Tubo de ondas viajeras
S4185225A
Estados Unidos
- Inventor
Oskar F. Doehler Roberto J. Espinosa Gary G Groshart - Asignatario actual
- Corporación de sistemas Northrop Grumman
Aplicaciones en todo el mundo
1978 NOSOTROS
Solicitud US05/891,696 eventos
1978-03-24
1980-01-22
Solicitud concedida
1980-01-22
1998-03-24
Caducidad anticipada
Estado
Caducado - De por vida
Descripción
Esta invención se refiere a un tubo de ondas progresivas eficiente y de bajo coste que tiene una gran capacidad de potencia.
Los tubos de ondas viajeras se utilizan para amplificar señales en sistemas de microondas, incluidos los sistemas electrónicos de contramedidas. Algunas aplicaciones requieren que el tubo de ondas viajeras sea desechable. En consecuencia, es deseable proporcionar un tubo de ondas progresivas fiable y de bajo coste que sea capaz de amplificar eficazmente las señales de microondas en un ancho de banda amplio ya un nivel de potencia razonablemente alto.
Los tubos de ondas progresivas eficientes que tienen un ancho de banda amplio y una capacidad de alta potencia son conocidos en la técnica anterior. Estos tubos son de construcción compleja y cara, ya que deben disipar adecuadamente el calor durante el funcionamiento a alta potencia y, al mismo tiempo, proporcionar una alta impedancia de acoplamiento dentro y fuera del tubo. Estos tubos normalmente incluyen una hélice formada por un alambre que tiene una sección transversal cuadrada o rectangular dispuesta dentro de un vacío formado dentro de un disipador de calor de barril metálico. La hélice está sostenida por tres o más varillas dieléctricas igualmente espaciadas alrededor de la hélice y en contacto tanto con la hélice como con el disipador de calor del cilindro metálico. La hélice está asegurada a las varillas en cada punto donde la hélice entra en contacto con las mismas para establecer un camino conductor térmico desde la hélice hasta el disipador de calor del cilindro metálico para la disipación de calor.
Aumentar el ancho de las varillas dieléctricas para proporcionar una mayor área de superficie para la transferencia de calor de la hélice a la varilla dieléctrica no ha brindado una solución aceptable porque las varillas más anchas aumentan la carga dieléctrica, lo que disminuye la impedancia de acoplamiento dentro y fuera del tubo, disminuyendo así tanto de ganancia como de ancho de banda.
Los tubos de ondas progresivas conocidos en la técnica anterior tienen una configuración que proporciona suficiente conducción de calor a través de los soportes dieléctricos mientras mantiene una carga dieléctrica relativamente baja. Para lograr esto, se requieren configuraciones de tubos costosas y complejas.
De acuerdo con la presente invención, se realiza un tubo de onda viajera de bajo costo y construcción simple que tiene una carga dieléctrica baja, un ancho de banda amplio y capacidad de alta potencia empleando una hélice de una configuración de sección transversal novedosa y un cilindro dieléctrico en lugar del varillas dieléctricas de soporte conocidas en el estado de la técnica. La hélice está formada por un alambre que tiene una mayor anchura a lo largo de su superficie interior, adyacente al espacio de interacción del tubo de ondas progresivas, que a lo largo de su superficie exterior, que está fijada de forma continua al tubo dieléctrico. El cable limita el campo electromagnético a un área adyacente al espacio de interacción para proporcionar una carga dieléctrica baja,
HIGO. 1 es una vista en alzado de un amplificador que emplea un tubo de ondas progresivas de la presente invención;
HIGO. 2 es una vista en sección transversal de un tubo de ondas progresivas de baja potencia conocido en la técnica anterior;
HIGO. 3 es una vista en sección transversal de un tubo de ondas progresivas de alta potencia conocido en la técnica anterior;
HIGO. 4 es una vista en sección transversal longitudinal fragmentaria del tubo de ondas progresivas tomada a lo largo de la línea 4--4 en la fig. 1;
HIGO. 5 es una vista en sección transversal ampliada del alambre que forma la hélice mostrada en la FIG. 4;
HIGO. 6 y la figura. 7 son vistas en sección transversal ampliadas de alambres de otras configuraciones que pueden usarse para formar la hélice de acuerdo con la presente invención;
HIGO. 8 y la figura. 9 son vistas en sección transversal ampliadas de alambres (fabricados uniendo alambres individuales) que pueden usarse para formar la hélice de acuerdo con la presente invención.
Haciendo referencia a la fig. 1, un sistema amplificador de tubo de ondas progresivas 10 incluye un cañón de electrones 12 acoplado a un tubo de ondas progresivas 14. Se aplica una señal a amplificar a la hélice de acoplamiento de entrada 16 de manera adecuada. La amplificación de la señal tiene lugar dentro del tubo de ondas progresivas 14 sustancialmente a lo largo de toda su longitud. La señal amplificada se elimina de una hélice de acoplamiento de salida 18.
Las ventajas del tubo de ondas progresivas mejorado 14 de la presente invención se pueden realizar mejor considerando primero los tubos de ondas progresivas conocidos en la técnica anterior. Haciendo referencia a la fig. 2, un tubo de ondas progresivas 20 incluye una hélice 22 formada por un alambre que tiene una sección transversal rectangular sostenida por tres varillas dieléctricas 24a, 24b y 24c que están igualmente espaciadas alrededor de la hélice 22. Las varillas dieléctricas 24a, 24b y 24c están aseguradas al metal disipador de calor cilíndrico 26. Un haz de electrones (no mostrado) propagado a través del espacio de interacción 28 genera calor a lo largo de la hélice 22. El calor fluye desde la hélice 22 a través de las varillas dieléctricas 24a, 24b y 24c, y es disipado por el disipador de calor cilíndrico 26.
El ancho de las varillas 24 determina la carga dieléctrica del tubo de ondas progresivas. Cuanto más delgadas sean las varillas 24, menor será la carga dieléctrica, proporcionando así ventajosamente una mayor impedancia de acoplamiento entre el espacio de interacción 28 y el exterior del tubo de ondas progresivas y un mayor ancho de banda. Sin embargo, cuanto más delgadas son las varillas 24, menos capaces son de proporcionar transferencia de calor desde la hélice 22 al disipador de calor 26 del cilindro metálico, lo que limita la capacidad de potencia del tubo.
Haciendo referencia a la fig. 3, se muestra un tubo de ondas progresivas que tiene una mayor capacidad de potencia. El tubo de ondas progresivas 30 tiene una hélice 32 formada por alambre que tiene una sección transversal rectangular y soportada por varillas dieléctricas 34a, 34b y 34c. Las varillas 34 están aseguradas al disipador de calor 36 de cilindro metálico, al igual que las aletas o álabes conductores que se proyectan radialmente 38a, 38b y 38c que se extienden a lo largo del eje del tubo para la disipación de calor anisótropo. Los álabes 38 aumentan la capacidad de potencia del tubo 30 de ondas progresivas. El grosor de las varillas 34 puede ser menor que el grosor de las varillas de la fig. 1 para minimizar la carga dieléctrica.
El disipador de calor de cilindro metálico 36 y las paletas 38 son caros. Además, se requieren pasamuros, tales como guías de ondas, para acoplar una señal a amplificar a través del disipador de calor 36 de cilindro metálico. Como tal, los tubos no son adecuados para uso fungible.
Haciendo referencia a la fig. 5, el tubo de ondas progresivas 14 de la presente invención incluye una hélice 40, formada por alambre 42, que se extiende dentro del cilindro dieléctrico 44 desde la hélice de acoplamiento de entrada 16 hasta la hélice de acoplamiento de salida 18 (FIG. 1). El diámetro interior d de la hélice 40 define un espacio de interacción 46 a través del cual se propaga un haz de electrones procedente del cañón de electrones 12. El diámetro exterior D del alambre 42 define la superficie exterior de la hélice 40. La superficie exterior de la hélice 40 está asegurada al cilindro dieléctrico 44 en toda su longitud mediante cualquier técnica aceptable, como cementación, soldadura fuerte o termorretracción del cilindro. . El material dieléctrico que forma el cilindro 44 puede estar construido a partir de una pieza cilíndrica maciza de Al 2 O 3, vidrio o cualquier otro material adecuado que tenga un orificio central 48.
Como se ve mejor en la fig. 5, el ancho del alambre 42 que forma el cuerpo 40 y tiene una sección transversal en forma de T es mayor en el diámetro interior d que en el diámetro exterior D. Por lo tanto, la distancia L d entre las vueltas del alambre 42 en la superficie interior d es menor que la distancia L D entre el alambre en la superficie exterior D.
Esta configuración particular hace que la energía electromagnética generada por el haz de electrones se concentre más cerca del espacio de interacción 46, lo que da como resultado que solo una pequeña cantidad de energía electromagnética se almacene o contenga dentro del cilindro dieléctrico 44. En consecuencia, el factor de carga dieléctrica es pequeño y Como resultado, el sistema amplificador 10 tiene una alta impedancia de acoplamiento de entrada y salida que es un factor para lograr una alta eficiencia. Además, dado que la hélice 40 está asegurada al cilindro dieléctrico 44 a lo largo de toda su longitud, se logra una mayor conductividad térmica de la hélice al material dieléctrico en comparación con el uso de las varillas dieléctricas como se muestra en las Figs. 2 o 3, lo que resulta en una capacidad de alta potencia. En realidad, la capacidad de manejo de potencia del tubo 14 es al menos dos o tres veces mayor que el tubo que se muestra en la fig. 3 si el material para las varillas dieléctricas (en la FIG. 3) se selecciona para que sea el mismo que el cilindro dieléctrico 44.
Haciendo referencia a la fig. 6 y la figura. 7, es evidente que existen muchas formas de alambre que satisfacen los requisitos discutidos anteriormente. Por ejemplo, la hélice 40 puede estar formada por un alambre 50 que tenga una sección transversal en forma de L como en la fig. 6. La distancia L d entre las vueltas del cable 50 es menor en d que la distancia L D entre las vueltas del cable 50 en D.
Además, como se ve en la fig. 7, la hélice 40 puede estar formada por un alambre 52 que tenga una sección transversal triangular que satisfaga el requisito de ancho discutido anteriormente.
Alternativamente, la configuración deseada de la sección transversal del alambre puede lograrse uniendo dos o tres alambres rectangulares, como se muestra en las FIGS. 8 y 9.
El alambre que forma las hélices de la presente invención, como se discutió anteriormente, puede estar hecho de cobre, aleaciones de cobre, niobio, tungsteno o cualquier otro material adecuado. Además, es evidente que se puede lograr una mayor disipación de calor rodeando el cilindro dieléctrico 44 entre las hélices de acoplamiento 16 y 18 con un cilindro metálico para mejorar la conducción del calor.
Reclamaciones (7)Ocultar dependiente
Reclamaciones (7)
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1. Un tubo de ondas progresivas que tiene un ancho de banda amplio, alta eficiencia y capacidad de alta potencia que comprende:
una única hélice que define un espacio de interacción formado por un diámetro interior de la hélice y una superficie exterior definida por un diámetro exterior de la hélice, dicha hélice formada por un elemento metálico en el que la anchura de dicho elemento es mayor en el diámetro interior que en el diámetro externo; y
un cilindro dieléctrico que tiene un orificio central que recibe dicha hélice metálica en el que dicha superficie exterior de dicha hélice está asegurada a dicho cilindro dieléctrico.
2. Un tubo de onda viajera que comprende:
un cilindro dieléctrico que tiene un orificio central que lo atraviesa;
una pluralidad de vueltas de un elemento metálico que forma una hélice unifilar que tiene baja capacitancia entre vueltas donde dicha hélice está dispuesta dentro de dicho orificio central y el elemento metálico tiene un diámetro interior que define un espacio de interacción y un diámetro exterior que define una superficie exterior donde dicha superficie exterior está unido a dicho elemento dieléctrico y la distancia en la superficie exterior entre dos vueltas adyacentes del elemento metálico que forma la hélice es mayor que la distancia en la superficie interior entre dos vueltas adyacentes del elemento metálico que forma la hélice.
3. El tubo de ondas progresivas de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicho elemento metálico que forma la única hélice tiene una configuración de sección transversal en forma de T.
4. El tubo de ondas progresivas de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicho elemento metálico que forma la hélice angular tiene una configuración de sección transversal en forma de L.
5. El tubo de ondas progresivas de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicho elemento metálico que forma la única hélice tiene una configuración de sección transversal triangular.
6. El tubo de ondas progresivas de la reivindicación 3, en el que dicho elemento metálico que forma la única hélice que tiene una configuración de sección transversal en forma de T está formado por dos elementos metálicos unidos entre sí, cada uno de los cuales tiene una configuración de sección transversal rectangular.
7. El tubo de ondas progresivas de la reivindicación 3, en el que dicho elemento metálico que forma la única hélice que tiene una configuración de sección transversal en forma de T está formado por tres elementos metálicos unidos entre sí, cada uno de los cuales tiene una configuración de sección transversal
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