Разработка электродинамической системы широкополосной лампы бегущей волны большой мощности

Н. В. АНДРЕЕВ, В. М. БЕЛУГИН, А. Е. ВАСИЛЬЕВ,

В. В.ВЕТРОВ, Н. Е.РОЗАНОВ

ФГУП “Московский радиотехнический институт РАН”

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Описан процесс разработки замедляющей структуры (ЗС) широкополосной "прозрачной" лампы бегущей волны (ЛБВ), включая согласующие трансформаторы и волноводные переходы к передающим трактам. Получено хорошее согласование (КСВн 1.6) с передающими линиями во всей полосе пропускания ЗС шириной до 25%, что обеспечило устойчивый режим работы ЛБВ.

Разработанная ЛБВ представляет собой компактную “прозрачную” (без встроенных поглотителей) лампу, обеспечивающую выходную мощность несколько киловатт с коэффициентом усиления 15-17 дБ [1,2]. Электронно-оптическая система ЛБВ состоит из электронной пушки, магнитной периодической фокусирующей системы, совмещенной с ЗС, и коллектора электронного пучка. В качестве электродинамической системы (ЭДС) выбрана ЗС в виде цепочки связанных резонаторов (ЦСР), которая имеет волноводные входной и выходной узлы. Замедляющая структура представляет собой ЦСР с двумя индуктивными щелями связи между ячейками (резонаторами).

В процессе создания ЭДС как в целом, так и отдельных ее узлов в современных условиях обязательным является этап математическо­го моделирования. В нашем случае инструментом численного моделирования регулярной ЗС явился комплекс трехмерных программ ISFEL3D [3], предназначенный для моделирования методом конечных элементов электромагнитных полей в частотной области в объектах произвольной формы. С помощью его был проведен расчет характеристик регулярной ЗС с полосой пропускания с частотами 47-60 относительных единиц (о. е.). Как показали многочисленные сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными для ЗС разных конструкций и разных диапазонов частот, отличие расчетных и экспериментальных частот дисперсионных характеристик не превышает 1%, а отличие расчетных и экспериментальных величин сопротивления связи не превышает 5%. Поэтому этап физического моделирования регулярной ЗС не потребовался. Это важно для существенного сокращения фи­нансовых и трудовых затрат в процессе работы и создания условий, необходимых для передачи изделий в серийное или массовое производство. Полученные расчетные параметры ЗС использованы при расчетах взаимодействия пучка с ВЧ сигналом [2].

Для соединения ЗС с волноводными трактами предложена конструкция ступенчатого волноводного перехода, которая найдена в расчетах с помощью про­граммы H-WINDOW [4]. Переход содержит всего две ступеньки и индуктивную диафрагму и позво­ляет получить очень хорошее согласование. Его КСВн не превышает 1.01 в полосе частот 44-66 о. е. Длина перехода составляет всего 25.3 мм, то есть оказывается в несколько раз меньше, чем у сравнимых по характеристи­кам чебышевских перехо­дов с четвертьволновыми ступеньками. На основании результатов расчетов согласующих устройств и регулярной ЗС была разработана конструкторская документация и изготовлены детали и узлы ЗС. Для получения экспериментальной зависимости величины КСВн от частоты, близкой к расчетной зависимости, потребовалась корректировка некоторых размеров ЗС. В результате в полосе пропускания ЗС шириной около 25% получен КСВн, не превышающий величину 1.6. После этого элементы ЗС были спаяны между собой (см. рисунок).

Список литературы

1. , , . Разработка электродинамической системы широкополосной ЛБВ большой мощности. Препринт 2005-04. М., МРТИ РАН, 20с.

2. , , . Разработка, методы расчета и создание широкополосных ЛБВ для непрерывного режима работы. Препринт 2005-03. М., МРТИ РАН, 20с.

3. S. A.Silaev. Application of the code ISFEL3D for three-dimensional RF structure calculations. Proc. Int. Univ. Conf. “Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequencies”. St. Petersburg. 1999. P.407-410.

4. . Расчет матриц рассеивания баночных окон сложной конфигурации для вводов (выводов) энергии ЭВП СВЧ. Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ. 1991. вып.3(437). С.4-9.