УДК 621.365.5

Проектирование замедляющей системы для ЛБВ Ku диапазона с  полосой рабочих частот не менее 16,5% и коэффициентом усиления не менее 30 дБ

 

Т. И. Полянская, В. И. Паницков, С. В. Жарихин

АО «НПП «Исток» им. Шокина», 141190, Фрязино Моск. обл., Вокзальная ул., 2а-1

 

Статья поступила в редакцию 14 июня 2019 г.

 

Аннотация. В данной статье представлены результаты проектирования замедляющей системы на цепочке связанных резонаторов для ЛБВ Ku диапазона с полосой рабочих частот не менее 16,5%, выходной непрерывной мощностью несколько кВт и усилением 30 дБ. Рассмотрены варианты построения ЗС данного типа, определены оптимальные отсечки секций замедляющей системы, наклон дисперсионных характеристик входной и выходной секций, а также отсечки и периоды средней секции.

В результате проведенных расчетов были получены 3 варианта проектов секционированных ЗС.

1 вариант: 3-х секционная ЗС на основе ЗС типа ЦСР с резонаторным типом волны в основной полосе пропускания; ЗС рассчитана на пониженное напряжение и повышенный первеанс : напряжение ЗС Uзс=14 кВ±1%, ток катода Iкат.=2,3 А;

2 вариант: 3-х секционная ЗС на основе ЗС типа ЦСР с резонаторным типом волны в основной полосе пропускания: напряжение ЗС Uзс=18.8 кВ±1%, ток катода Iкат.=1,7 А.

В обоих вариантах выходная секция ЛБВ имеет пологую дисперсионную характеристику, что может потребовать дополнительных конструктивных мер в узле выходной секции для устранения паразитной генерации в высокочастотной области основной полосы пропускания. Кроме того, в 1 варианте могут возникнуть сложности с фокусировкой высокопервеансного электронного пучка.

3 вариант: 4-х секционная ЗС на основе ЗС типа ЦСР с щелевым типом волны в основной полосе пропускания; напряжение ЗС Uзс=18,85 кВ±1%, ток катода Iкат.=1,7 А. Выходная секция имеет достаточно пологую дисперсионную характеристику, с наклоном, характерным для широкополосных ЛБВ на ЗС типа ВШ; специальных мер для подавления паразитной генерации в высокочастотной области основной полосы пропускания ЗС не требует, однако общая длина секционированной ЗС существенно увеличилась за счет добавления еще одной секции. 

Сборка, настройка и испытания мощных непрерывных широкополосных ЛБВ являются достаточно трудоемким процессом. Это показал опыт разработки и производства ЛБВ, полосы рабочих частот которых приближаются к 10% и уже являются достаточно широкими при совокупности требуемых выходных параметров и массо-габаритных характеристик. Увеличение рабочей полосы частот более чем в 1,5 раза значительно увеличивает трудоемкость ее изготовления. Насколько это преодолимо и какой из трех вариантов ЗС предпочтительнее, должна показать экспериментальная проработка в ходе специально поставленной работы.

Ключевые слова: мощная широкополосная лампа бегущей волны (ЛБВ), ЗС типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР) и встречных штырей (ВШ), основная полоса, резонаторный и щелевой тип волны, зоны генерации, амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), трудоемкость производства.

Abstract. This article presents results of the design of a slow-wave system on coupled cavity circuit (CCC) of the Ku-band with operating frequency band 16.5% with output constant power of several kW and a gain of at least 30 dB. Variants of the slow-wave system(SWS) are considered, the optimal cutoffs of the sections of the slow-wave system, slope of the dispersion characteristics of the input and output sections, as well as the cutoffs and the period of the middle section are determined.

As a result of the calculations, 3 variants of projects of partitioned slow-wave system for TWT were obtained.

Option 1: 3-section SWS based on CCC with a resonator type of wave in the main passband; slow-wave system is designed for undervoltage and increased perveance: slow-wave system voltage Usw = 14 kV ± 1%, cathode current Icat. = 2.3 A;

Option 2: 3-section slow-wave system on the basis of a SWS type CCC with a resonator type of wave in the main passband: a voltage of slow-wave system Usw = 18.8 kV ± 1%, the cathode current Icat. = 1.7 A.

In both cases, the output section of the TWT has a flat dispersion characteristic, which may require additional design measures in the node of the output section to eliminate spurious generation in the high-frequency region of the main bandwidth.  In addition, in version 1, difficulties may arise with focusing a high- perveance electron beam.

Option 3: 4-section slow-wave system based on SWS type CCC with a slit type of wave in the main passband; Usw = 18.85 kV ± 1%, cathode current Iсat. = 1.7 A. The output section has a rather flat dispersion characteristic, with a slope characteristic of broadband TWT on SWS of counter pin structures type; No special measures are needed to suppress parasitic generation in the high-frequency region of the base bandwidth of the SWS, however, the total length of the partitioned SWS has increased significantly by adding another section.

Building, configuring, and testing high-power continuous broadband TWTs is a fairly time-consuming process. This was demonstrated by the experience in the development and production of TWTs, the operating frequency bands of which approach 10% and are already quite wide with the required output parameters and mass-dimensional characteristics.  The increase in the working frequency band of more than 1.5 times significantly increases the complexity of its manufacture.  How much is surmountable and which of the three options for SWS should preferably be shown by an experimental study during a specially designed work.

Key words: powerful broadband TWT, coupled cavity circuit and counter pins, zones of generation, main band, amplitude-frequency characteristics.

 

Для цитирования:
Т. И. Полянская, В. И. Паницков, С. В. Жарихин. Проектирование замедляющей системы для ЛБВ Ku диапазона с  полосой рабочих частот не менее 16,5% и коэффициентом усиления не менее 30 дБ. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun19/10/text.pdf
DOI  10.30898/1684-1719.2019.6.10