Генератор свч-колебаний

Генератор свч-колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

-И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтсиик

Социалистические

Республик ()938333 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17. 10. 80 (2! ) 2993876/18-21 с присоединением заявки Ж— (23) Приоритет (52)M. Кд.

Н 01 J 25/00 евеудврстквиыФ кемитет

СССР ив девам юоеретевив, и открытвЯ

Опубликовано 23. 06.82. Бюллетень №23 (53) УДК 621.385...6(088.8) Дата опубликования описания 23.06.82

Г. И. Ежов, Е. И. Нефедов, К. И. Палатов, ). М. Российский и Н. П. Санталов

Ордена Трудового Красного Знамени институ радиотехники и электроники АН СССР (72) Авторы . изобретения (7l ) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СВЧ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к радиофизике и радиотехнике миллиметрового и субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн.

Известен генератор СВЧ колебаний (отражательный клистрон ), состоящий из катода, металлических сеток, входящих в состав закрытого резонатора и отражателя электронов (1 1. Недостатком этого класса генераторов СВЧ колебаний является сравнительно широкая линия излучения, поскольку здесь используется закрытый резонатор, имеющий большие омические потери. Попытка увеличить объем резонатора, а вместе с тем и запасенную энергию, с неизбежностью приводит к генерированию широкого спектра паразитных частот, подавление которых представляет сложную и нерешенную техническую задачу.

Известен также генератор СВЧ колебаний, содержащий катод, модулирующий каскад, отражатель и два зер.

2 кала, обра зующий открытый резонатор, одно из зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса (21."

Вследствие наличия открытого ре5 зонатора данный генератор имеет более разреженный спектр генерируемых колебаний, но система фокусировки прибора более сложная. Кроме того, прибор не обеспечивает высокого КПД, Цель изобретения - повышение

КПД и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в генераторе СВЧ колебаний, содержащем катод, модулирующий каскад, отражатель и два зеркала, образующие открытый резонатор, одно иэ зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса, второе

2о зеркало открытого резонатора выполнено в виде выпуклого гиперболического зеркала, расположенного коаксиально первому и имеющего переходное устройство в виде целей, модулирую"

3 щий каскад выполнен в виде металлических сеток, сопряженных со щелями переходного устройства, а катод и отражатель расположены по оси открытого резонатора.

На чертеже показан генератор, разрез.

Генератор СВЧ колебаний содержит катод 1, металлические сетки 2, отражатель 3, внешнее коническое зеркало 4 открытого резонатора, внутренее гипербслическое зеркало 5 открытого резонатора, переходное устройство 6. Внешнее коническое и внутреннее гиперболическое зеркала 4 и 5 образуют открытый резонатор. Катод 1, м таллические сетки 2 и отражатель 3 расположены на одной оси. Иеталличе кие сетки 2 размещены. внутри полост внутреннего гиперболического зеркала. Переходное устройство 6 в виде системы щелей прорезано во внутреннем .гиперболическом зеркале 5 и охв чена полостью, образованной метал(лическими сетками 2. Генератор СВЧ (колебаний образует конструкцию, сим йетричную относительно продольной о

Система, образованная катодом 1, металлическими сетками 2, отражателем 3, переходным устройством 6 и внутренним зеркалом 5 открытого резонатора, выполнена вакуумноплотной

Генератор СВЧ колебаний работает следующим образом.

Поток 7 электройов, испускаемых катодом 1, проходит через систему металлических сеток 2 и попадает в область отражателя 3, на который подано отрицательное напряжение, во вращающее электроны в область сеток

2. Время прояета электронов в прямо и обратном направлениях подобрано так, чтобы выполнялось условие синх низма - вовзращающиеся электроны по падают в область сеток 2, когда в этой области для них имеется тормоз щее поле, и электроны отдают свою энергию высокочастотному полю. Высо кочастотные колебания из пространст ва между сетками 2 проходят через переходное устройство 6, представля щее собой систему щелей, выполненную в виде сотовой структуры, квжд ячейка которой осуществляет nosopo плоскости вектора Е на 90, что пр

0 водит к возбуждению в резонансном объеме (между зеркалами 4 и 5) маг нитных колебаний Hm„9 (я = 1,2,...

938333 4 азимутальныи индекс, 1 - радиальныи, а q=l,2,...-продольный индексы колебаний ). OP образован коническим зеркалом 4 и зеркалом 5 в виде выпуклого гиперболЬида вращения. Индексы m u g в принципе могут принимать любые значения, однако предпочтительным является режим работы с единичным продольным индексом (д=1) . ю При этом добротность рабочего типа колебаний максимальна.

Колебания Hm g обладают уникальным свойством разреженности спектра собственных колебаний..Добротные колебания Hm g "удерживаются" в пространстве между критическими сечениями (на е- чертеже они показаны штриховыми линиями) открытого резонатора, образос- ванного зеркалами 4 и 5. Колебание и gp Hm д образуется из двух встречных

HIll квазисобственных волн слабонере( гулярного биконического рупора, отражающихся последовательно от критических сечений. Модуль коэффициента отражения квазисобственной волны

Hm„, m =1,2,... биконического рупора от критического сечения весьма близок к единице (с точностью,до преобразования в волны высших номеров. Зфективность этого типа преобразования пропорциональна квадрату малого параметра - степени отклонения профиля гиперболического зеркала от регулярности ). Последовательные отзз ражения квазисобственной волны от критических сечений формируют в итоге высокодобротное колебание. Волны других номеров магнитного и все электрические волны не имеют критиз- ческих сечений в расширяющихся участ о ках ОР и поэтому не удерживаются в м генераторе СВЧ колебаний и не усили:.ваются. На участок спектра шириной в ро- Iоктаву генератор СВЧ колебаний имеет одно добротное колебание, что

45 и обеспечивает разрежение спектра я- генерируемых колебаний.

Коэффициент отражения высокочастотного поля из пространства между металлическими сетками 2 для пере ходного устройства б,выполненного (o- в виде системы щелей шириной L, имеет вид Z

i5 b(z)dg н=5в((,цв

О где S - коэффициент связи между прямой и отраженными волнами

938333

i JI L R Q./л -9(<Це s n

h(Z) - продольная постоянная распространения.

Приближенно приведенную формулу можно представить в виде где о, и - -средние величины.

1О

При выборе ширины щелей L иэ условия hh=2Jtn, n=1,2,... обеспечивается минимум коэффициента отражения, что способствует увеличению добротности OP генератора СВЧ колебаний, а следовательно, увеличению излучаемой им мощности.

Частота генерируемых колебаний определяется расстояниями между эер- 2о калами(4 и 5) 3<1 >

Формула изобретения

Генератор СВЧ колебаний, содержащий катод, модулирующий каскад, отражатель и открытый резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых выполнено в виде полого усе" ченного конуса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, второе- эерке" ло открытого резонатора расположено коаксиально первому, имеет выпуклую гиперболическую поверхность и переходное устройство в виде щелей, модулирующий каскад выполнен в виде металлических сеток, сопряженных со щелями переходного устройства, а катод и отражатель расположены по оси открытого резонатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Федоров Н. Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ. H., Атомиздат

1974, с. 38.

2. Авторское свидетельство СССР

М 641817,кл. Н 01 J 25/09, 1976 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 4473/75

Тираж 761 Подписное филиал ППП ".Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4