Электронный прибор
Иллюстрации
Реферат
ЭЛЕКТРОННЬГЙ ПРИКОР для усиления и генераций электромагнитных колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, содержащий элект- ' ронно-оптйческую систему, формирующую электронный пучок, распросТ^^аняющий- Ся вдояь врлноведущей линии, к которой подк;ЛК)чен генератор накачки, о тл и -ч; а ю щи и с я тем, что, с цедьй уменьшения веса и габаритов прибора, а также расшрения рабочего диапазона частот. 6 область высоких частот, электр1онно'-оп'Т1Иеская система вьтолнена так, ^то она формирует прямолинейный электронный пзНЬк, а генератор накач- 'кИ подключен к в'олноведущей линии с противоположнбгб относительно • ' электронно-оптической системы конца.0) сИзобретение относится 'к электроиной технике, в частности к элек^тронным лазерам для усиления и генерации электромаг нктнызс сигналов в миллиметровом и субмшшиметровом диапазонах длин волн.Известны устройства типа Мазер на циклотронном резонансе (МЦР) для .получения эффектов усиления и генера~ ции, в которых используется явление индуцированного синхронного излучения.Электронно-оптическая система формирует в йространстве взаимодействия (волноводе) вращаюсщйся с циклотрониой частотой поток электронов. Усш1иваемь1й сигнал с частотой, близ*' кой к циклотронной, вводится в входное устройство и усиливается за счетэффекта вынужденного синхротронного излучения. После усиления сигнал выводится из устройства.Наиболее близким к изобретению является электронный мазер, содержащий электронно-Оптическую систему, формирующую электронный пучок, распространяющийся вдоль волноведущей линии, к которой подключен генератор накачки с частотой, близкой к циклотронной. 'Для всех конструкций МП,Р принципиально наличие электронно-оптической системы, формирующей криволинейный и вращающийся или трохоидальный электронный пучок. Поперечная скорост^ электронов при этом всегда много больше продольной скорости.о'ыОн^1^
СОЮЗ СООЕТСНИХ
ЫЯ ЧЬ
РЕСПУБЛИК,9180„„70 9 4
А1... I
ГОСУД4 СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ЙО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТЙРЫТЙЯМ
ОПЙСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А В СКОЧУ СВР 1Ю ВУ
/ 1 (21} 1810439/25 (22) 18. 05. 72 с присоединением заявки
- 2484938/25 (46) 15.07.91. Бюл. N - 26 (72) P.À.Ñèëèí, В.В.Кулиш и И.И. Клименко (53} 621.385.6(088.8) (56) Соколов А.А., Тернов И.И. Релятивистский электрон. И.: Наука, 1974, с.. 335..
Антаков И.И.-, Гинзбург В.А. ЦиЮю" тронный. усилитель восьмийиллииетрового диапазона r," тросоидальиым элект = ронным пучком;. Тезисы докладов Ч меж - . вузовской:кон4йренции по электронякф . свйрхвысоких частот. Изд. Саратовско -
i о-университета. Саратов, 1966, с .17.
Изобретение. относится к элет трой-" ной технике, в частности к электрой- ным лазерам для усиления .и генерацйй электромагнктйых сигналов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн., Известны устройства типа Йазер на циклотроннoM резонансе (HltP) для получения эффектов усиления и генерации, в которых используется "явление индуцированного синхронного йзлуче- ния.
Электронно-оптическая система формирует в пространстве взаимодействия (волиоводе). вращающийся с циклотронной частотой поток электронов.
Усиливаемый сигнал с частотой, близ- кой к циклотронной, вводится s вход- ное устройство и усиливается за счет
2 (54) (57) ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР для усиления и генерации электромагнитных колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, содержащий элект- ронно-оптическую систему, формирующую электронный пучок, распространяющий ся вдоль волноведущей линии, к которой подключен генератор накачки, о тл и ч а ю шийся тем, что„ с цельЮ уменьшения веса и габаритов прибора, а также расширения рабочего диапазона частот в область высоких частот, электронно оптическая система выполнена так, что она формирует прямолинейный электронный пучок, а генератор накач- ки подключен к волноведущей линии с противоположного относительно электронно-оптической системы конца. эффекта вынужденного синхротронного излучения. После усиления сйгнал выводится из устройства.
Наиболее близким к изобретению является электронный мазер, содержащий электронно-оптическую систему, формирующую электроннйй пучок, рас-, .пространяющийся вдоль волноведущей линии, к которой подключен генератор накачки с частотой,. близкой к циклотронной.
Для всех кбнструкций МИР принци- Ф пиально наличие электронйо-оптичес-.. „йь кой .системы, формирующей криволинейный и вращающийся или трохоидальный электронный пучок. Поперечная скорость электронов при этом всегда много больше продольной скорости.
705914
Поскольку частота усиливаемого (генерируемого) сигнала близка к циклотронной, то продвижение в область высоких частот возможно только путем увеличения напряженности .магнитного поля (при работе на основной гармонике) в электронно-оптической системе.
Электронно-оптические системы, 1О формирующие криволинейные электронные пучки при работе ГЩР в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах громоздки, обладают большим весом и стоимостью .(как правило, в таких системах используют соленоиды со сверхпроводящими обмотками, что и обусловливает указанные недостатки плюс необходимость использования специальных криогенных систем). Трудности при формировании требуемых электронных пучков при работе в верхней части субмиллиметрового диапазона настолько серьезны, что не преодолены до настоящего времени. 25
Габариты приборов и источников пи тания, а также стоимость их, даже если бы такие устройства были реализованы., \ превышают практически разумные величины.
Указанный недостаток является одним из главных препятствий для широкого использования MIIP в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн.
Целью изобретения является уменьшение веса и габаритов прибора, а также расширение рабочего диапазона частот в область высоких частот.
Для этого в" предлагаемом электрон- 40 ном приборе электронно-оптическая система выполнена так, что она формирует прямолинейный электронный пу-"чок, а генератор накачки подключен к волноведущей линии с противополож- 45 ного отнбсительно электронно-оптичес,кой системы конца.
На Фиг ° 1 показан прибор, общий вид; на фиг ° 2 - различные варианты исполнения, отличающиеся исполнением развязывающих устройств.
Электронный прибор содержит электронно-оптическую систему 1, формирующую линейный электронный пучок 2, коллектор 3, волноведущую линию 4, генератор 5 накачки. Развязка между
55 сигналами накачки и усиливаемым (или генерируемым) сигналом осущест-, вляется одним из известных способов.
Ка фиг. 2-3 приведены примеры кон- структивных вариа нтов, реализующих два таких извес гных способа и отличающихся исполнением развязывающих элементов 6 и 7, и
На фиг. 2 развязка выполнена в виде СВЧ-циркуляторов, Выбор такого конструктивного варианта наиболее удобен в случае, когда частота сигнала накачки и усиливаемого (или генерируемого) сигнала лежат в одном диапазоне.
В случае, когда частоты сигналов лежат в разных диапазонах (например, сигнал накачки — в сантиметровом, а усиливаемый сигнал — в субмиллиметровом) более приемлем вариант, изображенный на фиг. 3. При этом развязывающие элементы выполнены в виде отрезков волноводов (запредельных для сигнала накачки). Усиливаемый или генерируемьф сигналы могут формироваться в виде узких лучей, распространяющихся в объеме волноведущих линий 4, 6 и 7, как в открытом пространстве.
Прибор работает следующим образом.
Электронный пучок 2, как показано на фиг. 1, формируется электронной пушкой 1; попадает в волноведущую линию 4 и оседает затем на коллекторе 3 электронов, Генератор 5 накачки возбуждает в волноведущей линии 4 интенсивную электромагнитную волну, бегущую навстречу электронному пучку 2.
Электроны в поле интенсивной волны могут вынужденно излучать (вынужденное комптоновское рассеяние). Следовательно, слабый усиливаемый сигнал, распространяющийся в волноведущей линии 4 в направлении движения электронов пучков 2, усиливается.
Условие максимума усиления можно сформулировать как примерное равенство частот усиливаемого сигнала и сигнала накачки в системе координат, связанной с потоком электронов.
Вследствие встречного распространения сигналов доплеровское смещение частоты для каждого из них имеет разные знаки. Поэтому генератор накачки должен быть расстроен в длинноволновую сторону, а источник усиливаемого сигнала - в коротковолновую.
В случае, когда обе волны попереч ные, это условие можно выразить в виде формулы
705914
1 +6 ")с = )
H 1 где
Я вЂ” частота усиливаемого сигнала;
Я я — частота сигнала накачки;
U
/ — V — продольная скорость электронов", С вЂ” скорость распространения плоских волн.
Для релятивистских пучков (P- 1) расстройка может достигать значительной величины (сигнал накачки — в сантиметровом диапазоне, усиливаемый сигнал — в субмиллиметровом) . . †;:-Таким образом, в отличие от прототипа, в котором вопрос продвижения в область высоких частот связан с проблемой создания ультрасильных
:.магнитных систем, в предлагаемом устройстве продвижение в область ,,высоких частот обеспечивается исполь.
:зование релятйвйстских электройных пучков. Технически эта проблема в настоящее время решена в технике ускорителей.
Следовательно, нет принципиальных трудностей для перекрытия предлага" емым электронным мазером диапазона частот от СВЧ до инфракрасных волн.
Изобретение может служить в качестве усилителя и генератора электромагнитных сигналов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. В случае усилителя источник усиливаемого сиг..нала подключают к входу прибора (см.фиг. 1-3). В случае применения изобретения в качестве генератора на вход устройства подключается возбуждающий генератор (т.е. генератор с внешним возбуждением) или между входом и выходом осуществляется обратная связь (генератор с самовозбуждением). В последнем случае связь может осуществляться, например, с помощью резонатора (см.фиг. 4), где
20 позицией 8 обозначен открытый квазиоптический резонатор, рабочий объем которого не затенен конструктивными элементами. !
225 Благодаря более простой конструкции применяемой электронно-оптической системы такой электронный прибор обладает меньшим весом, габаритами
/ и стойкостью, а также способен работать в более широком диапазоне,частот.
705914
8ь!хад .
tSxod
4ьа2 дылд/
Составит Ыь
-;УеДактор О. Юркава Техред Л.Олийнык:, " Корректор М. Самборская,, ; 3ак»аз 3051 - Тираж 314 .: .: .. Подписное
ВЙИЙПЙ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
° ВМЮ»ЫФВ»»Ю»»Ь»»»»»4 О»»»» Ф»» ъ» фэ» ФВ»»»»» »»»» »»»»
Пр©ивводственно-иэдательский комбинат "Патент", г.уит ород, ул. Гагарина,101 6 . е