Клистрон

 

Изобретение относится к СВЧ-электротехнике, к устройству клистронов и может быть применено при создании усилителей и генераторных приборов этого типа. Цель изобретения - повышение уровня рассеиваемой мощности и улучшение массогабаритных характеристик. В клистроне, содержащем двухзазорный резонатор, в корпусе 1 которого размещены пролетные трубы, центральная труба расположена внутри отверстия в диэлектрической стенке 4 и соединена с проводниками 5, размещенными на поверхностях стенки 4. В корпусе резонатора выполнены пазы, образующие выступ 6, соединенный с проводниками, расположенными на диэлектрической стенке и центральным проводником 8 коаксиального вывода энергии. Для улучшения массогабаритных характеристик при сохранении уровня усиления корпус резонатора выполнен цилиндрическим. В описании изобретения дано ограничение на поперечные размеры клистрона, при которых не происходит падение характеристического сопротивления при уменьшении размеров прибора. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно - к устройству клистронов, и может быть использовано при создании усилительных и генераторных приборов этого типа. Целью изобретения является повышение уровня рассеиваемой мощности и улучшение массогабаритных характеристик. На фиг. 1 приведен вариант конструкции двухзазорного резонатора клистрона; на фиг. 2 приведен график зависимости величины характеристического сопротивления от отношения внутреннего радиуса резонатора к радиусу втулки при различных отношениях длины втулки к ее радиусу; на фиг. 3 показаны графики зависимостей R/R₁ от L/R₁, ограничивающих диапазон допустимых изменений характеристического сопротивления; на фиг. 4 приведены графические решения уравнения резонанса для ступенчато-нерегулярной а) и регулярной б) резонансной линии; на фиг. 5 и 6 показаны различные варианты конструктивного выполнения предлагаемого клистрона. Конструкция клистрона (фиг. 1) представляет собой объем, ограниченный корпусом 1. Области взаимодействия образованы установленными в корпусе пролетными трубами 2 и центральной пролетной трубой 3, укрепленной на промежуточной диэлектрической стенке 4, на поверхности которой расположены проводники 5, выполненные пленочной металлизацией и соединяющие пролетную трубу с выступом 6, который замкнут на корпус и образует вместе с проводниками, расположенными на поверхности диэлектрической стенки, четвертьволновый отрезок резонансной линии. Клистрон снабжен коаксиальным выводом энергии, внешний проводник 7 которого укреплен на корпусе резонатора, а внутренний проводник 8 кондуктивно связан с выступом 6. На фиг. 5 показана полость 9 в корпусе резонатора. С целью улучшения массогабаритных характеристик при сохранении уровня усиления корпус резонатора клистрона выполнен цилиндрическим, а внутренний диаметр корпуса выбран из соотношения: 6 L/R₁+2 ≥ R/R₁>2,3L/R₁+0,6, где R - внутренний радиус корпуса резонатора, м; R₁ - внешний радиус центральной пролетной трубы, м; L - длина центральной пролетной трубы, м. Клистрон работает следующим образом. При прохождении модулированного по плотности электронного потока в корпусе 1 резонатора через двойной бессеточный зазор, образованный между пролетными трубами 2 и центральной пролетной трубой 3, установленной на диэлектрической стенке 4, возбуждаются электромагнитные колебания в объеме резонатора, которые наводят СВЧ-ток в индуктивном проводнике 5 с выступом 6, имеющем конструктивную связь с выводом энергии коаксиального типа проводники 7,8. Этот проводник вместе с емкостью двойного зазора определяет резонансную частоту колебаний резонатора. Повышение уровня рассеивающей мощности, особенно при неизменных габаритах резонатора или даже их уменьшении, возможно только за счет снижения суммарной мощности потерь в рассеиваемой системе. При установке в корпусе резонатора выступа, являющегося дополнительным проводником, он вместе с проводниками, расположенными на диэлектрической стенке, образует ступенчато-неоднородный четвертьволновый отрезок резонансной линии. Распределение высокочастотного тока по длине такой линии определяется выражением i_x= Icos x, где I - высокочастотный ток в месте короткого замыкания; Θ - электрическая длина индуктивного проводника; l - длина проводника. Выражение для мощности потерь соответственно: P = Ri²_xdx , где R - полное сопротивление потерь линии, т. е. в нашем случае R=R₁+R₃ , где R₁ - погонное сопротивление потерь линии; R₃ - сопротивление потерь в месте контактов. Так как место контакта с проводниками линии, расположенными на диэлектрике, в предлагаемой конструкции переместилось в область меньших токов, то соответственно и мощность потерь R₃ уменьшится. Удельное поверхностное сопротивление R_s пленочных проводников, расположенных на диэлектрической перегородке, будет больше, чем у проводника, выполненного из сплошного металла. Параметр поперечного сечения дополнительного проводника также больше, поэтому мощность потерь P₁ будет меньше, чем в прототипе. Кроме того, теплопроводность сплошного металлического проводника значительно выше, чем у системы тонкопленочных проводников, расположенных на диэлектрической перегородке. Таким образом, за счет уменьшения в клистроне составляющих P₁ и P₃ повышается общий уровень рассеиваемой мощности клистрона. Наличие выступа 6 позволяет при увеличении уровня рассеиваемой мощности обеспечить надежную связь резонатора с нагрузкой. Соединение центрального проводника коаксиального вывода энергии непосредственно на выступ уменьшает контактные переходные потери по сравнению с прототипом, где контакт приходится осуществлять на пленочный проводник, расположенный к тому же с двух сторон диэлектрической перегородки. Выступ, кроме того, обладает более высокой теплопроводностью за счет большого сечения. Это позволяет при малых габаритах резонатора обеспечивать надежную связь с нагрузкой, отвести большие уровни энергии. Одной из основных характеристик клистронов является ρ-характеристическое сопротивление. В двухзазорных резонаторах его величина в основном зависит от поперечных размеров резонатора, диаметра и длины центральной пролетной трубы. Это видно на графике зависимости величины ρ- от отношения величин R/R₁, при различных значениях L/P (фиг. 2), где R - внутренний радиус резонатора;
R₁ - внешний радиус центральной пролетной трубы;
L - длина центральной пролетной трубы. Для определения допустимых изменений значения ρ при изменении поперечных размеров резонатора были выбраны критерии, основанные на анализе чувствительности, позволяющем определить скорость изменения ρ в зависимости от изменения параметров клистрона. Полученные таким образом ограничения на выбор отношения размеров R, R₁ и L для цилиндрических двухзазорных резонаторов, при которых характеристическое сопротивление практически не меняется и не влияет на характеристики приборов, выглядят следующим образом:
6L/R₁+2 ≥ R/R₁>2,3L/R₁+0,6. Так как клистрон выполнен на основе ступенчато-нерегулярной линии, то для него характерно большое разнесение резонансных частот основного тока и первого обертона. Объясняется это изменением расположения корней уравнения резонатора для ступенчато-нерегулярной колебательной системы, которой является система, по сравнению с расположением корней для регулярных колебательных систем, к которым относится система, описанная в прототипе. Возможны варианты изготовления конструкции клистрона. Один из вариантов, когда дополнительный проводник расположен не вдоль оси резонатора, а в плоскости диэлектрической перегородки, показан на фиг. 6. Все обозначения соответствуют употребляемым в тесте описания. Таким образом, клистрон позволяет по сравнению с прототипом рассеивать большие мощности при малых поперечных размерах, улучшить связь с нагрузкой при сохранении высокого значения характеристического сопротивления.

Формула изобретения

1. КЛИСТРОН, содержащий двухзазорный резонатор, в корпусе которого размещены пролетные трубы и диэлектрическая перегородка с отверстием, через которое проходит центральная пролетная труба, соединенная с проводниками, размещенными на поверхности диэлектрической перегородки, при этом внешний проводник коаксиального вывода энергии соединен с корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения уровня рассеиваемой мощности и улучшения массогабаритных характеристик, на внутренней стенке корпуса резонатора выполнен выступ, соединенный с центральным проводником коаксиального вывода энергии и проводниками, размещенными на поверхности диэлектрической перегородки. 2. Клистрон по п.1, отличающийся тем, что корпус резонатора выполнен цилиндрическим, а его внутренний диаметр выбран из выражения
6L/R₁ + 2 ≥ R/R₁ > 2,3L/R₁ + 0,6,
где R - радиус внутренней стенки корпуса резонатора, м;
R₁ - внешний радиус центральной пролетной трубы, м;
L - длина центральной пролетной трубы, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---