Многосекционный электронный усилитель

Многосекционный электронный усилитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(111 486398

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 19.04.73 (21) 1907987/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.75. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 04.01.7б (51) М. Кл. Н 011 25/00

Государствеииый комитет

Совета а|ииистров СССР по делам изобретеиий и отхрытий (53) УДК 621.385.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Петроченков и А. М, Акимов (71) Заявитель (54) МНОГОСЕКЦИОННЪ|Й ЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЪ

Изобретение относится к области СВЧ электроники, в частности, к многосекционным устройствам для усиления электромагнитных колебаний.

Известен многосекционный электронный усилитель, содержащий на входе секции ЛБВ

Π— типа с рекуперацией и на выходе цилиндрическую секцию М вЂ” типа, причем коллектор входных секций совмещен с катодом выходной секции.

Его достоинствами являются сочетание высокого к.п.д. с большим коэффициентом усиления, широкой рабочей полосой частот, повышенной фазовой стабильностью, относительно низким рабочим анодным напряжением.

Однако цилиндрическая конструкция выходной секции этого усилителя препятствует уменьшению его поперечных габаритов (при сохранении высокой выходной мощности) .

Вместе с тем, для некоторых применений, в частности в радиолокационных системах с активными фазированными антенными решетками, поперечные габариты прибора имеют решающее значение (в идеале они ограничены

IIoïåðå÷íItêoì порядка половины рабочей длины волны). Выходные импульсная и средняя

MoIlltIoctи при этом желательны максимальи ые.

Целью изобретения является уменьшение поперечных гаоаритов такого усилителя при сохранении всех остальных его достоинств.

Допол итель ой целью является сокращение длины пространства взаимодействия (продольного габарп.-а) и улучшение стабильности передцсго фронта импульса при работе прибора в так пазыгаемом режиме <(безмодуляторного питания».

1О Сущность изобретения состоит в следующем.

Для уменьшения поперечных габаритов (прп covpa!teI!IIII большой выходной мощности при отпоситсльво низком аподном напряже15 нпи) в качестве в txoZI!o!I секции прибора использован линейный усилитель М-типа с вторично-эмиссионным катодом в пространстве взаимодействия, последовательно соединенный по СВЧ с входной секцией прибора, яв20 ляющейся по принципу действия многосекционной ЛБВО с ленточным электронным потоком и соотвстствующпмп пушкой и системами фокусировки.

Длина выходной секции ЛБВО при этом

25 уменьшена для уменьшения разброса электронов по скоро тям, а в качесгве одноступецчатого коллек тора о глубокой рскуперацией использована переходная область между секцияMII «О» II «М»- ппов, находящаяся II зо краевом поле магнитной системы секции

М-типа, которое нарастает примерно по закону cthZ. Коллектор выполнен из двух электродов, поверхности которых изогнуты также по закону cthZ. Электрическое поле между ними нарастает по такой же зависимости.

Один из электродов, являющийся продолжением замедляющей системы секции М-типа, как и все анодные системы, заземлен, а другой — имеет участок с вторичноэмиссионным материалом и является продолжением катода секции М-типа.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции многосекционного усилителя; на фиг. 2 — сечение по Л вЂ” Л на фиг. 1; на фиг. 3 — форма электродов коллекторного узла.

Предложенный усилитель (фиг. 1) содержит на входе две секции ЛБВО с магнитной периодической фокусировкой, состоящие из электронной пушки 1, заземляющей системы

2, магнитов 3, полюсных наконечников 4, и коллектора 5.

Выход одной из секции по СВЧ сигналу связан коаксиалом 6, со входом замедляющей системы 7 секции М-типа. Коллектор 5 состоит из двух электродов, расстояние между которыми в области краевого поля магнитной системы М-типа уменьшается по закону

cthZ, причем один из электродов является продолжением замедляющей системы 7, а другой электрод является продолжением вторичноэмиссионного катода Ы секции М-типа.

Магнитная система состоит из магнитов 9 (см. фиг. 2) и магнитомягкого экрана 10, общего для всех секций прибора, одновременно являющегося вакуумной оболочкои прибора.

Магнитная система 9 и экран 10 могут размещаться и вне вакуума, тогда вакуумная оболочка располагается между ними и внутривакуумными элементами конструкции, а магнитная система становится самостоятельным элементом конструкции, Принцип действия усилителя следующий.

Поданный на вход (фиг. 1) сигнал усиливается в JlbBO по обычному принципу и затем поступает для дальнейшего усиления в выходную секцию, представляющую собой по принципу действия усилитель М-типа с вторичноэмиссионным катодом. Усиленный сигнал через выход поступает в полезную нагрузку.

Режим работы выходного конца секции

ЛБВО выбран ближе к линейному, чем к режиму насыщения. При этом разброс скорости электронов от средней относительно мал и достижима достаточно глубокая одноступенчатая рекуперация.

Потенциал коллектора выбирается на 20—

30% более высоким, чем потенциал катода пушки ЛБВО-секции, и параметры секции

М-типа рассчитаны на работу при этом потенциале.

Как уже указывалось выше, краевое поле магнитной системы секции М-типа без специальных магнитных экранов на торцах на5

65 растает примерно по закону сй Z где Z— продольная ось симметрии прибора. Исходя из эгого закона, параметров пучка и формы электродов коллекторного узла, можно рассчитать траектории элементов. 1акие расчегы показали, что при изменении расстояния между электродами по закону, близкому к зависимости вида с/й Z возможно большинство вторичных электронов направить в пространство взаимодействия секции М-типа, и одновременно получить умеренную, достаточно равномерную удельную тепловую нагрузку на коллекторе.

Дополнительно к этому, вторичноэмиссионныи поток из коллектора играет роль «поджигателя» для секции М-типа и она может иметь вторичноэмиссионный ка" îä и работать в импульсном режиме при постоянном анодном напряжении на ес катоде («режим безмодуляторного питания») с высокои ctаби IblioLтью переднего фронта импульса и одновременно уменьшеннои длине, на которой формируются «спицы» пространственного заряда, что при учете потерь в замедляющей системе также ведет к увеличению обще -о к.п.д. усилителя.

1-1а фиг. 3 показана форма электродов коллекторного узла 5, а также пять наиболее характерных траекторий электронов, полученных путем моделирования на ВМ для указанного режима коллектора.

Скорость электронов 1, ll, ill при влете в коллекторную область равна средней скорости потока. Электрон lV имеет íà 7% меньшую скорость, а электрон V — íà 5% большую по сравнению со средней скоростью. Конечная скорость всех электронов после торможения достаточна для получения коэффициентd вторичной эмиссии оольше единицы. (1lpH использовании в качестве вторичноэмиссионного эмиттера, например, платины в среднем поток электронов в данном случае увеличится примерно в 1,5 раза, а удельная нагрузка при токе пучка порядка 2 а составиг приолизительно 5 вт см- ) . ьольшинство вторичных электронов (см. фиг. 2) направляется в сторону входного конца секции М-типа и под действием ускоряющего СЫЧ поля приводит к быстрому размножению электронов и формированию

«сгустков» «спиц» пространственного заряда на малои протяженности участка этой секции.

Ы противном случае оез такого «поджига» процесс формирования спиц, как известно, нестабилен и может занимать ltd полезной длины пространства взаимодействия, что приводит к необходимости увеличения на 30% этой длины и к соответствующему уменьшению к.п.д. секции М-типа и к нестабильности переднего фронта СВЧ импульсов усилительного сигнала.

Поскольку подавляющее большинство электронов пучка, формируемого пушкой ЛБВОсекции, попадает на отрицательный электрод коллектора 5, являющийся одновременно ка486398

5 О 7

8 тодом 8 секции М-типа, то источник питания

ЛБВО расходует свою энергию в основном на питание секции М-типа, имеющей высокий к.п.д. (за вычетом энергии, преобразованной в полезный СВЧ сигнал в ЛБВО-секции п доли, рассеиваемой в виде тепла на коллекторе и других элементах конструкции).

В результате общий к.п.д. усилителя получается близким к высокому к.п.д. выходной секции М-типа.

В данном случае высокий электронный к.п.д. ЛБВО-секций не ооязателсн, поэтому ее фазовая стабильность может быть выше обычной, а общая фазовая стабильность предлагаемого усилителя существенно более высокой, чем в ЛБВО с аналогичным коэффициентом усиления и рабочей полосой частот.

Расчет показывает, что предлагаемый усилитель выгоднее обычной ЛБВО и в том отношении, что способен обеспечить при заданном анодном напряжении на порядок большую импульсную выходную мощность. 1-1апример, при напряжении 10 — 15 кв возможно получение мощности более 100 квт в импульсе при общем к.п.д.))40%. При этом выходная секция ЛБВО должна обеспечивать выходную мощность порядка 3 квт, к.п.д. порядка 15О О и микропервеанс 0,7 0.8.

Общий коэффициент усиления прп этом может oblTb 00 лее 40 u, a ito coca больше 10, о .

Зтп параметры в десятисантиметровом диапазонe 33 H o3 o - T .Tb»oëó÷åíû прп поперечных габарита.; порядка 5 см.

Предмет изобретения

Многосекцпочный электронный усилитель. содержащий на входе сскцпп ЛБВ О-типа, на выходе секцию М-типа с замедляющей системой и катодом, коллектор секции О-типа, сов15 мещснный с катодом выходной сскцпп. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения поперечных гаоарптов п увелпченпя стабпль"остп перс3него фронта импульса, коллектор секции О-типа выполнен пз двух электродов, 20 поверхности кото ых изогнуты по закону с п Л в ооласти краевого:lоля магнитной системы линейной секции М-типа, причем про3олжеппем одного пз электродов является вторпчноэмпсспоппьш катод секции М-типа, а

25 другого — "-амедляющая система секции

М-типа.

486398

Составитель Л. Фролова

Текрсд Т. Миронова

Редактор Н. Коляда

Корректор Л. Деннскина

Тииог,:с рии, iii). Саиуиова, 2

Заказ 3171/12 Изд. М 1844 Тираж 833 Подписное

Ц11ИИПИ Гссударс".венного когвите:и Совета Министров СССР по дслаги изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская иао., д. 4/5