Свч-прибор

Свч-прибор

Реферат

 

Использование: электронная техника. Сущность изобретения: СВЧ-прибор содержит коаксиальную систему электродов, включающую катодный узел 1, входной 6 и выходной двухзазорные резонаторы, в электродах которых выполнены отверстия 15 для пролета электронов, расположенные в радиальном направлении так, что их размеры увеличиваются пропорционально расстоянию от соответствующего катода до отверстия. Средний электрод выходного резонатора соединен с корпусом внутренним проводником. 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к СВЧ-усилителям и генераторам. Известны СВЧ-приборы, содержащие катодный узел, систему последовательно расположенных электродов с соосными отверстиями для пролета электронов, входной и выходной резонаторы, подсоединенные к электродам. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является СВЧ-прибор, содержащий катодный узел, состоящий из нескольких катодов, введенных внутрь отверстий в ближайшем к катодному узлу электроде, входной и выходной резонаторы с соосными отверстиями в стенках для пролета электронов, подсоединенные к источникам питания. Входной резонатор выполнен двухзазорным, средний электрод которого имеет отверстия для пролета электронов, соосные отверстиям в стенках резонаторов, изолирован и снабжен клеммой для подключения к источнику питания. Недостатком этого прибора является сравнительно низкий КПД, максимальная величина которого ограничена пространственным зарядом электронов в сгустках, движущихся из входного резонатора в выходной. Кроме того, за счет теплового излучения из катодной системы и малой площади коллектора нарушается нормальный тепловой режим работы прибора. Изменение размеров резонаторов за счет повышения температуры приводит к значительным уходам резонансной частоты, что снижает выходную мощность и коэффициент усиления. Этому же способствует и плоская форма электродов, обладающая при большом количестве отверстий низкой формоустойчивостью. Целью изобретения является увеличение КПД и повышение устойчивости прибора к механическим и тепловым нагрузкам. Цель достигается тем, что в СВЧ-приборе, содержащем корпус с системой подключенных к источнику питания электродов, из которых в электродах входного двухзазорного и выходного резонаторов выполнены пролетные отверстия, коллектор и катодный узел, состоящий из ряда катодов, входящих внутрь отверстий в ближайшем к катодному узлу электроде входного резонатора, средний электрод которого соединен с внутренним проводником, который изолирован от корпуса и снабжен клеммой, система электродов выполнена коаксиальной с расположением пролетных отверстий в радиальном направлении так, что их размеры увеличиваются пропорционально расстоянию от соответствующего катода до отверстия, причем электроды, образующие двойной зазор входного резонатора, размещены внутри ближайшего электрода, образующего двойной зазор выходного резонатора, средний электрод которого соединен с корпусом и образует отрезок резонансной линии, а последний электрод совмещен с корпусом. Признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, позволяют установить, что предлагаемый прибор соответствует критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". На чертеже схематично изображен СВЧ-прибор. СВЧ-прибор, названный авторами "ринготрон", содержит катодный узел 1, который выполнен в виде ряда катодов, установленных на трубе 2, коаксиальных электродов 3-5, образующих входной двухфазный резонатор 6 со средним высокочастотным электродом 4, изолированным по постоянному току с помощью блокировочной емкости 7, выходной двухзазорный резонатор 8 со средним высокочастотным электродом 9, электродами 10 и 11. Внешняя часть электрода 11 примыкает к коллектору 12, который является частью вакуумной оболочки 13 и соединен с внешней системой охлаждения в виде резонатора 14. В каждом из резонаторных электродов выполнены отверстия 15 для прохождения электронного потока, размеры которых увеличиваются по направлению к коллектору 12 прямо пропорционально радиусу этих электродов. Так, например, размер отверстий 15 в ближайшем к катодному узлу 1 электроде 3 наименьший, а размер отверстий 15 в электроде 11 выходного резонатора 8, который примыкает к коллектору 12, наибольший. Электроды 3-5, образующие входной резонатор 6, входят внутрь ближайшего к входному резонатору 6 электрода 10 выходного резонатора 8. Средние высокочастотные электроды 4 и 9 каждого из двухзазорных резонаторов 6 и 8 установлены на полых керамических трубках 16 и 17, служащих диэлектрической опорой для внутренних проводников 18 и 19, выполненных в виде цилиндрических спиралей, закрепленных на трубках 16 и 17. Все электроды прибора имеют общую ось симметрии и соединены с источниками 20-22 питания. Прибор имеет ввод 23 и вывод 24 энергии. Предлагаемый ринготрон работает следующим образом. Электроды 3-5 входного резонатора 6 подключены к положительному полюсу источника 21 питания, отрицательный полюс которого соединен с катодным узлом 1. Электрод 4 подключен к отрицательному полюсу источника 20 через внутренний проводник 19, выполненный в виде спирали, намотанной на керамическую трубку 17. Входной резонатор 6 имеет емкостную часть, состоящую из электродов 3-5, образующих двойной высокочастотный зазор с противофазным напряжением и индуктивную часть, образованную спиральным проводником 19, короткозамкнутым на конце по высокой частоте с помощью блокировочной емкости 7. Аналогичную конструкцию имеет выходной резонатор 8, у которого внутренний проводник 18 также выполнен в виде спирали, непосредственно короткозамкнутой на конце, намотанной на полую керамическую трубку 16. Для повышения мощности, рассеиваемой в выходном резонаторе 8, спиральный проводник 18 может выполняться полым и по нему может пропускаться охлаждающая жидкость. Коллектор 12 непосредственно соединен с цилиндрическим резонатором 14, имеющим большую (развитую) поверхность. При необходимости резонатор 14 может дополнительно охлаждаться за счет пропускания через него охлаждающей жидкости. В отсутствие СВЧ-поля катоды 1 заперты. При подаче на входной резонатор 6 через ввод 23 энергии СВЧ-сигнала с эмиттирующих поверхностей катодов 1, расположенных на трубе 2, стартуют электроны в виде радиально расходящихся пучков. Они подхватываются ускоряющим потенциалом электрода 5 входного резонатора 6, соединенного положительным полюсом источника 21 питания и ускоряющим полем, создаваемым приложенным к электроду 10 потенциалом, который, как правило, больше потенциала входного резонатора 6. СВЧ-поле выполняет функцию "ключа", открывающего катод 1 в течение части положительного полупериода. Стартовавшие с катодного узла 1 электроны попадают под действие быстронарастающего высокочастотного поля электрода 4. Статическое ускоряющее поле создаваемое приложенным к электроду 10 потенциалом, проникает в область второго зазора входного резонатора 6 через отверстия 15 в электроде 5, что обеспечивает выход сгустков электронов их входного резонатора 6. Средний электрод 4 изолирован от стенок входного резонатора 6, что позволяет подавать на него потенциал от источника 20 питания, отличный от потенциала электродов 3 и 5. Система катодный узел 1 - электроды 3,4,5 и 10 образуют электронную пушку, формирующую многолучевые радиальные электронные потоки. Отверстия 15 выполнены с размерами, увеличивающимися прямо пропорционально радиусу соответствующих электродов, поэтому поле, создаваемое электродом 5, легко проникает в прикатодную область входного резонатора 6, а поле, создаваемое электродом 10 выходного резонатора 8, свободно проникает в область второго зазора входного резонатора 6. В течение части положительного полупериода СВЧ-напряжения с катодного узла 1 начинают движение электроны, попадающие под действие быстронарастающего ускоряющего поля электрода 5, которые проходят через отверстие 15 в среднем электроде 4. При угле пролета электронов во входном резонаторе 6 меньше 180^о группа электронов, стартовавшая в первой половине положительного полупериода высокочастотного напряжения, действующего на электроде 4, попадает во втором зазоре резонатора 6 под тормозящее действие ВЧ-поля, так как поля в зазорах противофазны. А электроны, стартовавшие во второй половине положительного полупериода ВЧ-напряжения, подвергаются ускоряющему воздействию положительного напряжения во втором зазоре, сменившего знак за время пролета зазора этой группой электронов. Так как по сравнению с ускоряющим потенциалом, определяемым источником 22 питания, переменное СВЧ-поле мало, то все электроны обеих групп имеют примерно одинаковые скорости на входе в выходной резонатор 8, что обеспечивает получение высокого КПД, этому же способствует выполнение резонатора 8 двухзазорным. При угле пролета электронов в выходном резонаторе 8 меньше 180^о группы электронов, взаимодействуя с противофазными полями резонатора 6 более эффективно, чем в прототипе, отдают энергию СВЧ-полю. Это позволяет повысить коэффициент усиления прибора и КПД. Подбирая величину приложенного к электронам 5,9, 10 потенциала, можно добиться оптимальных условий отбора энергии у электронов в зазоре выходного резонатора 8, тем самым обеспечить высокий электронный КПД. После прохождения зазора выходного резонатора 8 электроны, пройдя через отверстия 15 электрода 11, оседают в коллекторе 12, являющемся естественным продолжением вакуумной оболочки 13. Вывод 24 СВЧ-энергии выполнен в виде петли связи. В генераторном режиме с катодного узла 1 идет электронный поток, который возбуждает входной резонатор 6 при условии, что угол пролета электронов в этом резонаторе меньше 180^о. Если электроны, проходя второй зазор взаимодействия и отдавая СВЧ-полю энергию, компенсируют энергию взаимодействия электронов с полем в первом зазоре и собственные потери в резонаторе 6, то в этом резонаторе возникает автоколебательный режим. В остальном все процессы протекают аналогично работе прибора в усилительном режиме. Особенностью приборов такого типа является то, что ток в них протекает только в динамическом режиме (при отсутствии СВЧ-поля тока с катода 1 нет), т.е. система охлаждения коллектора 12 должна обеспечивать работу лишь в динамическом режиме. В предлагаемом устройстве пространственный заряд в сгустках электронов, движущихся к коллектору в виде расходящихся в радиальном направлении, убывает обратно пропорционально радиусу электронов, что увеличивает электронный КПД прибора по сравнению с прототипом. Благодаря коаксиальной конструкции электродов повышается их формоустойчивость, облегчаются условия рассеяния тепла. Этому же способствует то, что внешний электрон выходного резонатора примыкает к коллектору, который является вакуумной оболочкой прибора, имеет большую поверхность и соединен с системой охлаждения, что обеспечивает улучшение теплового режима прибора по сравнению с прототипом. Выполнение внутренних проводников в виде спирали, намотанной на керамическую трубку и жестко соединенной с ней посредством пайки, также повышает устойчивость прибора к механическим и тепловым нагрузкам. В предлагаемом приборе пучки электронов радиально расходятся, в связи с этим не требуется их фокусировка. Это упрощает конструкцию прибора, уменьшает его массу, облегчает эксплуатацию.

Формула изобретения

СВЧ-ПРИБОР, содержащий размещенные в корпусе входной двухзазорный и выходной резонаторы, в электродах которых выполнены пролетные отверстия, катодный узел, на боковой поверхности которого размещен ряд катодов, помещенных в пролетных отверстиях ближайшего электрода входного резонатора, средний электрод которого соединен с внутренним изолированным от корпуса проводником, а все электроды снабжены клеммами для подключения к источнику питания, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и повышения устойчивости к механическим и тепловым нагрузкам, электроды размещены коаксиально, при этом электроды, образующие двойной зазор входного резонатора, помещены внутри электрода двухзазорного выходного резонатора, средний электрод которого соединен с корпусом внутренним проводником, а размеры пролетных отверстий в электродах пропорциональны расстояниям от катодов до соответствующих электродов.

РИСУНКИ

Рисунок 1