Усилитель электромагнитных колебаний сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапозонов длин волн

Усилитель электромагнитных колебаний сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапозонов длин волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 13О2650

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Сои5а Советских

Социалистических

Республик

Т 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства 273001 (22) Заявлено 16.06.67 (21) 1164032/26-25,3) ) М. Кл. Н 0)j 25.00 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

Опубликовано 05.11.75. Бюллетень ¹ 41

Дата опубликования описания 10.0 ).70

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретении и открытий (5 ) -,-1), 632.385.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. И. Антаков, А. В. Гапонов, В. А. Гинцбург, A. Л. Гольденберг, М. И. Петелин и В. К. Юл11атов

Научно-исследовательский радиофизический институт (71) Заявитель

{54) УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИИ

САНТИМЕТРОВОГО, МИЛЛИМЕТРОВОГО и СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ

ДЛИН ВОЛН

Изобретение относится к области электронных приборов сверхвысокочастотного диапазона.

По основному авт. св. № 273001 известны усилители электромагнитных колебаний сантимстрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн.

Испол ьзов анис индуцированного циклотронного излучения псрспективно с точки зрения создания мощпы электронных приборов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов дли1т волн, такие приборы получили название мазеров на циклотронном резонансе (МЦР). Для освоения нового диапазона частот и мощностей применяются MLIP с электронными пучками, в которых электроны движутся по винтовым траекториям в продольном магнитном поле, так как скорость электронов и ток в таких пучках не уменьшаются с ростом магнитного поля.

Однако мощныс винтовые пучки с большим отношением вращательной энергии электронов к энергии их поступательного движения име1от сравнительно большой разброс продольных скоростей, что создает определенные трудности при конструировании электроннооптических и электродинамических систем

МЦР генераторов и усилителей.

Поскольку разброс продольных скоростей электронов препятствует созданию МЦР с бегущей волной в качестве МЦР-усилителя с винтовым пучком предлагается двух- (плн много-) резоняторный ЧЦР-клистроп, в «оTopoixI мод 15IUII5I элсктpoHQB 110 сКоросТ5111 враще1шя происходит в одном (входном) резонаторе. Преобразование этой модуляции в модуляцшо по фазам вращения происходит в пространстве дрейфа, а передача энергии пучка электромагнитным колебя1п1ям — в другом (выходцом) резонаторе. Прн работе па частоте, близкой цпклотронной (илп одной пз ее гармоник), такой усилитель ма:1о чувствителен к разбросу продольных скоростей электронов.

l5

С целью повышения выходной мощности и коэффициента полсзного действия г, 11рс.1лягаемом усилителе электромагнитных колебаний миллиметрового и субмпллпмстрового диапазона длин волн используется элс "ipoiiнооптпческая система, представляющая собой модифицированный вар1гапт пушки магпстро11ного типа и да1огц>я акспяльно-=!Ii; Icip» гп и трубчатый пучок, средний радиус которого в несколько (плп даже во много) раз превышает радиус вннтовыx траек»орпй электронов, а скорость в)ищеппя электронов более, чс в полтора — два раза превь1шает их 11остуllятельную скорост1,.

С целью o11ecne«eIII меха по .,стройки резонаторов в прстлягясмом устрой302()50

С < Г>С ll< ИО.(Ь,» С1 Е51:!!(Сl! <>. Ih! IΠ— С!! М 31(7 Р!! П!1>l"

Il!I. >;!И f,;)1!i! C«i!C РС;!ОН<1! ОР!>1 ()ТК;)1>! i 01 O И .1<3

) > <1 3 . )! ?? ?? ??>! И, Гп () 0 С Р Я !3 И И >! 1 Г> И С (, )! I O È Б» Л

iс! il!I3H< мых колсбяииЙ, ли )0 (13 >1 !.Jë!ätcTJ)olio)! Jl субмнллнметровом диапазонах длин вол(!) Ovii>< c t Bctii;o -,.»С)3 JJ!IH!oj>III l!! O<„, П1>и

ЭТО!>! Обряп(СИ!!я51 1(KO I)JCICTopV IсlС ГЬ БЫХО:, . ного рс:3<>llilTop» (я при отсутст(шп мсханп.Е!(0>t i!0 IC I 1>OEI ICII cf >CTÎThl — 13(Ch рс:lol!HToj) и ll .,7:1<«с Бссь блок, . Кл«>ч(!10!И>:1: резон lт<. !!>I и Г()убкн fo(I!(l)<1) Бместс с 131>lx<)

И Ь !! Ii» !!101!0 (ОГ)! ЭГ(С»CIГГО (С!3513J! И КОЛ(>С« О РС> .,! с>. 1 СКТj) О! I»f3 Г1 P < -(C Tcl i3 15T«) 1 (ОООН ХI С 1"1, l,711!)у < (lcj)(. мсll1!ы. I БПС pс! 11 . 1

СС i .! :.i . 3;, !>71 <1Г i (lj>Я ЧСЗIV у,.(я(ТС5! О! »1 .\(. C1131! l

СС)!IC K(jlff< (P <73, (C;l! !!!!C) ИНОБ «0,1!."()!!llllll;iio.() рс o .ЯToj);i rr 0(>cc!Ieчить О!! l н".я Iь!JI!o c;351. l

1<ь!Хо).jflo! 0 РСЗО ГЯТО" H С ВИЕШИИ 1 Tp !«TO%I И,) :)

3(!(ИИ !)()1 <>ГИ) ИЬГХ ИОТСР5! Х Bi . XO;(floral !)IOUI I!OCT!I.

С. 1(С, 1ЫО fiГ>С 70ТБряlЦСНИ51 С;1 >10БОЗОуж,(Сilllil

ЭЛ(КТРОХIЯГ И(1 (ГЫХ ЕÎ, fC()ñ1JIIJJT НИЗШПХ (IIO OT

II 0!È Ñ. ll! IЮ K J) cl б 0 1(. 1 ) Т1! I! 013 1) И Р С, (.! clГc! С 3IO 1

;C i" >О(> ТВС> У Я("! 1, )) ; ПС> I() H С (> (СР?1(Я! !I»I I И)СЛ Ь БЫЕОКОЧ ЯС10)НОГО 1!.l, !V×C!1!151, ((я 11>(Й уСИЛИТ(. 1Ь С, (13), МЯ )Эс 0! IH TOP с1 М Н.

Усилитель содср?кит яксиял(ню-симмстрн;I!v<0 электронную ну, 13!слючя!Ощу!о B себя

Кс1ТО;1 1 С I!Ctjilfj)OICffl! ИМИТпр > ЕОщИМ 1105!CKOXJ

2 и яп();(>, Иксия;Iь!!О-симмстрнчиыЙ I3

J)(.30?I 07111(VI ТРЯКТОМ

l1ocpc. :!ст!30м РолнoBo IH 6 Ei 0T;((лс!ГныЙ 0T KH

TO, l;iO!l O!!, I HCTJ(3> 1KPIiTIIc!(C KIT .(! .(..! K PH()0 1CI < .

TEIl! я Ko, I С(>сl! и!Й О грСЗК031 РОЛ НОНО;(cl 6, TJ)VOK), др ифя 7, 01 7сле(шуlo от резонаторов иср(>— хо (H rc! It 8 lf 9, Я !сси с1ГИ>ио-cIIIIT>fcTPII>I!I bIEI Бе 1ход <ой резо(: резонатором через отрезок закритического Бол!(ос>одя 1?, а с вы.(одным трактом — — !ср<>з Р>ыходиос ОК!!о 1<5, КО;1Г!сктОр 1 i э. !ситpo»OB, ро, Iü KoTopor 0 nr>i rlo;! Няlот стснк> .

1>ЫХО;(НОГО !>O,ТНОБОДЯ, ВОДЯ 11>, 10 P>)!(>cl И(К» 1 Э, аксняльно-еиммстричиыс со rcrroriды 16 — 18 и

IICCJ; J;(tCTpft)IBhtÉ r>tHcLiTIIT 19. .).7CICTJ)0Ifhl> i1OKIi I HEI ИХ>ИТ>5>)У>ОП(И!! 11051COIC кат»:(и, получают нячальпыс вращятсльну!о и постуиятсльну!О cKoj)ocTH В элсктростяти IсcKoII по.!с янодя. При Г!Ослсду!Ощсм;(13и?кении электронов в !Гарастяющсм Г!ягинтиом поле, создаваемом соленоидами 16 — 18, энсргин и.; вращательного движения увсличивастСЯ,;1 ПОСТУIIHTC.IhIIOI 0 — УМСНЬШЯСТС53, ДОIЮ,1нительняя энергия может быть сообщена электронам зя счет подачи напря?кепня па резонаторы (и дополнительные аноды) . Пройдя область однородного поля в резонаторах 4 и

l0, электроны попадают в уменьшающееся мап>итнос поле п садятся па коллектор, охла?к (яс Ihl!! вместе с выходным рсзонаторо,t водой, циркулирующей В, рубашке..Често оседания пучка мо?кно менять с помощью солснои.(H 18. Выходное окно защищено несимметричным мягпитом. Такая электронно-оптическая система обеспечивает более чем полуто!

><1 — (РУ .;!;1) H! I! И;)Е„ЫИ:C l. C K )O< > !31>>:! I

IijH f C;lh!;Ol О;ИИ!ЖС. ИИЯ I!el/ CKOPOCTblÎ И?> I 1o

С J 371с!! (. . Ьн(>1 0 . (БИЖСНИя Б ря бОЧСМ:ГрОСГОH!i

С 1 !3С IJP!I ОТИОСИТСГ!ЬНО М ОСTС1!.

В ЫСОIСО, ЯСTОТI1ЯЯ >1Îiц!10(ТL i ОД !СTC и 130 !

3х >. !!)Ои резонатор чсрсз во 1110!)О 1 а. В vcfi

ll!ÒC IC . J)i. l!lсl3iIH)!СГПIОМ .(151,) !!!0! h!Я Ь КО(<>Т

КОБО 7!!OT>OII i!HCTII МНЛ f!IfOÃO И С, !;illl.7 о лиме!ров»» диаиязопях длит. волн, нслссооб;) я:3110 !303)») ?!С((СИНС В .0;(НОГО j! CЗОН с1 Горя .>) ). ЕfioCJ!(. lCTI ",i .0 ICj)CÇ E307. :OBÎ 1, 6, CIJ3(>?KCHI!blf!

cooTBcTcTBу!Ощ((х! согласуюшнм ус гройстБОм.

;.Ксиалш о-симмстри l!! Ilc. цнлиндрп>сеK;fc

4 и 10 0$() HI!>!>;е!! Ihr:JH<(ре-(C7(>!(>! .,1И ,(5151 PH(>OЧCГО Т!(н KО, I!" >1111!1!i с ?КСI(IIЯ>.I! БO.1:lol3() (я (>, и< р(.(0.1<)хIН 8 Г! .>> Ei Оlp(. > . 1 .>акр и т: 1 !е<» ot o 130гн(0130;(<1 1>, !то Обсспсчивя с Г се, (с>к!! П«) r)fo;(рсзоня Горов по н j)o (О. (ь!l h! индексам. Гелскц(!5! ИÎ поперечным IIJLTcêcHI»

lIJ!ollcK(iди Г либо»ГIЯГО, (я )Я Ilc. слии!козl !i»el:>ин(Г(,шямсграм резона!Оров, либо Icll(>ëü3îБ;)(шсм коле(>яиий тина шепчущей галер ":: (lIj!1i < ().! h(LI 11K,! Н а 1 01 )7сlХ PC > III H I ÎPOB) .

Рябо(им тнно;? колебаний м»жет cëó>KBòü, иo(;oc. JfÇ ко:! с() i! II«lf (Г „),. И> itol! cTP»кти Биь х coo!>pH?KC((иif 13 ряде случаев у7обно рабОТЯТЬ I!cl KO:IC! >i> f1115!. C ГВ)))>,. (або ГИС х!0:11>1 (и ряз!Icpb!) входного п выход).(ого е30!Ii! TOPOB МОГУT ОЫТЬ P 13,1И!JI, lio ИХ !131: ЯУTHЛЬИЫС ИндСКСЫ П7,70, !?I(f h! бЫТЬ 0 111!Iciljolibl. ())f1 J;!i Я. >Ь!! с1Я СБ51:!Ь ЭЛ(. КГРОIT!10ГÎ ИТ I Ка С 13ЫCOKO ) Я СТО!НЫМ il<), IC. I ОИРС,IC.! 11!1011 МО,(ы (>бссисчив icic:r и !c>oj)oi!,ц ямстр,"-. Им .: Ifpy!о >

ILT(. Ã0 1TO5ICKH iI c! ЕЯ Т» 1(. И KÎ 1!Ij) CC!!li Х1с1ГИИ1 1«и о поля. Связь >ыходного рез»няторя 10 с выходным . 3ог!Ио!30 (о» pcl !Нрустся ряз:>Icрами закритического ->олново,rH 1>, ilðí исо;>ходимости имс1 ь i>IH;I) ю lo(>j)oò!Ioñòü это cv?!cc1i1ie может Бооб.цс отсутст(<овять. Рс-:oua l o)711 >могуT Оыт>, cllHбжс!Il f vcTpoilcтlio»:(, l>I

I механической перестройки частогы (например, путем измснсш)я д.ппы), возможность ш>м НСИИЯ СООСТБСI;НОИ !HCTOThf >)Сзопс! ГОРОБ j. ;OT>!

»Ы В М H IbIX. If РСДС 7 ЯХ) 00.! С! Ч ЯС! !! с1С!1)ОЙ«,> ) CJfËÈTCË5T IIH ОГ!Тн. >ГЯЛЬИЫЙ PC?«IIÌ.

Резонаторы 4 н 10 разделены тру»кой дрейфа, предста>)ляющсй собой Болново.!! запредельный Для рабочего типа !(оле<бян(3!!.

50 При больших диаметрах резонаторов и большом (Era! icTpe элс LTJ)off!to! o пучка в трубке дрейфа распространя!отся Bo;ll!bl н)(зшсгo (ИО отношсни>о к рабо;сй моде) типа. Нял!)ч!3е этих волн может привссти как к 1(оявлс;Гшо пар азитной связи между рсзо IH Top Hi!It, так и к самовозбуждсншо усилителя ня встречной волне. Для ycT)7alfc)шя этих явлений (особешю нсоб:соднмых при работс па oдной гяр7IOIIHfCC 1IITK70TpOI1IIO5f частоты) 13 Tp>, ()KC;lpCti60 фа имеется поглотитель (пли просто высокочастотный pHçphfB) . Генерация JIH встреч! ой

ВО<7(!С ITO I H B >IЯСТСЯ Тякжс ПPI!ÌCÍÑI!ÈCÌ l CO:jГю)) Оде(ОГО в и росТр HI!cTr3c дpcli(j) H ?Г я Г> ит!юГО ноля: при этом магн(г(иые поля во Бхо,(>to! и выходном резонаторах дс)лжны быль при302050

17 19

/„Т

12 мерно одинаковыми и иметь ве;lll÷èíó, обеспечивающую равенство циклотронцой частоты электронов (или ее гармоник) рабочей частоте.

Поскольку азимутальная (фазовая) груi;пировка вращающихся электронов в пространстве дрейфа МЦР-клистрона происходит в кинематическом приближении точно так жс, как продольная группировка в пространстве дрейфа обычного клистрона, методика расчета этих приборов почти одинакова, Основные характеристики МЦР-клистрона предпагаемой консп!рукции примерно такис же, как у обычных клистронов (но полоса усиления не может быть сделана шире полосы циклотронного резонанса). Главное преимущество этого прибора — возможность существенного увеличения мощности в миллиметровом и субмиллиметровом диапазо!га:. волн. к

Предмет изобретения

1. Усилитель электромагнитных колебаний сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн по 25 авт. св. М 273001, от гичающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности II коэффипис!!та! 11олсзпого действия, в нсм у стаповлспа аксиально-симметричная электронная пушка, формирующая трубчатьш электронный пучок, радиус которого во много раз прсьышаст радиус винтовых траекторий электронов, а высокочастотный блок, включающий в себя резонаторы, разделяющие их запредельные для рабочего типа колебаний участки дрейфа, элементы связи выходного резонатора с выходным волноводом, выходной волновод и коллектор, выполнен в виде сплошной металлической трубы с переменным внутренним сечениех!.

2. Усилитель по и. 1, от.шча1ощийгл тем, iTo, с целью обеспечения механической подстройк!! рсзонатороь, высокочастотный блок выполис! I B и!дс нсско.пькпх соосных отрезi oB металлических труб с переменным внутренним сечением, перемещаюшихся друг относительно друга в аксиальном направлении.

3. Усилитель»о пп. 1 и 2, от.!ича ощиагч тем, что, с целью предо!вращения самовозбуждеиия электромагни голых колсбашш пизш;!х (по отношеншо к рабочему) типов, участки дрейфа содержат поглотители высокочастотного излучения.