Широкополосной электронный свч-прибор о-типа

 

1. ШИРОКОПрЛОСНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СВЧ-ПРИВОР 0-ТИПА, включающий входную электродинамическую систему, секцию линейного усиления, усилитель мощности и выходную элеКтрЬдинамическую систему, разделенные трубами дрейфа, о т л и ч а ю. щ и и с я тем, что, с целью увеличения КПД в полосе усиления, уменьшения перепада амплитудно-частотной характеристики при различных уровнях входного сигнала и получения одинаковой крутизны амплитудной характеристики на всех частотах полосы усиления, усилитель мощности содержит два каскада основной Изобретение относится к электронной технике , а более конкретно к конструкции СВЧ-приборов О-типа,-таких как клистроны, ЛБВ и их гибриды. Известны конструкции клистронов, в которых реализуется принцип секционного конструирования электронных приборов. За счет оптимального конструирования каждой из секций клистрочастоты с трубой дрейфа между ними, длина которой, меньше или равна длине трубы дрейфа, разделяющ ей входную электродинамическую систему и секцию линейного усиления, но больше длин всех остальных труб, длина трубы дрейфа , разделяющей секцию линейного усиления и усилитель мощности, больше или равна длине трубы дрейфа, разделяющей усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, но меньше длин всех остальных труб дрейфа. 2„ СВЧ-прибор О-типа по п.1, отличающийся тем, что входная электродинамическая система выполнена из отрезка замедляющей системы. 3.СВЧ-прибор О-типа по пп.1 и 2, (Л отличающийся тем, что секция линейного усиления состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усиления, длины .труб дрейфа между которыми уменьшаются с увеличением номера резонатора. 4.СВЧ-прибор О-типа по пп.. 1 и 2,отличающийся тем, что секция линейного усиления выполнена ,из отрезка замедляюще системы. оо со СП на увеличивается КПД в полосе усиле:НИя . - Известен клистрон, состоящий из линейного усилителя, усилителя мощности (нелинейного группирователя) и выходной Электродинамической системы. Длины труб дрейфа между соседними резонаторами линейного усилителя уменьшаются, а усилители мощности

1108950 А1 союз советсних

СОЦИМИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 01 J 25/10

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям пРи Гннт сссР (21) 3477898/21 (22) 04.08.82 . (46) 07.03.92. Бюл. V 9 (72) И.Г.Артюх (53) 621 385.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 757037, кл. Н О1 1 25/10, 22.0?.79.

Авторское свидетельство СССР к: 880158, кл, Н 01 Э 25/ IO

9.06.80. (54).(57) 1. ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СВЧ-ПРИБОР О-ТИПА, включающий входную электродинамическую систему, секцию линейного усиления, усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, разделенные трубами дрейфа, о т л и ч а ю. шийся тем, что, с целью увеличения КПД в полосе усиления, уменьшения перепада амплитудно"частотной характеристики при различных уровнях входного сигнала и получения одинаковой крутизны амплитудной характеристики на всех частотах полосы усиления, усилитель мощно" сти содержит два каскада основной

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к конструкции СВЧ-приборов О-типа,. таких как клистроны, ЛБВ и их гибриды.

Известны конструкции клистронов, s которых реализуется принцип секционного конструирования электронных приборов. За счет оптимального конст" руирования каждой из секций клистро2 частоты с трубой дрейфа между ними, длина которой меньше или равна длине трубы дрейфа, разделяющей входную электродинамическую систему и секцию линейного усиления, но больше длин всех остальных труб, дпина трубы дрей фа, разделяющей- секцию линейного усиления и усилитель мощности, больше или равна длине трубы дрейфа, разде" ляющей усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, но меньше длин всех остальных труб дрейфа.

2. СВЧ-прибор О-типа по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что входная электродинамическая система выполнена из отрезка замедляющей системы.

3. СВЧ-прибор О-типа по пп.1 и 2, отличающийся тем, что секция линейного усиления состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усиления,. длины .труб дрейфа между которыми уменьшаются с увеличением номера резонатора. 4. СВЧ-прибор О-типа по пп .1 и

2, отличающийся тем, что секция линейного усиления выполнена из отрезка замедляющей системы.

I на увеличивается КПД в полосе усиле,ния.

Йзвестен клистрон, состоящий из линейного усилителя, усилителя мощности (нелинейного группирователя) и выходной электродинамической системы.

Длины труб дрейфа между соседними резонаторами линейного усилителя уменьшаются, а усилители мощности

1108Я О увеличиваются с увеличением номера ристики на всех частотах полосы усирезонатора. Для уменьшения перепа- ления. да амплитудно-частотной характери- Цель достигается тем, что в шистики клистрона резонаторы линейно- рокополосном электронном СВЧ-прибого усилителя настраиваются в преде- ре О-.типа, включающем входную элеклах полосы усиления. тронодинамическую систему, секцию

За счет того.что реальный вход- линейного усиления, усилитель мощной резонатор имеет неравномерную в ности и выходную электродинамичеполосе усиления модуляцию электрон- 1О скую систему, разделенные трубами ного пучка, в указанной конструкции дрейфа, усилитель мощности соДержит нельзя получить достаточно малые пе- два каскада основной частоты с тру" репады амплитудно частотной характе- бой дрейфа между ними, длина которой ристики (АЧХ) линейного усилителя, меньше или равна длине трубы дрейфа, что ограничивает возможность увели- 1g разделяющей входную электродинамичечения КПД в точках минимальной мощ- скую систему и секцию линейного усиности, ления, но больше длин всех остальных

Наиболее близким техническим ре- труб, длина трубы дрейфа, разделяюшением к изобретению является при- щей секцию линейного усиления и усибор, включающий входную электроди- 2О литель мощности, больше или равна дли" намическую систему, секцию линейно- не трубы дрейфа, разделяющей усили" го усиления, усилитель мощности и тель мощност.i и выходную электродивыходную электродинамическую систе- наиическую систему, но меньше длин му, разделенные трубами дрейфа. В вгех остальных труб дрефа, причем приборе достигается некоторое умень 2> входная электродинамическая система шение перепада амплитудно-частотной вь1полнена из отрезка замедляющей сисхарактеристики с одновременным уве- темы, секция линейного усиления личением КПД в точках минимлаьйой состоит из отдельных резонаторов, мощности. настроенных в пределах полосы усилеОднако и эта конструкция не ли- 30 ния, длины труб дрейфа между котошена недостатков. В конструкции не рыми уиеньшаются с увеличением нопредусмотрены специальные меры по мера резонатора, а секция линейного обеспечению равномерности высокочас- усиления выполнена из отрезка замедтотного тока в зазоре выходной элек- ляющей системы. тродинамической системы. Окончатель" З Предлагаемое устройство позволяное выравнивание амлитудно-частотной ет обеспечить оптииальные характе" характеристики прибора осуществляет- ристики как отдельных секций, так ся подстройкой выходной электродина- и прибора в целом. мической системы. Амплитудно-частот- . На фиг.1 изображен общий вид одная характеристика имеет обратный. 4О ного из вариантов предлагаемой конперекос по отношению к высокочас" струкции широкополосного электрон- тотному току. При этом КПД в полосе ного прибора О-типа на фиг. 2усиления уменьшается, так как сопро- характеристики входной и выходной тивление выходной электродинамиче- электродинамической системы, -на ской системы в большинстве точек по- @ фиг. 3 - экспериментальная, аиплилосы усиления становится неоптималь" тудно-частотная характеристика клиным, так же как и ток, питающий вы- строна, выполненного в соответствии ходную систему. с изобретением в сравнении с прототиОсобо эти недостатки проявляются . пом, на фиг. 4 - экспериментальные при изменении уровня входного сигна- 5О амплитудные характеристики того же ла, например при амплитудной иодуля- клистрона для трех точек полосы; на ции сигнала. Крутизна амплитудной ха- фиг .g - -a cnep es aaia e a nnwygрактеристики различна на разных час- ные характеристики прототипа. тотах полосы усиления.

Целью изобретения является увели- gg широкополосный электронный прибор чение КПД в полосе усиления, уиень- О-типа включает секции предварительшение перепада АЧХ при Различных Уров- ного усиления, линейного усилителя, нях входного сигнала и гюлучение оди- . Усилителя мощности и выходную элекнаковой крутизны амплитудной характе" . тродинаиическую систеиу.5 1

Секция предварительного усиления состоит из входной электродинамической системы, выполненной из активного 1 и двух проходных пассивных ре зонаторов 2, 3 и пролетной трубы дрейфа 4.

Ее характеристики перекрывает полосы усиления с перепадом АЧХ в максимуме отношения 104. Она симметрична относительно центра полосы усиления (см.фиг.2)..

- Секция линейного усиления выполнена из четырех одиночных резонаторов 5, б, 7 и двухзарядного резонатора 8. Трубой 9 дрейфа она отделена от первого каскада усилителя 10 мощности. Первый каскад усилителя

10 мощности выполнен из отрезка замедляющей системы и трубой 11 дрейфа отделен от второго каскада 1? усилителя 10 мощности. Второй кас-.

;кад 12 содержит самый высокодоброт.ный в данном приборе резонатор, настроенный за .верхней границей поло:сы усиления так, что его сопротив,ление в полосе усиления от нижнего до верхнего значения частоты меняется 103.

Длина трубы 13 дрейфа, отделяющей усилитель 10 мощности от выходной электродинамической системы 14, минимальна в приборе и равна по углу пролета 32 редуцированной плазменной частоты колебаний электронного потока. Такую же длину имеет труба, 9 дрейфа, отделяющая секцию линейного усиления от усилителя мощности.

Длины труб 4, 11 дрейфа предусилителя и усилителя мощности также примерно равны и составляют по углу пролета 75 редуцированной плазменной частоты колебаний электронного потока, Ъ

Выходная электродинамическая система 14 настроена так, что ее АЧХ перекрывает полосу усиления перепадом 12ь, и она симметрична относительно центра полосы.

В других вариантах конструкции входная и выходная электродинамические системы, секция линейного усиления и первый каскад усилителя мощно" сти могут быть выполнены из отрезков замедляющей системы в любом сочетании с резонаторными секциями, а усилитель мощности перед и после резо108950

6 наторов основной частоты может содержать резонаторы гармоник.

На фиг.2 кривая 15 - характеристика входной, а кривая 16 - характеристика выходной электродинамической системы, Из фиг.3 видно, что выигрыш по электронному КПД в предлагаемой конструкции (кривая 17) составляет несколько процентов по сравнению с кривой 18, соответствующей прототипу.

В то же время из сравнения амплитудных характеристик эксперименталь15 ного. макета предлагаемой конструкции кривые 19, 20, 21 на фиг.4 в точках длинноволнового края полосы усиления 19, центральной частоты 20 и ко:ротковолнового края полосы 21 .с соответствующими зависимостями 22, 23, 24 (фиг.5) прототипа следует, что .в предлагаемой конструкции удалось, получить пра.ктически одинаковую крутизну амплитудных характеристик на разных частотах полосы усиления.

Такой результат для данной конст° рукции объясняется следующим образом.

Оптимальный линейный усилитель должен

30 обеспечить во входном зазоре усилителя мощности постоянное в. полосе усиления высокочастотное напряжение с амплитудой 0,1, а идеальная входная электродинамическая система модуляции электронного потока постоян35 ным ВЧ-напряжением при подаче на вход прибора постоянной на различных частотах входной мощности. . Нетрудно заметить сходствс) в tpeбованиях к оптимально сконструирован- 40 ным при таком подходе частям прибора.

На входе секции предварительного усиления и усилителя мощности электронный поток модулируется примерно постоянным в полосе усиления ВЧ-на45 пряжением. Отсюда очевидно, что при . увеличении труб дрейфа в секциях предварительного усиления и усилителя мощности происходит равномерное в полосе усйления ВЧ-сигнала.

Для получения равномерной модуляляции в секции предварительного усиления входная электродинамическая система должна выполняться так, что ее АЧХ перекрывает полосу усиления с перепадом несколько меньшим по сравнению с переъадом выходной мощности в целом, а форма АЧХ симметрична относительно центра полосы.

11ОЯЯ0

Равномерность в полосе усиления модуляции электронного потока во входном зазоре усилителя мощности клистрона при поступлении в него постоянного в полосе усиления УВЧтока достигается настройкой этого резонатора за верхней границей полосы усиления. При этом его сопротивление меняется незначительно. Вто- 10 рой резонатор усилителя мощности в конкретном техническом решении настраивается также за верхней границей полосы усиления с перепадом его сопротивления в полосе усиления не более 104. В этом случае ВЧ-напряжение на нем постоянное и может быть оптимальное в большинстве точек полосы усиления. Таким образом при изменений амплитуды входного сигнала 30 выходная мощность изменяется равномерно в полосе усиления, т.е. крутизна амплитудной характеристики на разных частотах полосы усиления одинаковая.

° Перед и после усилителя мощности могут быть расположены резонаторы, настроенные на одну из гармоник входного сигнал . Их цель обеспечить .(в 0 случае необходимости) достаточную степень нелинейности процессов группирования на низкочастотном (резонаторе 2 до усилителя мощности) и высо.кочастотном (второй резонатор 2 после второго резонатора основной частоты усилителя мощности) краях полосы усиления. Резонаторы второй гар", моники настраиваются известным образом: 1-й ниже удвоенной частоты длинноволнового края полосы усиления, 40

2-й выше удвоенной частоты коротковолнового края полосы усилания.

При малых уровнях входного сигнала резонаторы гармоник не работают, поэтому в линейном режиме амплитудные характеристики на разных частотах полосы усиления не искажаются. При больших уровнях входного сигнала в силу укаэанных, расположения и настройки резонаторы 2 увеличивают КПД каждый на своем краю полосы усиления.

При этом процессы группирования на других частотах полосы усиления не ухудшаются, так как нули усиления резонаторов 2 находятся за границей полосы усиления. Так как аиплитуда высокочастотного напряжения в зазоре предпоследнего резонатора должна .при максимальных значениях КПД составлять примерно 0,3-0,4ц., то длина последней трубы дрейфа должна быть минииальной. Задачу необходимой фазировки и обеспечения постоянства амплитуды напряжения в первом зазоре усилителя мощности выполняет (аналогично разобранному случаи) пролетная труба дрейфа, разделяющая секцию линейного усиления и усилитель мощности, длина которой должна быть также минимальной. 8 некоторых случаях длины труб дрейфа секций предварительного усиления и усилителя мощности могут быть равны между со-, бой, также как и длины труб дрейфа, разделяющих секции линейного усиления и усилитель мощности,. усилитель мощности и выходную электродинаиическую систему.

Симметричная относительно центра полосы усиления форма амплитудночастотных характеристик входной и вы." ходной электроднамических систем позволяет обеспечить оптимальное взаимодействие этих систем как с немодулированным, .так и со сгруппированным электронным потоком при оптимальном в большинстве точек полосы значении их сопротивлений. Этого нельзя было добиться в ранних конструкциях. Не" равномерность токовых характеристик, требует для выравнивания интеграль- ., ной выходной амплитудно-частотной характеристики мощности, соответствующей с обратным перекосом настройки электродинамических систем. В ре-; зультате большинство точек в полосе усиления оказывается не оптимальным,: что снижает КПД прибора в целом.

Испытания, результаты которых приведены на фиг. 3, 4, 5, показывают, что предлагаемый прибор. обладает по сравнению с известными рядом досто" инств, КПД в полосе усиления увеличен примерно на 104, получена практически одинаковая крутизна амплитуд" ной характеристики на разных частотах полосы усиления (у аналога уровень выходной мощности при выходе в насыщение отличается на разных частотах полосы усиления в 7 раз) ..

Изобретение не создает экономии, но при одинаковых затратах в производстве позволяет значительно улучшить выходные характеристики элек1108950 )О тронных приборов О-типа (клистроны, ЛБВ или их гибриды). е

Ю У 10 11 1Г/3 14

Техреду М,Иоргентал Корректор С.Шекмар

Редактор О.Юркова Заказ 1ч23 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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