Замедляющая система

ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА (замедляющая структура), устройство, формирующее и канализирующее электромагнитные волны с фазовой скоростью, меньшей скорости света в вакууме (замедленные волны), и обеспечивающее их длительное, синхронное взаимодействие с потоками заряженных частиц. Основные области применения замедляющих систем: электронные СВЧ-приборы с длительным взаимодействием (лампы бегущей волны, лампы обратной волны, магнетроны, некоторые разновидности мазеров на циклотронном резонансе), синхротронные и линейные ускорители, сепараторы заряженных частиц. Замедляющие системы применяются также в качестве антенн бегущей волны, линий задержки, электрических фильтров, фазовращателей и др. Взаимодействие электромагнитной волны с электронным потоком наиболее эффективно, когда фазовая скорость волны V_φ и скорость электронов V_e в приборе примерно одинаковы (V_φ ≈ V_e). Уменьшение V_φ в замедляющей системе характеризуется отношением n = с/V_φ (с - скорость света), называемым коэффициентом замедления, или замедлением.

Большинство используемых на практике замедляющих систем представляют собой неоднородные по длине (обычно периодические) структуры. Замедление электромагнитной волны в них осуществляется, например, за счёт удлинения пути волны в результате многократных отражений от периодически расположенных препятствий. В любой замедляющей системе могут распространяться несколько типов волн, отличающихся распределением поля в поперечном сечении замедляющей системы. Для волн каждого типа в замедляющей системе существуют полосы пропускания (области частот, в пределах которых коэффициент затухания волн близок к нулю) и непропускания (области частот, характеризующиеся значительными потерями энергии волн). Наибольшее распространение получили замедляющие системы спиральные, резонаторные, штыревые, а также системы смешанного типа. Спиральная замедляющая система представляет собой один или несколько изолированных друг от друга проводников (например, из круглой проволоки или ленточные), намотанных так, что они образуют соосные винтовые линии с постоянными шагом и радиусом (рис. 1). В зависимости от числа проводников такие замедляющие системы подразделяются на одно-, двух-, трёхзаходные и т. д.

В случае однозаходной замедляющей системы волна распространяется вдоль витков спирали с фазовой скоростью v_ф = с·sinψ, где ψ - угол намотки спирали; коэффициент замедления n=1/sinψ. В электронных приборах спиральные замедляющие системы, как правило, помещают в металлической оболочку (экран) или диэлектрическую трубку; спираль крепится в экране с помощью диэлектрических стержней (штапиков). Использование металлического экрана позволяет повысить коэффициент замедления в рабочей полосе частот, уменьшить дисперсию волн и существенно снизить сопротивление связи. Резонаторная замедляющая система выполняется в виде периодической цепочки резонаторов, связанных между собой отверстиями или другим способом. Такие замедляющие системы обеспечивают высокий теплоотвод и обладают низкими значениями коэффициента замедления (обычно не превышает 8); используются главным образом в электронных приборах, средняя мощность которых свыше 100 Вт. Основные разновидности резонаторных замедляющих систем  (рис. 2): диафрагмированный волновод, «гребёнка», «лист клевера». К штыревым замедляющим системам относятся системы, содержащие участки в виде отрезков многопроводной линии передачи. Проводники этой линии называются штырями. Примеры штыревых замедляющих систем  (рис. 3): «встречные штыри», «меандр».

Лит.: Силин Р. А., Сазонов В. П. Замедляющие системы. М., 1966; Силин Р. А. Периодические волноводы. М., 2002; Елизаров А. А. Радиальные замедляющие системы и их применение в технике СВЧ. М., 2004.