Усилительный клистрон

Реферат

 

Использование: электронная техника, одновременная передача двух и более высокочастотных сигналов. Сущность изобретения: клистрон содержит входной резонатор, выходной резонатор, промежуточные резонаторы основной частоты, по меньшей мере один резонатор удвоенной частоты и трубы дрейфа. Резонатор удвоенной частоты расположен перед выходным резонатором. Добротность и частота резонатора удвоенной частоты выполнены в соответствии с определенными соотношениями. 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронным приборам, а именно - к многорезонаторным усилительным клистронам, предназначенным для использования в радиорелейных, тропосферных и спутниковых станциях связи, в которых осуществляется одновременная передача двух и более высокочастотных сигналов, расположенных в одном рабочем диапазоне частот клистрона. Целью изобретения является повышение КПД клистрона в многочастотном режиме работы. На фиг. 1 представлена схема клистрона; на фиг. 2 - полученная экспериментальным путем зависимость коэффициента использования выходной мощности Ким клистрона в двухчастотном режиме работы от величины собственной добротности Qо резонатора удвоенной частоты при фиксированном значении частоты f2 резонатора удвоенной частоты; на фиг. 3 - полученная экспериментальным путем зависимость коэффициента использования выходной мощности Ким клистрона в двухчастотном режиме работы от частоты f2 резонатора удвоенной частоты при фиксированном значении собственной добротности Qо резонатора удвоенной частоты. Клистрон состоит из электронной пушки 1, входного резонатора 2, промежуточных резонаторов 3-5 основной частоты, резонатора 6 удвоенной частоты, расположенного перед выходным резонатором 7, труб 8-12 и коллектора 13. При этом на фиг. 1 показаны Iдр - длина последней трубы дрейфа, Iп - расстояние резонатора 6 удвоенной частоты от выходного резонатора 7 клистрона, составляющее 0,05-0,6 длины последней трубы дрейфа, считая от входного резонатора 2. Резонатор удвоенной частоты 6 имеет собственную добротность Qo, определяемую соотношением Qo= , где Fo - центральная частота рабочего диапазона частот клистрона, МГц; Fp - ширина рабочего диапазона частот клистрона, мГц. Снижение собственной добротности резонатора удвоенной частоты достигается либо за счет нанесения на внутреннюю поверхность резонатора покрытия, имеющего значительное ВЧ-затухание, либо введением в резонатор петли связи, соединенной по высокой частоте с внешней нагрузкой. Резонатор удвоенной частоты 6 настроен на частоту, выбранную в интервале 2Fof22(Fo+fo). Устройство работает следующим образом. Электронный пучок, формируемый электронной пушкой 1, модулируется по скорости в зазоре входного резонатора 2 в результате одновременного воздействия двух или более ВЧ-сигналов. Под действием ВЧ-напряжений промежуточных резонаторов 3-5 в трубах 8-12 дрейфа происходит преобразование первоначальной модуляции по скорости в модуляцию по плотности и преобразование сгустков электронов. При этом в силу нелинейности процессов группирования формирование электронных сгустков происходит под действием ВЧ-напряжений основных частот и их комбинационных составляющих. Резонатор удвоенной частоты, расположенный перед выходным резонатором, при оптимальных значениях собственной добротности Qо и резонансной частоты f2 воздействует на формируемые электронный сгустки таким образом, что меняется фаза и уменьшается амплитуда второй гармоники конвекционного тока и тем самым происходит уменьшение относительного уровня комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала. При этом затухание резонатора удвоенной частоты практически не сказывается на амплитудах сигналов основных частот. Выбор интервала настройки частоты f2 и значения собственной добротности Qо резонатора удвоенной частоты обусловлен результатами расчетов и экспериментальных исследований, проведенных на экспериментальном клистроне. На фиг. 2 приведена полученная экспериментальным путем зависимость коэффициента использования выходной мощности клистрона Ким в двухчастотном режиме работы в случае равных по амплитуде сигналов при относительном уровне комбинационных составляющих 30 дБ от величины собственной добротности Qo резонатора удвоенной частоты при фиксированной резонансной частоте f2= 2(Fo+Fp)резонатора удвоенной частоты. Коэффициент использования выходной мощности клистрона при заданном относительном уровне комбинационных составляющих определяется соотношением Kим = , где Pсигн - суммарная выходная мощность клистрона в многочастотном режиме работы, обеспечивающая заданный относительный уровень комбинационных составляющих; Р1 - выходная мощность насыщения клистрона в одночастотном режиме работы. Как видно из графика (см. фиг. 2), имеет место снижение коэффициента использования выходной мощности клистрона при значениях собственной добротности резонатора удвоенной частоты Qo< и Qo> . При Qo< снижение коэффициента использования выходной мощности клистрона пpоисходит за счет снижения мощности насыщения в одночастотном режиме работы клистрона. При Qo> - коэффициент использования выходной мощности клистрона существенно зависит от частотного расстояния между ВЧ-сигналами, что обуславливается зависимостью относительного уровня комбинационных составляющих от частотной расстройки между входными сигналами. Так, при изменении частотного расстояния между сигналами от 0,058 fр до fр коэффициент использования выходной мощности клистрона Ким изменяется при Qo= 2.5 от 0,41 до 0,48, при Qo= 5 от 0,33 до 0,42. При Qo= коэффициент использования мощности Кимпрактически сохраняет постоянство во всем диапазоне взаимных расстрочек частот входных сигналов. На фиг. 3 приведена полученная экспериментальным путем зависимость коэффициента использования выходной мощности Ким клистрона в двухчастотном режиме работы в случае равных по амплитуде сигналов от частоты f резонатора удвоенной частоты при фиксированном значении собственной добротности Qo= и при относительном уровне комбинационных составляющих, равном 30 дБ. При f2<2F уменьшение коэффициента использования выходной мощности Ким клистрона обусловлено ростом относительно уровня комбинационных составляющих. При f2> 2(Fo+ fр) происходит уменьшение мощности насыщения клистрона в одночастотном режиме работы. Использование резонатора удвоенной частоты в клистронах позволит повысить их коэффициент использования выходной мощности в многочастотных режимах работы, что равнозначно повышению КПД клистрона в многочастотном режиме работы при предельном для данной станции связи относительном уровне комбинационных составляющих. Экспериментальная проверка клистрона с предвыходным резонатором удвоенной частоты показала, что в двухчастотном режиме работы клистрона при относительном уровне комбинационных составляющих, равном -30дБ, коэффициент использования выходной мощности клистрона Ким составляет 0,558, в то время как в известном клистроне коэффициент использования выходной мощности в двухчастотном режиме работы равен 0,4. (56) Авторское свидетельство СССР N 1369586, кл. H 01 J 25/10, 1985. Авторское свидетельство СССР N 1369585, кл. H 01 J 25/10, 1985.

Формула изобретения

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН, содержащий входной и выходной резонаторы, промежуточные резонаторы основной частоты и по меньшей мере один резонатор удвоенной частоты, размещенный перед выходным резонатором, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД в многочастотном режиме работы, резонатор удвоенной частоты выполнен в соответствии с выражениями Q = ; 2Fo F2 2(Fo+fp), , где Q0 - собственная добротность резонатора удвоенной частоты; F0 - центральная частота рабочего диапазона частот клистрона, МГц; fp - ширина рабочего диапазона частот, МГц; f2 - частота настройки резонатора удвоенной частоты, МГц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000