Многорядная замедляющая система штыревого типа

ОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2 ЯВЩАЯ СИСТЕ сотОз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСНУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕПАТЕНТНОЕТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исспедовательский институт механикии физики Саратовского государственного универОЮЖ апИ 6 Щ А 1(54) МНОГОРЯДНАЯ ЗАМА ЩТЫРЕВОГО ТИПАИзобретение относится к области констру:.рованил приборов и устройств СВЧ, вчаСтНОСтИ К МНООРЯДНЫМ ЗаМЕДЛЯЮЩИМ СИстемам (ЗС), находящим применение в приборах СВЧ типа ламп. бегущей волны и лампОбратной волны.Цель изобретения - подавление паразитных колебаний в широком диапазоне частот,Данное изобретение позволяет такжесохранить параметры Оабочега типа волныбез существенных усложнений конструкциио нарушений области пространства взаимодействия.На фиГ. 1 изображена плтирЯДнзяВстречна-штыревал замедляющая системав разрезе, в плоскости, перпендикулярнойштырям 1, Ограниченная двумя стенками г;на фиг. 2 приведено поперечн(ое распред, ление здектрического доля ею" (е (еаза"- значение поодальнай компоненты поля вточках )(; Е- ампли 1 уда поля) основнОГОи высших типов волн в пятирядной замедляющей системе с разным расположением ограничивающих стенок; нэ фйг. 3 поиведеназависимость коэффициентов усредненияквадрата поля типов ВОлн мноГорядной си"стемы бх о Г попеРечного сдвига фазь полл между рядами - 01 я, нз фи Г,и ОстрОена зэвискмасть каэ ффи абие тз/ПОДЗЭЛЕНИЯ Г;и = д х;/".хп 1 ОТ 7 Дщ Дйя ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО ТИПОВ ВОЛНЫ ПЯТИРЯДНОйзамедля 1 ощей системы.Доцавдение пзрвзитнцх кадебаний соОтвстствующих Высшим типам волн, в данной многорядной звмеддяющгй системе. штыревага типа объясняегся тем (оактам,чта изменение расположения ограничивающих стенок сущест венно изменяет поперечное распределение поля и соответственноусредненную Величину еГО для различныхтипов волн, Подбирал зто паложение, можн О Добитьсл значительного снижения усреДненнога поля высших типов воли поотношению к основному и тем самым снизить эффективность возбуждения их в СВЧприборе.Влияние расположения Ограничивающих стенок на поперечное распределениеполя различных типов волн (а = 1, 2, Э)плтирядной системы штцревого типа проиллюстрировано .На фиг, 2 (расположениерядов и стенок дано схематично). Кривыераспределения рассчитаны по формулам,полученным в предложении, так., что потенциалы подл на штцрях в направлении оси хизменяются по синусоидальному закону сфззовым сдвигом фл между рядами, завиСЯЩИМ ДДЯ Да ННОй ЗаМЕДЛГНОЩЕй СИСТЕМЫ ОТ расстояния Р межДу крайним рядом и стенкой. Пунктирные линии соответствуют случаю расположения стенок в плоскостяхИ5симметрии системы (Р =. - ), сплошные - случаю, когда Р = 5 щ Как Виднс из фиг,р, поперечное распределение поля в многорядной системе носит сложнцй характер, поэтому при определении эффективности 10 взаимодействия его с электронным пучком,характеризующей также и эффективность возбуждения данного типа волны, необходимо усреднять значение поля по оси х.Исследование зависимости коэффици ентз усреднения квадрата поля высших типов Волн системы с различным числам рядоВ от фазового сдвига ф:, определяемого величиной Р;1 Еги(х)(ххедауд е,(о )2-показало надичие областей Гпзх и щи нэ 25 кривыхдхд( Ф)(см.фиг,З).Величина фг. Может быть определеналибо экспериментально -. по двум значениям квадрата Паля, иэмере 1 ным В разных точках Х 3 и х 2 между рядами, или на Основа .В нии упрощающего предположения, чта В направлении аси х междц Огоаничиваюшими стенками ппи произвольном рэссгаянии УКДЗД 7 ВЗТГф(ЕДОЙ ЧифРО г 1 ЗПИ рнии ПОРЦ соответствчощих индексу типа водны щ (как а 5 -ф И В СЛУЧЭЕ ПЭСПОЛажбНИЯ СТЕНОК Б ПЛОСКО1/,стях симметрии системы при Р .= - "), тогда4 О У "Е",7 п,5 В+И - 1аким Обвазом рзсподагая Огоаничивающие стенки нз расстоянии Р, соответствующем еп дхп доя данного высшего типа волны, можно добиться снижения эффективности его возбуждения в СВ 1+приборе.Необходимо также отметить, что величина ф п 1 не зависю от частоты, и снижение уровня поля Высшего типа волны за счет подбора положения стенок осуществляется во всей полосе частот данного 1 ипа Волны, т.е, в отличие От прототипа В данном случае подавление параэитных колебаний широкоголосно,Для определенияП 1 пни, соответствующего минимальным значениям коэффициента УСКОРЕНИЯ д хщ, НЕОбХОДИМО ПРОДИффЕРЕНЦИРОВатЬ ЭЗВИСИМОСГЬ д х(ф;и) И, ПРИРаВНЯВ ЕЕ нулю, найти корни зтао уравнения, затем1256595 исследовать их на ви. Подобные выкладки довольно громоздки ввиду сложности выражений Е 2 в/х/Ег и соответственно д хп, поэтому для определения фп ви использовался более простой подход. Было уста новлено, что при усреднении дискретных величин Е . - амплИтуд поля над штыряЦми, где М - 1,2й - номер ряда, и при усреднении поля по,непрерывной координате х полажение.ви коэффициента усред нения сохраняется неизменным. Следовательно, фа ви можно определить .из боле простого выражения - коэффициента усреднения амплитуд поля над штырямио ), 15 вп У, иЙ .: зи фп 1 2 э п 1 и2 етом зависимостиного фазового. сдвиростое соотиршениположения ограничетрическим параметемы: расстояния Р от га фа -(2) поле для определевающих стенок трам замедляювид, 2йети йфв =сщ, (4)Обычно используемые в СВ".-приборахповышенной мощности многорядные. штыре вые замедляющие системы содержат 3-6 рядов, Из рассмотрения зависимости д хп 1( фв) в случае систем с оазным.чис. лом рядов (пример для пятирядной штыревойсистемы дан на фиг.З) можно 3 отметить, что коэффициен усреднения поля основного типа волны (в = 1) расчет с уменьшением поперечного фазового сдвига ф п (что соответствует отделению стенок от крайних рядов), для второго типа (в = 2) вначале 4 растет, затем сйадает, для третьего типа (в = = 3) зависимость д хп( ф) имеет вах и.ви, , для более высоких в вах и ви чередуются.Расчет коэффициента усреднения (выражение д х приведено ниже) для пятиряд ной системы при 0,5 ЧЧ = 0,577 показал, что при расположении стенок на расстоянии . Р/0,5 ЧЧ=6, соответствующем впдхз(третьего типа) и ф з = 0,3, величина д хз = 0,132, что в 2,2 раза меньше коэффициента усред- .нения основного типа ( д.х = 0,295), Если сравнить эти величины со случаем расположения стенок е плоскости симметрии (Р0.5 ЧЧ. фэ= - л), где дхlдхэ,2,тоейдно 553существенное увеличение подавления третьеготипа волны в предложенномслучае (Р/0,5 ЧЧ = 6). попереч учают и ния рас по геом 0 щейсис 5 данном устройстве определяется числом ря, дов и расстоянием между нйми, частотнойзависимости нет.Следует ограничить количество рядов впределах 3й8, При й3 (й = 2) 0 рассмотренный механизм подавления высших типов волн не работает, т.к, паразитный тип.(в = 2) не имеет экстремальной областивпназаеисимости дх 2(ф 2) При больших Й(й8), как показывает сравнение 5 с экспериментом упрощение, допущенноевыше при определении оптимального расстояния Р, оказывается слишком грубым.Это обьясняется тем, что при больших й оптимальное значение Р (Р = 0,5 ЧЧ (й+1) значительно возрастает по сравнению с Р = 0,5 ЧЧ, соответствует случаю,. когда стенки лежат в плоскости симметрии замедляющей системы и выполняется строго синусоидальное распределение амплитуд поля по рядам в поперечном направлении. Это приводит к существенному отличию распределения поля от синусоидального с целым числом вариаций между стенками, т,енарушению В соответствии с выражением (3) уравие для определения . файви имеет Типы волн с номерами в3 отдалены по частоте от рабочего диапазона и не представляют опасности при работе прибора, поэтому положение ограничивающих стенок относительно крайних рядов штырей выбирается из условия оптимального подавления второго и третьего типа волн, ближай- . ших к осноенОму. учитывая, что коэффициент усреднения поля второго типа волны уменьшается с отдалением стенок от крайних рядов, а для третьего типа при определенном расстоянии Р между стенками и рядами, соответствующими ф ви, имеется минимум дх, то для снижения относительного уровня полей высших типов волн, ближайших к основному, предлагается располагать стенки в положении, соответствующем минимуму поля третьего типа волны, Величина ф и гли при в = 3 определяется иэ уравнения (4): . Р =0,5(й+1) ЧЧ, (5)ак видно из уравнения (5), расстояние Р в- Фазовый сдвиг поля на периоде О, График зависимости коэФфициента подавления гп(ф)д х/д хсп для второго и третьего типов волны пятирядной системы с 0,5 ВЧО = 0,577 приведен на фиг, 4. Кривая для гп.= 3 имеет острый гпах в области з =-0,5, что соответствует 2 Р(А - 6.Допустимые пределы изменения величины Р выбраны из условия снижения козфупрощающих предположений и росту погрешности в определении р.Однако количество рядов в многорядных.замедляющих системах обычно не пре. Вышает 8, т,к. эффективность повышения мощности СВЧ-прибора при дальнейшем увеличении И снижается и усложнение конструкции не оправдано.Пределы допустимых изменений Величины Р, в которых работает предложенное устройство, Выбраны из условия, что максимальное снижение коэффициента подавле.ния г:высших типов волн п 1 = 2 и гл = 3, определяемого как отношение козффициен- тОВ д Х 1/д хр (Основного и Высших й = 2,3), порядка 10 о.Для обоснования пределоь измерения Р был проведен расчет коэФФициента д х 1/д хп 1 с использованием выражения для коэффициента усреднения квадрата поля п 1- го типа волны многорядной штыревой системы с произвольным расположением ограничивающих стенок:фициента подавления гп навеличину не более чем 10 оу для совокупности двух высших типов волн а = 2,3, ближайших к основному,что вызвано необходимостью создания за 5 медляющих систем с низким уровнем полей ВЫСШИХ ТИПОВ ВОЛН.ДЛЯ ШИООКОПОЛОСНУХ СВч-приборов повышенной мощности,С целью обоснования выбранных пределов изменения величины Р приводится таблица расчетных значзний коэффициента подавления ге (д) и его изменений для 2-го и 3-го типов волн многорядных систем (К = 3.4;5,6,7,8 0,5 Ю/ = 0,577, У= 10/12 л) при различных смещениях Ограничивающих стенок из положения, соответствующего гли д , (см,таблицу), десь д параметр, характеризующий изменение Р. Он определяетсл как относительное изменение фазового угла фп, зависящего От Р (по Отношению к фазе й пз пнп =- .0,5 г гл) К, СООтветствующей гип д хз и равен- ф,. 05;гггп ) 30 Данныйе зависит удобен, чегл ным парами но получить параметр нормирован к Г 1, Он ат номера типа волны и более ф п 1, для связи с канструктивООгл Р, за 1,"исимость дат Р можне Основании выражения (2):,5т. Г"7 цс,я 2 р 7 у - 1На основании полученных величин можно вычислить границы допустимых изменений расстояния Р, учитывая приведенную Как видно из таблицы, при смещении Ограничивающих стенок из Олтимальнога положения Р = 0,5(8+1)Я (саответствуег д =: О) всторону увеличения Р (дО) величина коэффициента подавления 2 второго типа возрастает (Ь г 2О), а в Остальных случаях; гп = 2, Р0 ( д - О) и гв =- 3, р 0 ( д О) гп,с. (уменьшается (ЬгпО), Оз анализа табличныхданных по изменению казффициента падавле 50 ния второго и третьего типов волн с учетоммаксимальна допустимой величины уменьшения коэффициента подавления Лг порядка 1 сО 4 границы изменения ддлясовокупности типов волн гл:= 2 и гл = 355 составляют, -0,08д+ 0,15, 10+(1/Д) (2 Р/ЩУ - 1.В точке оптимального значения Р 0,5(И+1)В/ имеют:(Р)=1 (д).Следовательно при отклонении д от оптимальной величины д - О в пределах - 0,08 д + 0,16 велиина Р изменяется в пределах: 0,5(8 +1)И - 0,8 Й МlР0,5(И+1.) ЧЧ+,16 ЙЧЧ.Таким образом, зто расстояние междукрайними рядами штырей и стенками обеспечивает подавление высоких типов волн в многорядной,замедляющей системе.10(56) Авторское свидетельство СССРМ 1148059, кл, Н 01 3 2324, 16,08.83.Андрушко Л.М. Экспериментальное исследование двумерно-периодической за меддляющей системе типа "встречныепластины". Сборник, Вопросы электросвязи, Киев, Технйка,.1970, с. 141-145.-17 Формула изобретенияМНОГОРЙДНАЯ ЗАМЕДЛЯОЩАЯ СИСТЕМА ШТЫРЕВОГО ТИПА; содержащая . равноотстоящие один от другого ряды атырвй и ограниченная в пойервчнои на. правлении стенками, отлйчающаяся твм,что, с.целью подавления парааитных коле-. Продолжение таблицы баний в широком диапазоне частот, крайние ряды расположены от стенок на расстоянии Р, определяемом выражением0,5(Ь 3+ 1)В,08 МЧЧ с Р с 0,5(й+ , +1)МЧ+ 0,16 М 9,где Н-число рядов, причем 3й8;9 Ч - расстояние между рядами.ктор Т.Юрчикова аказ 3241 Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж.З 5, Раушская наб;, 4/5 ательскиВ комбинат нт", г, Ужгоро Производстве агарина,Составитель Н.Л Техред М.Морген ко Корректор С,Патрушева