Замедляющие системы (основные свойства, характеристики, теоретические и экспериментальные методы исследования замедляющих систем): Учебное пособие, страница 3

Таким образом, замедление оказывается примерно равным отношению длины витка спирали к периоду.  Чтобы применить однозаходную спираль в высоковольтной ЛБВ, необходимо увеличить шаг и диаметр спирали.  При этом уменьшится эффективность взаимодействия электронов с полем волны. Для улучшения свойств спиральной замедляющей системы, кроме обычной одиночной спирали, применяют и другие типы спиральных ЗС: двухзаходная спираль (рис. 2.1,б), двойная спираль со встречной намоткой (рис. 2.1,в), спираль в канавке (рис. 2.1,г). К этому типу ЗС можно отнести также систему типа кольцо – стержень (рис. 2.1,д), отличающуюся более жесткой и технологичной конструкцией и лучшими характеристиками при сравнительно небольших замедлениях.

Дисперсионные характеристики двухпроводных спиралей зависят от способа их возбуждения – синфазного или противофазного. При противофазном возбуждении преобладающей является волна с противоположным направлением фазовой и групповой скоростей, что улучшает электродинамические свойства такой спирали при взаимодействии с отрицательной гармоникой по сравнению с однопроводной спиралью. Такие системы преимущественно применяются в лампах обратной волны. Спираль в канавке (рис. 2.1,г) является развитием биспиральной системы. В ней по внешней стороне трубки проточена спиральная канавка, внутри которой на специальных керамических опорах уложена спираль из круглой проволоки или ленты. Подобная замедляющая система используется в лампе обратной волны с трубчатым электронным потоком.

Следует отметить, что обычно спиральные ЗС окружены металлическим экраном и крепятся с помощью диэлектрических опор различной конфигурации.

2.2. Стержневые замедляющие системы

Стержневые ЗС состоят из отрезков параллельных проводников с относительно малыми поперечными размерами, расположенными перпендикулярно к направлению распространения медленной волны. Система помещается внутри экрана, к которому крепятся эти проводники. Некоторые типы стержневых ЗС показаны на рис. 2.2. На рис. 2.2,а показана система, представляющая последовательность стержней, размещенных в прямоугольном волноводе. Стержни расположены параллельно друг другу в плоскости, перпендикулярной к широким стенкам волновода.

Система (рис. 2.2,б) имеет два ряда стержней, расположенных в волноводе в одной плоскости.

Система типа встречные штыри (рис. 2.2,в) обладает сравнительно большим замедлением и широкополосностью.

К стержневым системам относятся также меандровые линии (рис. 2.2,г), а также лестничные структуры, которые образуются рядом проводников, примыкающих обоими концами к проводящим поверхностям экрана (рис 2.2,д).

2.3. Резонаторные замедляющие системы

В эту группу систем часто объединяют гребенчатые системы и собственно резонаторные, которые называют также ЗС типа цепочки связанных резонаторов. Отличительными особенностями всех этих систем являются большая жесткость конструкции, хорошие теплоотводящие свойства и небольшое замедление. Все эти качества позволяют использовать такие системы в мощных высоковольтных СВЧ приборах, а также в линейных ускорителях заряженных частиц.

К гребенчатым ЗС относят различные линии передач с периодически расположенными диафрагмами: гребенка в прямоугольном волноводе  (рис. 2.3,а), двусторонняя плоская гребенка (рис. 2.3,б), круглый диафрагмированный волновод (рис. 2.3,в), коаксиальный волновод с диафрагмами на внешнем (рис. 2.3,г) и внутреннем (рис. 2.3,д) проводниках. Диафрагмы могут также располагаться на обоих проводниках.

Системы в виде цепочек связанных резонаторов показаны на рис. 2.4. Наибольшее распространение получила резонаторная ЗС с индуктивными щелями связи, смещенными на 180˚ в соседних резонаторах (рис. 2.4,а) для расширения полосы частот.

Также для увеличения связи между резонаторами и расширения полосы частот иногда используют индуктивные петли связи между резонаторами (рис 2.4,б). Однако из-за конструктивной сложности такие системы применяются в основном при создании длинноволновых приборов.

Особую группу резонаторных ЗС представляют кольцевые замедляющие системы. Они могут быть разомкнутые и замкнутые. Применяются также системы в приборах магнетронного типа и в ряде других случаев.

Разомкнутые кольцевые замедляющие системы по своим свойствам мало отличаются от структур с линейной конструкцией. Примеры кольцевых разомкнутых резонаторных ЗС приведены на рис. 2.5. Замкнутые в кольцо резонаторные системы с различной конфигурацией отдельной ячейки изображены на рис. 2.6.

В отличие  от разомкнутых замкнутые ЗС могут возбуждаться только на отдельных резонансных частотах, зависящих от геометрических размеров системы.

При возбуждении системы тот или иной вид колебаний возникает, когда выполняется фазовое условие резонанса, заключающееся в том, что общее изменение фазы волны по периметру системы должно быть кратно 2π, т.е. , где φ_L – изменение фазы волны на период, N – число ячеек в системе, n – номер вида колебаний.

Рис. 2.6. Замкнутые в кольцо резонаторные системы с различной     конфигурацией отдельной ячейки:

а - щелевая, б - секторная, в - щель-отверстие 

Таким образом, замкнутые кольцевые ЗС могут работать не на любой частоте в полосе пропускания, а только на дискретных, удовлетворяющих условию резонанса.

3.  Характеристики и параметры замедляющих систем

3.1 . Распределение поля вдоль периодических замедляющих систем.

Пространственные гармоники и их свойства