной фокусирующей системы с однородным полем.

В настоящей работе предложены и исследованы конструкции ЗС, совмещенной с МПФС, для компактных многолучевых ЛБВ С-, X- и Ки- диапазонов мощностью от нескольких сот ватт до нескольких киловатт, с высоки коэффициентом усиления, сравнительно низким рабочим напряжением.

II.                              Конструкция ЗС

Основные принципы построения ЗС, совмещенной с МПФС, проиллюстрируем на примере ЗС для широкополосной ЛБВ С-диапазона мощностью несколько кВт.

Применение многолучевой конструкции позволяет снизить напряжение до 13-15 кВ, уменьшить габариты и массу прибора.

Проектирование ЗС многолучевой ЛБВ, совмещенной с МПФС, представляет собой сложную, во многом противоречивую задачу. Диафрагмы ЗС являются одновременно полюсными наконечниками МПФС, и если с точки зрения электродинамики их следует делать как можно тоньше для повышения сопротивления связи, то с точки зрения магнитостатики, наоборот, как можно толще во избежание насыщения. Это противоречие нужно учитывать уже на этапе выбора основных электрических параметров ЛБВ. Препятствием для прохождения магнитного потока являются щели связи, что может ограничивать рабочую полосу прибора. Следует также обращать внимание на расположение пролетных каналов с учетом максимального сопротивления связи, минимальных поперечных составляющих магнитного поля и отсутствия насыщения перемычек между каналами. Проектирование такой ЗС представляет собой итерационную процедуру электродинамических и магнитостатических расчетов.

На рис. 1 приведена конструкция модифицированной ЗС типа цепочки связанных резонаторов, спроектированной для многолучевой ЛБВ с МПФС. ЗС имеет по две щели связи нестандартной формы на каждой диафрагме Расположение пролетных каналов также несколько отличается от традиционного.

Расчет показывает, что двухсекционная ЛБВ, построенная на такой ЗС, может иметь усиление более 40 дБ и выходную мощность более 4 кВт в полосе частот более 10 %.

Рис. 1. Замедляющая система.

Fig. 1. Slow wave system

III.  Система фокусировки многолучевого потока полем МПФС

МПФС содержит ряд продольно намагниченных кольцевых магнитов 1, установленных на оболочке прибора и разделенных наружными ступицами в виде колец 2 из магнитного материала (Рис. 2). Магнитные кольца ориентированы по отношению друг к другу одноименными полюсами, их высота (в продольном направлении Z) выбрана таким образом, что боковые стенки резонаторов являются продолжением наружных ступиц внутри вакуумной оболочки прибора. В пролетных каналах, образованных рядом соосно расположенных круглых отверстий 4 в полюсных наконечниках 5 (ПН) и магнитных стенках резонаторов, формируется фокусирующее парциальные электронные пучки пространственно периодическое магнитное поле.

Особенность МПФС для многолучевых ЛБВ на ЦСР состоит в том, что в магнитных стенках резонаторов кроме отверстий 4 для пропускания пучков имеются еще щели 3 для связи между резонаторами по ВЧ полю. Они сужают площадь поперечного сечения магнитопровода и способствуют насыщению магнитного материала на периферии внутривакуум- ной части магнитопровода, что в свою очередь приводит к снижению амплитуды фокусирующего магнитного поля и ограничивает возможности повышения первеанса парциальных электронных пучков в многолучевом электронном потоке. Отсутствие осевой симметрии в расположении щелей связи относительно оси МПФС, равно как и насыщение магнитного материала в тонких перемычках между отверстиями 4, нарушает осевую симметрию магнитного поля относительно осей парциальных каналов, приводит к увеличению поперечной составляющей индукции поля на осях парциальных каналов и ухудшению то ко прохождения на коллектор.

Рис. 2. Встроенная МПФС (фрагмент % системы с катодным ПН). 1 -кольцевые магниты, 2 – ступицы МПФС, 3 – щель связи между резонаторами, 4 – отверстия пролетных каналов, 5- катодный ПН.

Fig. 2. Built-in PPM (1/4 of total). 1 – ring magnets, 2 – PPM disks, 3 – couples between cavities, 4 – transit channels, 5 – cathode magnetic shield

Проведенные исследования показали, что в рассматриваемом частотном диапазоне можно одновременно выполнить требования по электродинамике, электронике и фокусировке многолучевого потока полем МПФС.

Рис. 3. Траектории электронов в ячейке пушки (а) и пролетном канале (Ь) МЭОС.

Fig. 3. Electron trajectories in gun region (a) and interaction space (b)

Вследствие асимметрии элементов конструкции магнитной системы расчет магнитной системы проводился по трехмерной модели [2].

Требуемые параметры МПФС (амплитуда Bzo = 2200 Гс, период 10.8 мм) получены путем выбора оптимального нестандартного профиля щели связи

3   и увеличения толщины ступиц 2. Снижение до безопасного уровня (0.1 – 0.2 % от Bzo) поперечной составляющей магнитного поля вдоль осей пролетных каналов достигнуто за счет оптимального выбора диаметра и высоты выступов в центральной части магнитопровода, где расположены отверстия пролетных каналов для парциальных пучков.

Для формирования многолучевого электронного потока может быть использована стандартная конструкция МЭОС с количеством сферических эмиттеров N=8, расположенных на плоской поверхности катода с одним общим подогревателем. Вследствие малой величины поперечной составляющей индукции поля на осях пролетных каналов расчет МЭОС проводился в однолучевом приближении. Результаты траекторного анализа одной ячейки (с микропервеасом 0.65 мкА/В^^^) и пролетного канала приведены на Рис.З.

IV.                                   Заключение

Создание низковольтных малогабаритных многолучевых ЛБВ с МПФС см- диапазона позволит создать передающие СВЧ-модули нового поколения для связи и радиолокации.

V.                          Список литературы

[1] Sazonuv в. V., Pobedonostsev А. S. Multiple – beam multi- mode «transparent» TWTs amplifying chains on their basis. Electron. Techn., ser.1, no.2, pp.5 – 8, 2003, Electronica SVCH.

[2] Golenitskij I. I, Dukhina N. G., Kanevsky. E. I. A comprehensive computation of 3D electron optic and magnetic focusing systems. Electron. Techn., ser.1, no.2, pp.55-6, 2003, Electronica SVCH.

CM-RANGE MULTIBEAM TWT WITH PPM. PROBLEMS AND SOLUTIONS

S.                     A. Rumyantsev, A. V. Galdetsky,

I.                            I. Golenitsky, N. G. Dukhina FSUE «RPC Istok»

Vokzalnaja 2a, Fryazino, 141190, Russia Fax: (095)9749013, e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Abstract – The project of multibeam TWT with PPM is presented. Main problems and advantages of design of multibeam Slow wave system combined with PPM are discussed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты