Импульсный свч-прибор

 

. 1. ИМПУЛЬСНЫЙ СВЧ-ПРИБОР, содержащий электронную пушку, модулирукндий резонатор и выходную секцию, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты, между резонатором и выходной секцией введены по крайней мере две металлические пластины с отверстиями для прохождения электронного пучка, изолированные от резонатора и выходной секции и имеющие выводы для подключения к генератору иипульсного напряжения, причем расстояние между пластинами выбрано из условия выполнения следующих соотношений Vcp и L /C,Vcp, где L - расстояние между пластинами; О - длительность импульса тока прибора; t.- длительность импульса напряжения между пластинами; . V.. усредненная скорость движения ср электронного пучка между плаестинами . 2.СВЧ-прибор поп.1,отлича«Л ю щ и и с я тем, что выходная секция выполнена из отре.зка замедляющей системы. 3.СВЧ-прибор по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что выходная секция выполнена в виде перестраиваемого резонатора. 00 N} ю ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С0ЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я!) „„1082221 А!

5р 4 Н 01,J 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3446072/18-21 (22) 28. 05, 82 (46) 07.0!.89. Бюл. У (71) Институт прикладной физики AH

СССР (72) А.В.Сморгонский (53) 621.385.6 (088.8) (56) Патент CIA ll 4209755, кл. 33183, опублик. 1980.

Канавец В.И., Копылов В.В., Пикунов В.М. Преобразование сложного сигнала с произвольными частотами в двухсекционном гибридном приборе.

Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. М 3 (327), 1981, с. 25. (54)(57). 1. ИМПУЛЬСНЬИ СВЧ-ПРИБОР, содержащий электронную пушку, модулирующий резонатор и выходную секцию, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты, между резонатором и выходной секцией введены по крайней мере две металлические пластины с отверстиями для прохождения электронного пучка, изолированные от резонатора и выходной секции и имеющие выводы для подключения к генератору импульсного напряжения, причем расстояние между пластинами выбрано из условия выполнения следующих соотношений

L>7 Чср и ? Ъ „V где L - -расстояние между пластинами;

Я вЂ” длительность импульса тока прибора;

7 - длительность импульса напряу жения между пластинами;

Ч вЂ” усредненная скорость движения электронного пучка между плаестинами.

2. СВЧ-прибор по п. 1, о т л и ч а— ю. шийся тем, что выходная секция выполнена из отрезка замедляющей (» . системы.

3. СВЧ-прибор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что выходная секция выполнена в виде перестраиваеь»а мого резонатора.

Ю

lG82221

Изобретение относится к области

СВЧ электроники и может быть исполь- зовано в.качестве перестраиваемого источника СВЧ излучения.

В настоящее время в качестве пе5 рестраиваемых источников СВЧ излучения широко используются отражательные клистроны, лампы обратной волны (ЛОВ), а также пролетные клистроны генераторы, Известен перестраиваемый клистронный генератор, содержащий электронную пушку, соосно ей входной и выходной резонаторы, последний имеет меха- 15 ническую герестройку, Нри этом резонаторы настроены на разные частоты и связаны регенеративной обратной связью

Недостатком этого прибора является длительное время установления частоты генерируемых колебаний, что обусловлено механической перестройкой частоты, а также достаточно узкий диапазон перестоойки. 25

Из известных перестраиваемых гене— раторов наибольшей полосой обладает

1| 0R

В ЛОВ резонансные элементы отсут"твуют и перестройка ее достигается

3Q изменением напряжения пучка, Однако из-за ухудшения условий взаимодейстсия пучка с полем замедляющей системы при изменении напряжения полоса перестройки ЛОВ не превышает (2(у50)7 от средней частоты.

Наиболее близким техническим решением является импульсный СВЧ приоор, содержащий электронную пушку, модулирующий резонатор и выходную секцию, выполненную в виде отрезка замедляющей системы.

Выходная = åêöèÿ имеет ввод дополнительного внешнего сигналов.

Недостатком этого прибора являет4 ся узкий диапазон перестройки частоты„, что обусловлено наличием нелинейных процессов перекачки энергии по комбинационным гармоникам, Целью изобретения является расши50 рение диапазона перестройки частоты, Ноставленная цель достигается тем, что в импульсный СВЧ прибор, содержащий электронную пушку, модулирующий резонатор и выходную секЯ5 цию, между резонатором и выходной секции введены две металлические пластины с отверстиями для прохождения электронного пучка, изолированные от резонатора и выходной секции и имеющие выводы для подключения к генератору импульсного напряжения, причем . расстояние между пластинами выбрано из условия выполнения следующих со- отношений

Е 7 Ч и L),,а Ч р, где I. — расстояние между пластинами; длительность импульса тока прибора; л ь. — длительность импульсного напу ряжения между пластинами; усредненная скорость движения электронного пучка меж..ду пластинами °

Выходная секция выполнена из отрезка замедляющей системы или в виде перестраиваемого резонатора.

На чертеже изображен предложенный

СВЧ-притвор,.

Импульсный СВЧ-прибор содержит электронную пушку 1, состоящую из ка тода и ускоряющего электрода 2, и соосные ей модулирующий резонатор 3 и ьыходную секцию 4.

В общем случае выходная секция может иметь различные конструктивные решения, В варианте, изображенном на чер еже, выходная секция 4 выполнена в виде отрезка спиральной замедляющей системы, формирующей электромагнитную волну с постоянной фазовой скоростью

V, определяемо= геометрическими раэ-! мерами спирали U =c.d/

Между резонатором 3 и отрезком выходной секции 4 установлены жестко закрепленные отрезками 5,6,7 трубы, выполненными из изолирующего материала, металлические пластины 8 и 9 с отверстиями ° Центры отверстий расположены на продольной оси прибора, а их геометрия определяется геометрией поперечного сечения электронного пучка. Так, если пучок в поперечном се" чении круглый или кольцевой, то отBppcTH$I iiesIecoo6разн0 де круга, Если же пучок ленточный, то отверстия целесообразно ..выполнить прямоугольными, Отрезки 5,6,7 вакуумно плотно соединены .с металлическими пластинами 8,9, резонатором 3 и выходной секцией 4 « образует вместе з 1082221 4 с отверстиями в пластинах 8, 9 канал

10 дрейфа.

Для обеспечения равномерного распределения поля в канале 10 между пластинами 8,9, выполняющими функцию .5 обкладок конденсатора,. -в варианте, изображенном на чертеже, линейные раз" меры пластин 8,9,значительно превышают линейные размеры отверстий в них. В другом варианте исполнения обеспечение равномерного распределения ..поля в канале 10 может быть достигнуто установкой в плоскости отверстий металлических стоек. Расстояние 1 между 15 пластинами целесообразно выбрать 1 (d — линейный размер отверстий), при этом достигается равномерное распределение потенциала в поперечном сечении пучка. 20

В варианте, изображенном на чертеже, число пластин n=2. В общем случае число пластин зависит от расстояния между резонатором 3 и выходной секцией 4 и определяется из соот- 25

L ношения n — + 1 где L †..длина каФ нала 10 дрейфа.

Для эффективной работы прибора требуется выполнение ряда режимных соотношений.

Так, длительность импульса тока электронного пучка, формируемого в пушке при подаче напряжения на ускоряющий электрод 2, должна удовлетворять условию i ссИЧс,. где V средняя скорость частиц в канале 10 дрейфа. Длительность 2 импульса напряжения V . з, подаваемого от генератора 11 импульсного напряжения 40 на пластины 8,9, должна быть с

L-lo " Ч с- — — где 1, =V 2- длина электроно ср ного пучка, сформированного электрон45

2eUt ной пушкой V = — — — скорость элект,m ронного пучка, определяемая напряже-. нием U, поданным на ускоряющий;электрод пушки, e m — заряд и масса элект-5 рона.

Момент подачи импульса. от генератора 11 на пластины 8,9 сдвинут по времени на t=l /У, по отношению к импульсу напряжения, подаваемому на ускоряющий электрод 2 электронной пушки 1.

Уровень модуляции V/V электронов по скорости в резонаторе 3 при заданньпс длине L канала дрейфа и частоте со, модуляции должен меняться в соответствии с изменением средней скорости в канале дрейфа по закону

V 2IIL 1 сP

СВЧ-прибор работает следующим образом. Импульсный электронный пучок, формируемый электронной пушкой 1, пролетая через резонатор 3 со скоростью

V,, модулируется по скорости подаваемым во входной резонатор сигналом частоты (d,. В результате по мере движения в канале 10 дрейфа электроны собираются в сгустки, центры которых отстоят друг от друга в пространствЬ л 2«V1 на расстоянии 1 = ††. Поскольку

1 длительность импульса тока электронного пучка ограничена условием

L Я--, то весь электронный пучок в ср момент времени с=1 /V, отсчитываемый от момента появления электронного пучка в канале 10 дрейфа, оказывается между пластинами 8,9. В этот мо» мент на пластины 8, 9 подается напряжение от генератора 11, в результате чего в канале дрейфа создается однородное ускоряющее электрическое поле

E(t). В соответствии с условием д (L-1 у -„- — воздействие электрического

Ср поля на электроны прекращается до то" го, как электронный пучок достигнет пластины 9. При выполнении вышеуказанного условия, а также вследствие того, что линейные размеры пластин

8,9 значительно превьппают линейные размеры отверстий в них, а расстояние между пластинами выбрано 1 d все электроны пучка ускоряются одинаково и получают одинаковое прираьg щение скорости 5V = 1 dt В

О Ill результате скорость пучка становится равной V =Ч,+йЧ. Так, как период 1 следованйя сгустков в пространстве при одинаковом ускорении всех частиц не меняется, то после ускорения между пластинами 8, 9 сгустки будут влетать в выходную секцию 4 с часто2«У Ч той 41@ — „— = -- g,, на которой сос1 1

10822 редоточена большая часть энергии пучка. В случае выполнения выходной секции в виде отрезка спиральной замедляющей системы электронная перестройка СВЧ-прибора осуществляется

5 изменением значений скоростей V, и 72, путем изменения напряжений на ускоряющем электроде 2 и пластинах

8, 9. При этом значения начальной Ч и конечной V скоростей пучка полно2 стью определяются фазовой скоростью

Чф, формируемой в замедляющей системе волны, так как для совпадения частоты и пространственного периода сле- 1> дования сгустков с частотой и прост-ранственным периодом электромагнитной волны эти скорости должны быть

Ф

V = — V V =V а напряжения подаф 2 ф

2 20 ваемые" на ускоряющий электрод 2 и пластины 8,9, соответственно U<

--(-- V ) г U =--V (1

m "< m

21 (d Ф 38,Д. Ф 2

Помимо принципиальных ограничении на диапазон перестройки, вытекающих из того факта, что скорость электронов не может превышать скорости света, на практике реальные ограничения связаны с конечностью полосы 3О пропускания любой замедляющей системы. Так, при наличии спиральной замедляющей системы, имеющей полосу пропускания в несколько октав, СВЧприбор может изменять выходную час- З5 тоту в 3-5 раз, в то время как в приборе, выбранном в качестве прототипа, перестройка частоты из-за наличия нелинейной связи между различными комбинационными гармониками, не мо- 40 жет превышать нескольких десятков процентов.

В случае выполнения выходной секции в виде перестраиваемого резонатора настройка на требуемую выходную частоту ы осуществляется одним лишь

21 6 напряжением на пластинах 8, 9, Поскольку начальная скорость V здесь произвольна (важно лишь отношение

V

В данном приборе имеется возможность обеспечения высокого КПД и соответственно постоянной выходной мощности во всем диапазоне перестройки. Это достигаатся за счет того, что в предложенной конструкции обеспечиваются оптимальные условия форV мирования электронных сгустков (— ,V, 2(! L

= †††) за счет изменения уровня (и, модулирующего сигнала.

P. р и м е р, конкретной реализации. Диаметр металлических пластин

Р=10 см и диаметр отверстий.в пластинах d=1.см. При длине канала дрейфа

L=5 см число пластин п = — +1 =6.

Частота модуляции ы, соответствует длине волны A =8 мм. джазовая скорость

1 волны, формируемой в спиральной за-. медляющей системе, V =0 063 С. Тогда при изменении напряжения на ускоряющем электроде 2 от 4 кВ до 250 В, а на пластинах 8, 9 от 3 кВ до 750 В (знак — соответствует тормозящему потенциалу между пластинами), выходная частота И2 прибора будет меняться на 2 октавы, 1082221

Ill // // //

It t

li !! ll !! !!

rl « >l ц

Ооставитель

Редактор Н.Сильнягина Техред М.Дидык

Корректор С.Шекмар

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7359 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5