Генератор дифракционного излучения

Генератор дифракционного излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

00 Ф*,Ф *-Ф

/. с опалов; г

» а (->, :. „...,-.I .Ф вЂ”.-=,.

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиофизикй и электроники AH Украинской CCP (72) Авторы изобретения

А. А. Вертий, H. А. Попенко и В. П. Ше г (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области электроники СВЧ, а именно к генерато-. рам дифракционного излучения {ГДИ) миллиметрового и субмиллиметрово1о диапазонов, И может найти применение в

S измерительной технике связи, в радиолокационных системах и т.п.

Известны ГДИ, содержащие заключенные в корпус открытый резонатор (OP), образованный верхним и нижним непрозрачными зеркалами, дифракционную структуру, нанесенную в центральной части нижнего зеркала, катодный узел и вывод энергии.

Выходные характеристики таких генераторов в значительной мере определяют ся вь»бранным типом вывода энергии. В генераторах с волноводным выводом энергии используется шель связи, расположенная на одном из зеркал ОР, Щели

» и отверстия связи приводят к возмущению

OP и появлению потерь на связь, которые возрастают с укорочением длины волны.

Все это ведет к снижению добротности OP.

В генераторах с квазиоптическим выводом энергии используют ленточную дифракционную решетку, напыленную на кварцевуч» подложку, которая выполняет функцию верхнего зеркала ОР Ы. Такие решетки обладают повышенными омичес- кими потерями, что приводит к снижению добротности OP. Выходная мощность в этом случае падает на порядок.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому изобретению является ГДИ с волноводным выводом энергии. Он со» держит заключенный в цилиндрический корпус ОР, образованный двумя зеркалами, одно которых гладкое, а на поверхность второго нанесена периодическая структура, катодный узел и волноводный вывод энергии, выполненный в виде шели связи, находящейся в центральной части верхнего зеркала, причем между гладким зеркалом и корпусом имеется зазор f2, г --»

Однако известные ГДИ имеют сравнительно невысокую выход ную мощность и стабильность частоты.

6730 б

Указанные недостатки обусловлены налйчием в, ОР возмущающих элементов (например, щели связи) и потерь на связь.

Цель изобретения — повышение выходji ной мощности и стабильности,генерируемых частот ГДИ без снижения добротности его OP.

Указанная цель достигаетса тем, что гладкое зеркало открытого резонатора выполнено сплошным и в соответствии со . — -"" следующим соотношением

0,2< d/é <1: ) где, с3- расстояние между зеркалами, Я - радиус кривизны, — а зазор между корпусом и гладким зерка лом заполнен диэлектриком и образует при этом вывод энергии.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый ГДИ, продольный разрез: на фиг. 2 — зависимость добротности от расстояния между зеркалами.

Предлагаемый ГДИ содержит заключенные в цилиндрический корпус 1 откры1 тый резонатор, образованный верхним и нижним непрозрачными зеркалами 2 и 3, периодическую етруктуру 4, нанесенную в центральной части нижнего зеркала 3, катодный узел 5, коллектор 6, диэлектри- ческую обойму 7 иэ материала с малым З0 тангенсом угла потерь (tg d ) и радиопрозрачное окно 8.

Верхнее зеркало 2 выполнено гладким без возмущающих элементов.

Диэлектрическая обойма 7 помещена в корпус 1 соосно ОР, охватывая его зер кала 2 и 3.

Вывод энергии представляет собой кольцевую щель, образованную корпусом

1 и периферийной частью верхнего зеркала 2. Диэлектрическая обойма 7 своей верхней частью заполняет кольцевую щел ь.

Предлагаемый ГДИ работает следующим образом.

Электронный поток, сформованный катодным узлом 5 и продольным магнитным полем, пролетая вблизи периодической .структуры 4, возбуждает дифракционное излучение, последнее возбуждает ОР.

Я)

В ОР устанавливается"одйй йз собствей- нйх типов колебанйй. После этого колебанйя, представляющее собой квазиопти55 ческий пучок, дифрагируют на зеркалах ,2 и 3 ОР. Дифракционное поле ОР перехватывается диэлектрической обоймой 7 и выводится ею через кбльпевуЕ щель в нагрузку. 3

69 4

Интенсивность дифракционного поля при осто иной геометрии ОР повышает ся с повышением добротности колебания.

Отсутствие потерь на связь приводит к повышению добротности ОР, а следовательно, и к повышению уровня выходной мощности.

Собирательные свойства диэлектрической обоймы 7 способствуют увеличению интенсивности поля выводимого из гене-, ратора.

Выполнение зеркал 2. и 3 беэ возмущающих элементов обеспечивает высокую стабильность частоты генератора.

Внешнее (дифракционное) поле, применяемое в предлагаемом генераторе для вывода энергии, есть результат дифракции резонансного волнового пучка йа зеркале ОР и имеет явно выраженный резонансный .характер. Причем оно является общей характеристикой всех типов резонаторов с различной конфигурацией зеркал.

Интенсивность дифракционного поля за зеркалом определяется интенсивностью дифрагирующего резонансного пучка.

Рассмотрим зависимость добротности от расстояния между зеркалами Я-f (/ð) для собственного колебания сферического открытого резонатора (ОР) (фиг. 2).

С увеличением расстояния между зеркалами увеличивается резонансный объем колебания, а следовательно и его добротность (омические потери и потери на связь постоянны) ° Это увеличение интенсивно и токов на зеркалах приводит к увелйчению амплитуды внешнего резонансного поля (зависимость A g = f (/д ) .

Малые величины внешнего поля при небольших расстояниях между зеркалами обусловлены малым соотношением радиуса пятна поля к апертуре зеркала (Ге ).

Дальнейшее увеличение расстояния между зеркалами .приводит к увеличению соотношення re/ ð, однако, при этом резко падает интенсивность резонансного пучка (зависимость 9 = 4 (/ A ) .

Известно, что изменение добротности собственных колебаний OP определяется формулой.

q кб; г, 2, Г

Cl +Q 1-С У

43 - расстояние между зеркалами; О, — дифракционные потери; у - омические потери; д — потери на связь св 1

- длина волны.

69

Формул а

î,tc с /а где сЛ - расстояние между зеркалами

Й. - радиус кривизны

) а зазор между корйусом и гладким эер калом заполнен дйэлектриком и образует при этом вывод энергии.

Источники йнформации, принятые во внимание при экспертизе

1. Балаклицкий И. М. и др. Квазиоптический генератор дифракци(онного излучения. Иэв. Вузов, Радиофизика, т.ХУ1, hb 2. 1973,;с 236 -244.

2. Шестопалов В. П. и др.

Эффект дифракционного излучения,/ и его применение в электронике. Электронная техника сер. Электроника СВЧ", 1972, l4 12, с. 59, рис. 2а (прототип) л

0b

0,2

Риг. /

5 6730

Эта формула описывает зависимость"

0-((с /й)на фиг. 2 и является обшей для добротности собственных колебаний разных резонаторов. Спедовательно обшей будет и зависимость амплитуды дифрак- 5 ционного поля от расстояния между зеркалами, так как она определяется интенсивностью резонансного пучка, Так как теоретическое рассмотрение задачи дифракции с учетом потерь, представляет серъеэ 1О . 1ные математические трудности, былй проведены экспериментальные исследо вания зависимости Ag = (%) на различных резонаторах. В результате . были. получены зависимости, аналогичные приведенной на фиг. 2. Единственное отличие — изменение местоположения экстремума от координаты d 1Â, обусловленное различием радиусов пятен полей разных типов колебаний при фиксированной апертуре зеркал.

Предлагаемый ГДИ обеспечивает повышение выходной мощности и стабильнос ти генерируемых частот беэ снижения добротности OP. Это достигается сведэ-.

25 нием к нулю потерь на связь и выполнением OP без возмущающих элементов.

Кроме того, его конструкция технологичней. Нет надобности использовать сложзо ное и редкое оборудование и проводить трудоемкие работы при изготовлении щелей связи йли ленточных дифракционных решеток, особенно при переходе в

l, более коротковолновую часть миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, что, 35 в свою очередь, приводит к снижению себестоимости генератора.

8 г изобретения

Генератор дифракционного излучения, содержащий заключенный в цилиндрический корпус соосно ему открытый резонатор, образованный двумя, зеркалами, одно иэ которых гладкое, а на поверхность второго нанесена периодическая структура, причем между гладким зеркалом и корпусом имеется зазор, электронно-оптическую систему и выход энергии, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения выходной мощности и стабильности генерируемых колебаний, гладкое зеркало открытого резонатора выполнено сплошным и в соответствии со следующим соотношением ю ог, /е

Pv7. Z

ЦНИИПИ Заказ 9890/72, Тираж 844 Подписное

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул. Проектная,4