Свч прибор "о" - типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн

Свч прибор "о" - типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1, СВЧ-ПРИБОР О -ТИПА МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЯПИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ ДЛИН ВОЛН, содержащий по крайней мере один открытый резонатор, . расположенные соосно отрезок замедляющей системы с пролетным каналом, и электронно-оптическую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности и КПД, открытый резонатор выполнен Изобретение относится к области электровакуумных приборов сверхвысоких частот, в частности, к усилителям и генераторам О типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, использующим открытые резонаторы. Известны приборы с распределенной системой взаимодействия, содержащие электронно-оптическую систему формирующую прямолинейный электронньш поток, систему взаимодействия, состоящую из нескольких резонаторов, образованных из отрезков замедляющих Ь,.;::.;;--1: СНЕ8Ш I с :-:. в виде фокусирующего резонатора, содержащего экранирующую оболочку, вогнутое зеркало и зеркало в виде рупора , соединенного с отрезком волновода с пролетными отверстиями, расположен перпендикулярно отрезку замедляющей системы и соединен с ним с помощью согласующего .устройства, при этом отрезок замедляющей системы ограничен закорачивающими стенками с пролетными зтверстиями, а ось пролетного канала замедляющей системы совпадает с осями пролетных отверстий волновода рупора и закорачивающих стенок. 2. СВЧ-прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулировки резонансной длины волны, к одному концу замедляющей системы подключен с помощью согласующего устройства отрезок волновода с подвижным перестраиваюСО щим поршнем. 00 N5 4 00 систем, замкнутых-По высокочастотному полю, через которые проходит элек ,тронный поток. Входной и выходной резонаторы с помощью специальных устройств согласованы с входным и вы .ходным волноводами, по которым в клистрон вводится и выводится СВЧ-энергия. Недостатком прибора является то, что по мере укорочения длины волны в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн резонансные свойства закороченных отрезков замедляющих систем становятся менее

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„982481 (51)5 Н 01 3.25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3290689/21 (22) 13. 05.81 (46) 23.09.91. Бюл. № 35 (72) R.Ï, Сазонов (53) 621.385.6(088.8) (56) Шевчик В.И., Трубецков Д.И.

"Аналитические методы расчета в электронике СВЧ", "Сов. радио", М., 1970, ст. 127-129.

Русин Ф.С. "Линейная теория оротрона", Электроника болыпих мощностей, Сб. 5, "Наука", с. 54-60. (54)(57) 1. СВЧ-ПРИБОР "0"-ТИПА, ЩЩЛИ

МЕТРОВОГО И СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ ДЛИН ВОЛН, содержащий по крайней мере один открытый резонатор, расположенные соосно отрезок замедляющей системы с пролетным каналом, и электронно-оптическую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности и КПД, открытый резонатор выполнен

Изобретение относится к области электровакуумных.приборов сверхвысоких частот, в частности, к усилителям и генераторам "О" типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, использующим открытые резонаторы.

Известны приборы с распределенной системой взаимодействия, содержащие электронно-оптическую систему; формирующую прямолинейный электронный поток, систему взаимодействия, состоящую из нескольких резонаторов„ образованных из отрезков замедляющих в ниде фокусирующего резонатора, содержащего экранирующую оболочку, вогнутое зеркало и зеркало в виде рупора, соединенного с отрезком волновода с пролетными отверстиями, расположен перпендикулярно отрезку замед ляющей системы и соединен с ним с помощью согласующего .устройства, при этом отрезок замедляющей системы ограничен закорачивающими стенками с пролетными этверстиями, а ось пролетного канала замедляющей системы совпадает с осями пролетных отверстий волновода рупора и закорачивающих стенок.

2. СВЧ-прибор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулировки резонансной длины волны, к одному концу замедляющей системы подключен с помощью согласующего устройства отрезок волновода с подвижным перестраивающим поршнем, систем, замкнутых.rio высокочастотному полю, через которые проходит элек1 .тронный поток. Входной и выходной резонаторы с помощью специальных устройств согласованы с входным и вы.ходным волноводами, по которым в клистрон вводится и выводится СВЧ-энергия.

Недостатком прибора является то, что по мере укорочения длины волны в миллиметровом и субмнллиметровом диапазонах длин волн резонансные свойства закороченных отрезков замедляющих систем становятся менее

982481

20

30

50 выраженными и эффективность их уменьшается.

Наиболее близким техническим решением является известный прибор "0"типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, содержащий по крайней мере один открытый резонатор, расположенный соосно отрезок замедляющей системы с пролетным каналом, и электронно-оптическую систему.

Прибор содержит систему взаимодействия, представляющую собой открытый резонатор, состоящий из двух зеркал вогнутого сферического и плоского гофрированного и электронно-оптическую систему, которая формирует прямолинейный электронный поток.

Вблизи плоского гофрированного (гребенчатого) зеркала возникает сложное поле, которое содержит замедленные пространственные гармоники, экспоненциально затухающие при удалении от зеркал. Над гофрированным зеркалом пропускают электроны, которые при синхронизме с попутной замедленной гармоникой отдают полю свою энергию. По механизму взаимодействия электронов с полем оротрон представляет собой резонансную лампу с бегущей волной. Применяя последовательно два оротрона, связанных только общим электронным пучком., можно в принципе получить усилитель, аналогичный двухрезонаторному клистрону с распределенным взаимодействием.

Недостатком описанного прибора является то, что система взаимодействия, например гофрированное (гребенчатое) зеркало, совмещает две функции: во-первых, оно участвует в формировании собственного колебания открытого резонатора и, во †втор, оно создает замедленные пространст" венные гармоники, с которыми взаимодействуют электроны. Совмещение указанных функций накладывает определенные ограничения на типы систем замедления, которые можно быпо бы испольэовать для повышения эффективности взаимодействия электронов с полем, что ограничивает мощность и КПД устройства.

Белью изобретения является увеличение выходной мощности и КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-приборе "0"-типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, содержащем по крайней мере один открытый резонатор, расположенные соосно отрезок замедляющей системы с пролетным каналом и электронно-оптическую систему, открытый резонатор выполнен в виде фокусирующего резонатора, содержащего экранирующую оболочку, вогнутое зеркало и зеркало в виде рупора, соединенного с отрезком волновода с пролетными отверстиями, расположен перпендикулярно отрезку замедляющей системы и соединен с ним с помощью согласующего устройства, при этом отрезок замедляющей системы ограничен закорачивающими стенками с пролетными отверстиями, а ось пролетного,канала замедляющей системы совпадает с осями пролетных отверстий волновода ру и закорачивающих стенок. С целью повышения точности регулировки резонансной длины волны к одному концу замедляющей системы подключен с помощью согласующего устройства отрезок волновода с подвижным перестраивающим поршнем.

Изобретение иллюстрируется фиг.1—

8, где схематически изображены варианты испо." нения электронных приборов с открытыми резонаторами.

Прибор содержит сферическое зеркало 1, экранирующую конусообразную оболочку 2 из материала, поглощающе— го электромагнитные волны, рупор 3 с отрезком волновода, отрезок замедляющей системы 4, коллектор 5, настраивающий плунжер 6, вакуумную оболочку 7, электронную пушку 8, сильфон 9, выходной волновод 10 с окном вывода энергии, электронный поток

11, магнитный экран 12, магнит 13, входной волновод 14 с окном ввода энергии, волновод 15 открытого резонатора.

На фиг. 1 изображен генератор типа резонансной ЛБВ. Принцип действия предложенной конструкции заключается в следующем.

Волна,распространяющаяся в волноводе 15 при согласовании волновода с замедляющей системой, беспрепятственно входит в замедляющую систему

4 и распространяется в ней в соответствии с законом дисперсии. Дойдя до конца замедляющей системы волна отражается и распространяется в сторону волновода. Выйдя из замедляющей системы, она распространяется

98248 в волноводе, -затем в рупоре. Излучившись из рупора, волна доходит до

1зеркала 1, отражается от него и распространяется в сторону рупора. Войдя в него, движется в сторону волновода, затем по волноводу входит в замедляющую систему и т.д.

Между замедляющей системой и волноводом необходимо согласующее устрой-1ð ство для того, чтобы создать единую колебательную систему, состоящую из отрезка замедляющей системы и фокусирующего открытого резонатора и обеспечивать оптимальный режим работы генератора. Конструкции согласующих устройств весьма разнообразны и хорошо известны. Это могут быть щели, диафрагмы, штыри, выступы, тройники с плунжером, плавные или ступенча- 20 тые отрезки волноводов, отрезки замедляющих сис гем с переменными параметрами и др. элементы, которые подбираются для каждой конкретной конструкции замедляющей системы и волново- 25 да. Добротность системы определяется величиной потерь в каждом элементе тракта: в зеркале, в зазоре на дифракцию, в рупоре, в волноводе, в замедляющей системе, в закоротке, и 3р величиной .запасенной энергии, главная часть которой содержится в объеме между зеркалом и волноводом, Величина потерь на участке резонатора, где включена замедляющая система, будет такой же как и в отдельно взятом отрезке замедляющей системы, в то же время величина запасенной энергии будет определяться не только объемом замедляющей системы, а глав- 4р ным образом, объемом вне замедляющей системы. Поэтому добротность резонатора будет значительно больше, чем . в закороченном отрезке замедляющей системы. Добротность можно еще более увеличить, если расположить с двух сторон отрезка замедляющей системы перпендикулярно к его оси согласующие устройства и волноводы, подсоединеннь е к рупорам экранированных фо- 5р .кусирующих открытых резонаторов. (фиг. 4) .

Резонансная длина волны в пред ложенной колебательной системе определится из условия равенства нулю суммы реактивных проводимостей, пересчитанных к какому-либо сечению волновода. Регулировка длины волны может быть осуществлена с помощью

6 подвижного закорачивающего плунжера

6, расположенного в отрезке волновода

15, который через согласующее устройство (не показано) подключен к отрезку замедляющей системы (фиг. 1, 5), Преимущества предложенной конструкции генератора заключаются в следующем.

Во-первых, появляется возможность выбирать конфигурацию замедляющей системы независимо от конфигурации зеркала. Это свойство позволяет использовать замедляющие системы, в которых электроны могут эффективно взаимодействовать не с гармоникой поля гребенчатой системы, как в случае оротрона, а с полем основной волны в таких системах как спираль, меандр, встречные штыри, цепочка свя" занных резонаторов и др. (фиг. 2, 3), что позволит повысить эффективность взаимодействия электронов с полем замедляющей системы, так как сопротивления связи на основной волне выше, и это позволит работать не только на виде колебаний с одной полуволной вдоль замедляющей системы (что обусловлено характером колоколообразного поля основного вида колебаний открытого резонатора в оротроне), но и на видах колебаний с несколькими полуволнами, укладывающимися вдоль системы, что позволит в несколько раз повысить сопротивление взаимодействия электронов с электромагнитным полем, снизить пусковой ток, повысить КПД и .выходную мощность.

Во-вторых, резонансную длину волны резонатора можно перестраивать не только с помощью перемещения зеркала

1 (фиг. 1), но и путем перемещения короткозамыкающего плунжера 6, расположенного в отрезке волновода, подсоединенного ко второму концу замедляющей системы (фиг. 5), что значительно упрощает механизм перестройки ° Следует также отметить, что разделение функции в открытом резонаторе позволяет раздельно регулировать ве» личину обратной связи плунжером 6 и резонансной длины волны перемещением зеркала 1 (фиг. 1).

В-третьих, можно увеличить добротность, если подключить ко второму концу замедляющей системы еще один фокусирующий открытый резонатор (фиг. 4) . Повышение добротности позволит снизить пусковой ток генерато-, 98248! ра и тем самым разгрузить катод и повысить его долговечность.

В-четвертых, в предложенной конструкции генератора масса фокусирую5 шего магнита 13 может быть значительно меньше, чем у оротрона при одной и той же величине магнитного поля в рабочем зазоре. Объясняется это тем, что в оротроне магнитное поле в рабо- О чем зазоре определяется расстоянием анод-коллектор, которое равно размерам гофрированного зеркала, а рабочее простран „тво заметно меньше размера зеркала. В предложенной конструкции генератора магнитное поле в рабочем зазоре определяется расстоянием анодколлектор, которое практически равно длине отрезка замедляющей системы.

Таким образом, в предложенной конструкции более рационально использует,ся рабочее пространство, что приводит к уменьшению массы и габаритов магнитной фокусирующей системы.

Предложенная колебательная система может быть использована не только для построе:Ния резонансных генераторов, но и для построения усилительных клистронов с распределенным взаимо30 действием.!!а фиг . Е! с хc. ì )òè÷èñê÷ !1Окяэян двухкаскадный ус илительный клистрон, в котором использованы экранированные фокусирующие открытые резонаторы с замкнутыми секциями замедляющих систем 4 ° В резонаторах предусматривается подстройка частоты.

В случае нескольких каскадов усиления резонаторы, благодаря поворотной симметрии можно расположить по винтовой линии.

На фиг. 7 показан усилительный клистрон с распределенной системой взаимодействия, в котором замедляющая система 4 первого входного каскада расположена внутри волновода 15 (фиг. 8). Плавные скосы длиной "Ы2 на пластинах гребенчатой замедляющей системы выполняют функцию согласую— щего устройства между замедляющей системой и волноводом открытого фокусирующего резонатора °

Предложенные генераторы и усилители миллиметрового и субмиллиметроного диапазонов длин волн на основе экранированного фокусирующего резонатора с отрезком замедляющей системы повышают эффективность указанных типов приборов, поднимают их выходную мощность, поднимают КПД .

98248J

Фиа 7

Корректор Л.Пилипенко

Редактор Е.Гиринская Техред Л.Серррокова

Подписное

Тираж

Заказ 3727

ВНИИПИ Государс тнс нного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Мо сква, m-35, Раушская наб,, д. 4/5

11 II

Производственно-издательский комбинат Патент, г Ужгород, ул, агарина, 101