Клистронный усилитель мощности

Клистронный усилитель мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КгаСТРОПНЫЙ УСИЛИТЕПЬ МОЩНОСТИ , содержащий электронную пушку, записываемый внешним генератором входной резонатор и рыходную секцию, соединенную с входным резонатором какйлом дрейфа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, d цельютгъвьгаспия коэффициента усиления по мощности без потери устойчивости усилителя, S него дополнительно введен отрезок волиоводй, электродКнамичрски связ 1тый с входным резонатором одним концом и коротйозамкнутый нп друге конце .1

СОЮЗ СааЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИИХ .РЕСПУБЛИН

А1

:::„,SU„;; 279 (g1)g Н 01 Л 25/10

1-

ОПИСАНЙЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ®ТЯЙЬС ТЙУ ты" усилителей отличаются как конструкциями, так и режймными" особенностями промежуточньй резонаторов, Йзвестей также клистронный усилитель, содержащии электронную пушку, запитываейьй внешййм генерлтором . входной реэойатор, соедийейныи ка налом дрейфа с промежуточными резо. наторами и выходной секцией, Недостатком усилителя является невозможность дальнейшего повышения .: коэффициента усиления по мощйости без потерй устойчивости. Это связано с- тем, что повьппение коэффициента уси- ления путем увеличения длины прост ранства взаимодействия ограничивается из- за наличия собственйого пространственйого заряда электронного пучка. А дальнейшее повышение коэффи- .. циента усиления за счет повышения добротности резонаторов или исйользования дополнительных промежуточ-, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ, ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧЙРЫТЙЙМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2706944/18-25 (22) 04.01.79 (46) 07, 11.90.. Бюл. Р 41 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) Н.Ф.Ковалев, И.И.Петелин и А.В.Сморгонский ° * (53) 621.385.6 (088,8) (56) Кацман !Э.А, Вопросы теории многорезонач орных клйстронов. — М.:

Связь, 1958, с. 39-52.

Хайков А.3 Клистройные усили тели. И.: Связь, 1974, с.5.

Ъ

Изобретение относится к СВЧ электронике больших мощностей и мо.кет быть использовано в СВЧ энергетике и технике связи.

Йзобретение направлено на создание мощного усилителя„ устойчивого в короткоимпульсном режиме и обладающего высбким коэффициентом ycmfe- ,f ния. Обеспечение в усилителе высоко-" го коэффициента усиления позволяет снизить требования на мощйость вней. него (запитывающего) генератора, что особенно актуально при созданйй сверхмощных СВЧ приборов, например приборов, использующих электронные пучки сильноточных ускорителей.

В настоящее время для получейия высокого коэффициента усиления в клистронньи усилителях используются промежуточные резонаторы, установленные между входным резонатором и

:выходной секцией. Различные вариан2 (54) (57) KJ11ICTPOIIHbIA YCEIJIHTFIIb POQНОСТИ, содержащий электронную пушку, записываемый вйешним генератором входной резонатор и выходную Секцию, соединенную с входным резонатором каналом дрейфа, о т л и ч а ю щ и и— с я "тем, что," с целЪю"гФвышения коэффициента усиления по мощности без потери устойчивости усйлителя, B него дополнительно введен отрезок волновоца, электродинамически свя-!

:занятый с входным резонатором однчм концом"и короткозамкну-.ый на другом конце. ", 749279 с

4 ных резонаторов приводит к увеличейию времени переходного процесса и к потере устойчивости усилителя в короткоимпульсном режиме. Устранение указанного недостатка особенно важйо при создании мощных усилителей на сильноточных электронных пуч ках, поскольку в этом случае осо бенно велик разрыв между мощностью генератрров, применяемых в настоящее время для за(питкй усилителей, и ожидаемой от использования сильноточных пучков выходной мощностью усили-. теля.........., 15

Цель изобретения - повьпйенйе ко.эффициента усиления по мощности без потери устойчивости в мощных короткоимпульсных усилителях.

Для достижения поставленной цели щ в усилитель, дополнительно введен короткоз амкнутый на одном конце отрезок волновода, электродинамически связанный другим концом с входным . резонатором. 25

На фиг.1 и 2 цредставлены две воз " "-можные конструкции усйлителя .

Усилитель содержит электронную пушку 1, входной резонатор 2, электродинамически связанный посредством 30 диафрагмы 3 с короткозамкнутым отрезком волновода 4; и .выходную секцию .5, соединенную с резонатором 2 .кана.лом 6 дрейфа. Резонатор 2 запитывает- . ся внешним генератором 7 через. волновод 8..Ъ"

Волновод 4 выполнен одномодовым, а его длина L ori1låäåляется длительностью Ф токового импульса, формируе. . мого пушкой 1, и скоростью V. ïåðåíî са энергии вдоль волновода 4 и

V Co

L -= °

45,т.е. его длина намного превышает л -8 длину резонатора 2 (при ь 10 с длина волновода 4 превьппает длйну резонатора 2 примерно в 100 раз).

В общем случае волновод 4 может

\ быть устайовлен относительно резонатора 2 произвольно. В усилителе, изображенном на фиг.1,. волновод 4 установлен между резонатором 2 и вол,новодом 8 а функцию короткозамыкаюэ(55 .. .щего элемента выполняет диафрагма 9.

В усилителе, изображенном на фиг.2, волновод 4 короткоэамкнут подстроечнйм поршнем 10.

Характерной. особенностью усйлителя является то, что функция входного резонатора 2 заключается в согласо" ванин сопротивления электронного пучка (по отношению к высокочастотному полю) и волнового сопротивления волновода 4. В частном случае при равенстве указанных сопротивлений диафрагма 3 может отсутствовать, Усилитель работает следующим образом.

До инжекции электронного пучка в резонатор 2 волновод 4 представляет собой высокодобротный резонатор,причем добротноСть "этого резонатора значительно превьппает добротность резонатора 2. В течение йнтервала времени (|, предше"твующего инжекции л электронного пучка, в волновод 4 поступает энергия от внешнего генератора 7. Интервал времени д выбира/ и. ется близким ко времени (,„переходного процесса в резайаторе, образованном волноводом 4 (c c„). При л n. согласовании этого резонатора с запитывающим-в6лноводом 8 его омическая добротность Q в два раза превьппает загруженную добротность и л 30ом время ь а -"---- — (Я вЂ” частота

AP генератора 7), .т.е. (30 ом ( п 1п --" " = ° п —

В момент окончания переходного процесса- в резонаторе, образованном волноводом 4, в резонатор 2 инжекти-, руется-электронный пучок, нагружаю- . щий волновод 4. В течение токового импульса волновод 4 работает в режиме длинной линии, нагруженной на согласованное сопротивление (согласова" ние обеспечйвается резонатором 2).

Благодаря выбору соответствующей длиVe ... ны волновода 4 (L †- - "длитель"

A ность токового импульса cz согласована со временем распространения энергии вдоль волновода (I и за время вся энергия поступившая в волноо вод 4 от генератора 7, тратится на модуляцйю электронного пучка. При этом мощность Р, затраченная на модуляцию пучка, связана с мощностью P запитывающего генератора 7 коэффициентом пройорциойжькостй, зависящим от отношения времени cg и длитель А ности токового импульса ф

"k л

P = — -- -—

3 ь л, ggg

Qi . В о а выигрыш в коэффициенте усиления по мощности при фиксированной частоте и длительности токового импульса oz»ределяется омическими потерями в стенках волновода 4 бом Ю

О

При выполнении волновода 4 из

Ф меди, что соответствует 1 ом - 10 на частоте Я = б 10 Гц при длитель" ности токового импульса » = 1О. с

К = 15, а при ба = 2 10 с К = 75.

Таким образом, введение в клистронный усилитель короткозамкнутого волновода 4, электродинамически свя занного входным резонатором 2,позволяет повысить эффективность модуляции пучка во входном резонаторе 2 при сравнительно маломошном запитывающем генераторе 7 и решить тем самым проблему создания мощного усилителя на сильноточном электронном пучке (включая релятивистские пучки).

К тому же повышение коэффициента усиления по мощности не приводит к потере устойчивости усилителя,поскольку эффективйая модуляция пучка

9279 6

; обеспечивается z» без дополнительных резонаторов, а добротность входного резонатора 2 невысока, так как функция резонатора 2 состоит только в согласовании сопротивления пучка и волнового сопротивления волновода

4. Время переходного процесса в ре" зонаторе мало, так что даже в короткоимпульсном режиме усилитель устойчив.

Для повышения коэффициента усиления по мощности усилитель может содержать два отрезка волновода,один из которых установлен в соответствии с фиг.1, а другой †. в соответствии с фиг.2.В усилителе коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов .длин волн вол20 новод 4 может быть выполнен в виде одномодового рупора, а короткозамыкающий элемент — в виде сферического зеркала (чертеж не приведен). В этой конструкции величина И не зави25 сит явно ни от длительности импульса, ни от рабочей частоты, а определяется лишь коэффициентами трансФормации R< и R< рабочей моды резонатора (обраэованйого рупором и короткозамь»кающими элементами) в саму себя. при отражении от рупора и кгроткозамыкающих элементов. м

749279

Редактор Л.Письман Техред II.Сердюкова Корректор JI.бескид

Заказ 4349 Тираж 398 . подписное

1 -,

ЗНЙИПИ Государственного комитета по изобретенйям и открытиям прй ГКНТ СССР

° 113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

С