Свч-прибор

 

Использование: радиоэлектроника СВЧ, СВЧ-нагрев. Сущность изобретения: СВЧ-прибор содержит резонансные системы, снабженные устройствами связи с внешними трактами. Входная резонансная система содержит активные резонаторы 2,3, а выходная резонансная система содержит активный 8 и два пассивных резонатора 10 и 11. Резонаторы выполнены в виде двух четвертьволновых отрезков резонансных линий и снабжены раздельными устройствами связи с внешними, выходными трактами 18 и 19 для каждой полосы частот. 2 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники сверхвысоких частот, а более конкретно - к конструкциям многорезонаторных СВЧ-приборов, предназначенных для усиления (или генерирования) СВЧ колебаний одновременно на разных рабочих частотах (на разных типах колебаний). Главное преимущество таких приборов - возможность работы одного устройства в двухполосном режиме без увеличения потребляемой мощности. Известны СВЧ-приборы, например клистроны с однозазорными цилиндрическими резонаторами, рассчитанными на одновременное усиление сигналов на двух частотах, соответствующих разным видам колебаний в резонаторах (Е₀₁₀ и Е₀₁₁). Известны также многорезонаторные клистроны, содержащие резонаторные системы, предназначенные для одновременного усиления группы сигналов. В каждом резонаторе таких приборов, кроме одного, существуют колебания практически всех компонентов. Наиболее близким по технической сущности является СВЧ-прибор клистронного типа, содержащий входную и выходную резонансные системы с активными однозазорными цилиндрическими резонаторами и входное и выходное устройство связи. Выходная резонансная система состоит из последовательно расположенных однозазорных цилиндрических резонаторов, электрически связанных между собой щелью связи. Мощность выводится из второго резонатора в выходной тракт (волновод) через индуктивную диафрагму. Эта система имеет два типа резонанса. На одной (более высокой) резонансной частоте поля обоих резонаторов в области ВЧ зазора синфазны (2π-вид), а на другой (более низкой) частоте - противофазный (π-вид). Параметры резонансной системы выбраны так, чтобы резонансы обоих видов перекрывались в заданной полосе частот. Недостатком такого прибора является то, что он может работать только в одной полосе усиливаемых частот (при одном входном сигнале). Цель изобретения - расширение рабочей полосы частот при двухполосном режиме и раздельном выводе мощности в каждой из полос. Указанная цель достигается тем, что в СВЧ-приборе, содержащем входную резонансную систему с активным резонатором, выходную двухчастотную резонансную систему с активным однозазорным резонатором, и входное и выходное устройство связи, входная резонансная система содержит дополнительный двухчастотный активный резонатор, связанный с первым резонатором и входным устройством связи через щель связи в металлической перегородке, разделяющей эти резисторы, на которой укреплен внутренний коаксиальный проводник коаксиальной линии входного устройства связи и размещенный в щели связи, а выходная резонансная система содержит два пассивных резонатора, разделенных металлической перегородкой со щелью, в которой размещен элемент связи с активным резонатором, и закрепленный на металлической перегородке, а пассивные резонаторы выполнены в виде двух четвертьволновых отрезков резонансных линий, связанных через щель в общей металлической перегородке, причем пассивные резонаторы снабжены раздельными устройствами связи с внешними выходными трактами для каждой полосы частот. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При излучении других известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, не была выявлена и поэтому авторы считают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". На фиг. 1 схематически изображен СВЧ-прибор; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика входной (выходной) резонансной частоты. СВЧ-прибор содержит электронную пушку 1, входную резонансную систему, включающую последовательно расположенные активный резонатор 2 и дополнительный активный резонатор 3, связанные между собой через щель 4 в общей металлической перегородке 5. Устройство связи 6 с внешним входным трактом 7 выполнено общим для двух разных по частоте сигналов. Внутренний проводник коаксиальной линии введен в щель связи 4 резонаторов и укреплен на металлической перегородке 5, разделяющей входные активные резонаторы 2 и 3. Выходная резонансная система содержит активный резонатор 8, имеющий элемент 9 с двумя пассивными резонаторами 10 и 11. Элемент связи 9 закреплен на общей металлической перегородке 12 со щелью 13, разделяющей пассивные резонаторы 10 и 11, представляющие собой два укороченные емкостью четвертьволновых отрезка 14 и 15 резонансных линий, связанных через щель 13. Пассивные резонаторы 10 и 11 снабжены раздельными устройствами связи 16 и 17 с внешними выходными трактами 18 и 19 для каждой полосы. За активным резонатором 8 выходной резонансной системы расположен коллектор 20. СВЧ-прибор работает следующим образом. Цилиндрический электронный поток, сформированный электронной пушкой 1, вводится по оси активных двухчастотных резонаторов 2 и 3 входной резонансной системы. Через входной внешний тракт 7 вводятся два сигнала (две разные рабочие частоты), которые через устройство связи 6 возбуждают систему связанных через щель 4 в общей металлической перегородке 5 активных резонаторов 2 и 3, настроенных каждый на две рабочие частоты, выбранные так, чтобы резонансы обоих резонаторов перекрывались соответственно в двух разных полосах (фиг. 2). В случае, если резонаторы 2 и 3 выполнены цилиндрическими, то они возбуждаются каждый из двух резонансных частотах, из которых нижняя соответствует колебаниям вида Е₀₁₀, а верхняя - колебаниям Е₀₁₁, обычно присутствующим в цилиндрических резонаторах. Причем электронный пучок взаимодействует одновременно с синфазными ВЧ напряжениями на зазорах на нижней полосе (вид Е₀₁₀) и с противофазными - на верхней частоте (вид Е₀₁₁). Так как резонаторы 2 и 3 представляют собой систему связанных резонаторов, то сигналы f₁ и f₂ могут усиливаться в соответствующих полосах, определяемых резонансами этих резонаторов. Конфигурация, геометрические размеры резонаторов, а также размеры щели связи 4, обеспечивающие эффективную скоростную модуляцию на двух частотах, могут быть рассчитаны на ЭВМ по стандартным программам. Сгруппированные с помощью промежуточных резонаторов электронные сгустки, соответствующие частотам сигналов f₁ и f₂, возбуждают активный резонатор 8 выходной резонансной системы, также резонирующей на основном (Е₀₁₀) и высшем (Е₀₁₁) типах колебаний. На элементе связи 9, закрепленном на общей металлической перегородке 12, с пассивными резонаторами 10 и 11 наводятся ВЧ-токи соответствующих частот, которые через щель связи возбуждают настроенные соответственно пассивные резонаторы 9 и 11, выполненные в виде двух четвертьволновых отрезков 14 и 15 резонансных линий. Через кондуктивные устройства связи 16 и 17 выходная мощность в каждой полосе выводится в раздельные выходные тракты 18 и 19. Отработанный электронный поток собирается коллектором 20. Если система входных резонаторов 2 и 3 связана положительной обратной связью (которая на фиг. не показана) с выходной системой на соответствующих частотах, то СВЧ-прибор может работать в генераторном режиме. Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое техническое решение обладает следующими преимуществами - оно обеспечивает одновременное усиление двухкомпонентного сигнала в более широкой для каждой компоненты полосе усиления. Это достигается тем, что на каждой рабочей частоте образуется двухконтурная система с частотами и (см. фиг. 3), обладающая "двугорбой" частотной характеристикой с небольшой величиной провала между "горбами". Упрощается вывод и ввод компонент СВЧ-сигнала. Это достигается тем, что по входному тракту подаются одновременно два сигнала, а с выходного осуществляется раздельный вывод мощности на каждой частоте. Применение такого устройства позволит осуществить одновременно усиление группы сигналов, т. е. практически вместо двух приборов используется один прибор. СВЧ-прибор может быть использован для работы в генераторном режиме. Применение такого прибора целесообразно в системах СВЧ-нагрева, т.е. одновременный нагрев на двух частотах обеспечит большую равномерность нагрева и повысит интенсивность процесса, что дает экономический эффект в народном хозяйстве.

Формула изобретения

СВЧ-ПРИБОР, содержащий входную резонансную систему с активным резонатором, выходную двухчастотную резонансную систему с активным однозазорным резонатором и входное и выходное устройство связи, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочей полосы частот при двухполосном режиме и раздельном выводе мощности в каждой из полос, входная резонансная система содержит дополнительный активный резонатор, связанный с первым резонатором и входным устройством связи через щель связи в металлической перегородке, разделяющей эти резонаторы, на которой укреплен внутренний проводник коаксиальной линии входного устройства связи и размещенный в щели связи, а выходная резонансная система содержит два пассивных резонатора, разделенных металлической перегородкой со щелью, в которой размещен элемент связи с активным резонатором, закрепленный на металлической перегородке, а пассивные резонаторы выполнены в виде двух четвертьволновых отрезков резонансных линий, связанных через щель в общей металлической перегородке, причем пассивные резонаторы снабжены раздельными устройствами связи с внешними, выходными трактами для каждой полосы частот.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2