А. А. Негірев ДНВП “Істок”, Фрязіно

В останні роки майже у всіх технічно розвинених країнах все ширше ведуться роботи з освоєння нового короткохвильового діапазону електромагнітних коливань – діапазону міліметрових (ММ) і субміліметрових (Субмм) довжин хвиль.

Освоєння діапазону ММ- і субмм-хвиль відкриває цілий ряд нових можливостей в різних областях науки і техніки.

У період освоєння нового діапазону виняткове значення має розробка дослідницької та вимірювальної апаратури. У такій апаратурі, як правило, використовуються генератори малої потужності, причому в універсальній апаратурі доцільно застосовувати широкодіапазонні генератори, з тим щоб перекриття діапазону можна було здійснити мінімальним числом приладів. Основним типом широкому діапазоні генераторів, здатних перекрити ММ- і субмм-діапазони мінімальним числом приладів, є лампи зворотної хвилі (ЛОВ). В даний час в ММ- і особливо в субММ- діапазонах практичне застосування знаходять два типи ЛОВ, що розрізняються принципом побудови.

Перший тип – це ЛОВ, засновані на використанні електронної гармати зі сходящейся оптикою і високою компресією циліндричного електронного пучка. Уповільнююча система в цих ЛОВ типу “зустрічні пластини” або “гребінка”, пролітний канал один. Це або круглий отвір під “зустрічних пластинах”, або поздовжній паз, прорізаний по центру “гребінки”, в який встрелівается електронний пучок.

У другому типі ЛОВ, які створені в ДНВП “Істок”, використовується електронна гармата з несходящейся оптикою, що створює в просторі взаємодії сповільнює системи кілька (від 4 до 7) стрічкових пучків з високою щільністю струму (до 300 А / см2), Що досягається за рахунок застосування високоеміссіонного катода. У цих ЛОВ використовуються багаторядні уповільнюють системи типу “зустрічні штирі” або “штирьова гребінка”, ряди яких утворюють кілька (від 4 до 7) прогонових каналів для проходження електронних пучків.

Застосування багаторядних штирьових уповільнюють систем дозволяє розширити поперечний переріз простору взаємодії сповільнює системи, і відповідно збільшити ефективність взаємодії електронного пучка ЛОВ з електромагнітним полем сповільнює системи, що особливо важливо при просуванні ЛОВ у все більш короткохвильові діапазони.

І перший, і другий принципи побудови ЛОВ мають свої переваги і недоліки, однак, оцінюючи їх в цілому, можна сказати, що саме ЛОВ другого типу просунулися в більш короткохвильові діапазони, вони мають менші робочі напруги, менші масу і габарити і працюють в більш широкій смузі частот. У табл. 1 і 2 показані основні параметри цих ЛОВ.

Пакетовані ЛОВ ММ-діапазону

Таблиця 1

Параметри

ОВ-69

ОВ-70

ОВ-71

ОВ-86

ОВ-1

Робочий діапазон частот, ГГц

36-55

52-79

78-119

118-178

177-260

Вихідна потужність (хв), мВт

15-40

12-30

6-30

6-20

6-15

Робоча напруга, В

400-1200

400-1200

500-1500

500-1500

700-1900

Робочий струм, мА

20-25

20-25

20-25

20-25

15-22

Перетин вихідного хвилеводу, мм

2,6 х 5,2

1,8 х 3,6

1,2 х 2,4

0,8 х 1,6

1,2 х 2,4

У всіх пакетованих ЛОВ є сіткове управління робочим струмом, і відповідно вихідною потужністю. Напруга сітки – до 200 В, струм сітки – 0-3 мА. Час готовності – 1 с. Маса приладів – 1 кг, маса приладу ОВ-1 – 1,8 кг.

Непакетовані ЛОВ субміліметрового діапазону

Таблиця 2

Параметри

ОВ-65

ОВ-67

ОВ-80

ОВ-81

ОВ-82

ОВ-83

ОВ-84

ОВ-85

Робочий діапазон частот, ГГц

258-375

370-535

530-714

690-850

790-970

900-1100

1070-1200

1170-1400

Вихідна потужність (хв), мВт

1-10

1-5

1-5

1-5

0,5-3

0,5-3

0,5-2

0,5-2

Робоча напруга, кВ

1-4

1^1

1,5-6

1,5-6

1,5-6

1,5-6

1,5-6

1,5-6

Робочий струм, мА

25-^40

25-40

30-45

30-45

30-45

30-45

30-45

30—45

Фокусирующее магнітне поле, Е

7000

9000

10000

10000

11000

11000

11000

11000

1,2    У всіх субміліметрових ЛОВ вихідний хвилевід надрозмірні, перетином х 2,4 мм. Охолодження приладів водяне, маса – 200 гр.

ЛОВ ММ-діапазону випускаються пакетований разом з малогабаритними магнітами, виконаними зі сплаву самарій-кобальт або залізо-НІОД-бор.

ЛОВ субмм-діапазону випускаються без магнітів, тому що для їх роботи потрібні великі магнітні поля, маса магнітних систем зростає до 4-10 кг і вартість їх може становити суттєву частину вартості пакетованої з магнітом ЛОВ. Тому споживачеві ЛОВ доцільно мати лише один або два магніти, які в разі необхідності можуть замінюватися в ЛОВ. Конструкція ЛОВ забезпечує просте виконання цієї операції.

Які можливості подальшого розвитку міліметрових і субміліметрових ЛОВ ДНВП ” Істок “?

Виходячи з аналізу практики застосування ЛОВ та оцінки сучасного рівня технології, можна сказати наступне:

– Маса пакетованих міліметрових ЛОВ може бути знижена приблизно вдвічі за рахунок оптимізації конструкції ЛОВ і магнітної системи, а також використання існуючих магнітних матеріалів з більшою магнітною енергією;

– Можуть бути створені конструкції міліметрових ЛОВ з удвічі більшим робочим діапазоном. Наприклад, ЛОВ, що працює в діапазоні частот, перекриває хвилеводні канали 2,6 х 5,2 мм і 1,8 х 3,6 мм.

споживана потужність субміліметрових ЛОВ може бути знижена принаймні вдвічі, а їх короткохвильова межа робочого діапазону зрушена до 2000 ГГц.

Джерело: ВАКУУМНА СВЧ ЕЛЕКТРОНІКА: Збірник оглядів. – Нижній Новгород: Інститут прикладної фізики РАН, 2002. – 160 с.