Свч-прибор о-типа
Владельцы патента RU 2364977:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") (RU)
Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к мощным широкополосным СВЧ приборам O-типа, например к однолучевым и многолучевым клистронам или клистродам. Техническим результатом является обеспечение работы преимущественно в длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн с увеличенной полосой частот, большой выходной мощностью и уменьшенными поперечными размерами. СВЧ прибор содержит пассивный резонатор, образованный внутренним и внешним проводящими цилиндрами, расположенными соосно, и торцевыми стенками. В полости внутреннего проводящего цилиндра расположена, по крайней мере, часть коллектора. Между внутренним и внешним проводящими цилиндрами соосно расположен полый керамический цилиндр, ограничивающий вакуумную часть пассивного резонатора. В качестве пассивного резонатора выбран полуволновый коаксиальный резонатор, при этом внешний диаметр полого керамического цилиндра D определяется из условия:
D1>D>0.5(D1+D2),
где D1 - внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора,
D2 - внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к мощным широкополосным СВЧ приборам O-типа, например к однолучевым и многолучевым клистронам или клистродам.
Важнейшим направлением развития мощных усилительных клистронов или клистродов является увеличение полосы рабочих частот, КПД при сохранении комплекса эксплуатационных характеристик прибора, таких как низкие питающие напряжения, малые массы и габариты и др. Наиболее оптимальной с точки зрения обеспечения этих параметров является многолучевая конструкция СВЧ приборов O-типа.
Известна конструкция многолучевого клистрона средней мощности (выходная непрерывная мощность не менее 100 Вт), работающего в средней части сантиметрового диапазона длин волн и обеспечивающего мгновенную полосу частот 1,5%, в которой выходной активный резонатор связан с пассивным резонатором, в полости которого установлен коллектор электронов [1]. Пассивный резонатор через расположенный перпендикулярно оси клистрона волновод соединен с вакуумно-плотным баночным окном, через которое СВЧ энергия выводится из клистрона. Такая конструкция обеспечивает получение достаточно большой выходной мощности в широкой полосе частот. Однако использование баночного окна и указанное его расположение значительно увеличивает поперечные размеры и массу клистрона, особенно при работе в длинноволновой части сантиметрового диапазона.
Известен мощный однолучевой пролетный клистрон, в котором выходной активный резонатор соединен с выходным волноводом через устройство связи, выполненное в виде нерезонансной кольцевой вакуумной полости, расположенной за выходным активным резонатором снаружи коллектора и ограниченной внешней поверхностью коллектора, внутренней поверхностью окружающего его полого цилиндра из вакуумноплотной керамики и внутренними поверхностями двух торцевых стенок [2]. Нерезонансная кольцевая вакуумная полость соединена с выходным активным резонатором клистрона через кольцевую щель связи в торцевой стенке выходного активного резонатора, которая, как правило, является одним из полюсных наконечников магнитной системы. Выходной волновод подсоединен к устройству связи с помощью пружинящих контактов.
В данном клистроне для вакуумного уплотнения вместо баночного окна использован цилиндр из вакуумноплотной керамики, расположенный вокруг коллектора, что позволяет упростить конструкцию прибора и уменьшить его поперечные размеры и массу, особенно при работе в длинноволновой части сантиметрового диапазона. Однако выполнение щели связи в торцевой стенке выходного активного резонатора в виде полного кольца, окружающего пролетный канал, приводит к искажению магнитного поля в области выходной пролетной трубы, а следовательно, к расфокусировке электронных лучей и оседанию электронов на стенке выходной пролетной трубы, что вызывает перегрев этой пролетной трубы и ограничивает выходную мощность прибора. Для устранения искажения магнитного поля на оси выходной пролетной трубы и уменьшения оседания на ней электронных лучей необходимо в области выходной пролетной трубы выходного активного резонатора вводить дополнительные магнитные экраны, что значительно усложняет конструкцию клистрона и технологию его изготовления. Такая корректировка магнитного поля в области выходной пролетной трубы применяется, как правило, в однолучевых клистронах, так как введение магнитных экранов устраняет искажения магнитного поля только в пролетном канале, расположенном на оси прибора. Введение магнитных экранов в конструкцию многолучевого клистрона не приведет к существенному улучшению токопрохождения, так как большинство пролетных каналов для электронных лучей расположены не на оси прибора. Таким образом, данная конструкция может быть использована в однолучевых узкополосных СВЧ приборах ограниченной мощности и не пригодна для использования в мощных многолучевых широкополосных СВЧ приборах. Кроме того, выполнение устройства связи в виде нерезонансной кольцевой вакуумной полости не позволяет увеличить полосу СВЧ прибора, которая определяется в данной конструкции СВЧ прибора только параметрами выходного активного резонатора.
Известен однолучевой СВЧ прибор O-типа (прототип предлагаемого изобретения), в котором выходной активный резонатор связан посредством кольцевой щели связи в его торцевой стенке с дополнительно введенным пассивным резонатором радиального (кольцевого) типа, в результате чего на выходе СВЧ прибора формируется система связанных резонаторов [3].
Пассивный резонатор содержит соосно расположенные внутренний и внешний проводящие цилиндры, образующие соответственно внутреннюю и внешнюю боковые стенки пассивного резонатора, соединенные с двумя торцевыми стенками пассивного резонатора, причем в полости внутреннего проводящего цилиндра расположена входная часть коллектора СВЧ прибора, а остальная часть коллектора выступает за пределы пассивного резонатора. Такой пассивный резонатор можно представить как свернутый в замкнутое кольцо волновод прямоугольного сечения с рабочим типом волны Н10, в котором компонента электрического СВЧ поля направлена параллельно узкой стенке прямоугольного волновода, образующего этот резонатор. В объеме пассивного резонатора между внутренним и внешним проводящими цилиндрами и соосно им расположен полый керамический цилиндр, вакуумноплотно соединенный с торцевыми стенками пассивного резонатора и ограничивающий вакуумную часть пассивного резонатора. Полый керамический цилиндр размещен вблизи внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора, где электрическое поле мало, при этом максимум электрического поля находится посередине между внутренним и внешним проводящими цилиндрами. Вследствие того, что в пассивном резонаторе компонента электрического СВЧ поля направлена параллельно продольной оси СВЧ прибора, то есть вдоль боковых поверхностей полого керамического цилиндра, возможно возникновение электрического пробоя по этим поверхностям. Размещение керамического цилиндра вблизи внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора, то есть в области малого электрического поля, позволяет уменьшить потери в керамическом цилиндре и соответственно увеличить выходную мощность СВЧ прибора, при этом также снижается вероятность возникновения электрического пробоя по боковым поверхностям керамического цилиндра. Однако указанное расположение керамического цилиндра в пассивном резонаторе ограничивает радиальные размеры (ширину) расположенной в вакуумной части прибора щели связи между выходным активным и пассивным резонаторами, что не позволяет получить широкую полосу частот в системе связанных резонаторов, что, в свою очередь, ограничивает полосу частот всего СВЧ прибора.
В данной конструкции так же, как в предыдущей, использована щель связи в виде полного кольца, что может привести к искажению магнитного поля в области выходной пролетной трубы, а следовательно, к расфокусировке электронных лучей и оседанию электронов на стенке выходной пролетной трубы, что вызывает ее перегрев и ограничивает выходную мощность СВЧ прибора. Поэтому данная конструкция может быть использована в однолучевых узкополосных СВЧ приборах ограниченной мощности и не пригодна для использования в мощных многолучевых широкополосных СВЧ приборах.
В данной конструкции отсутствует баночный вывод энергии, что позволяет упростить конструкцию СВЧ прибора и уменьшить его массу по сравнению с СВЧ приборами, снабженными баночным выводом энергии. Однако использование пассивного резонатора радиального (кольцевого) типа не позволяет существенно уменьшить поперечные размеры прибора, особенно при работе в длинноволновой части сантиметрового диапазона, так как внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора должен превышать внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра на величину, равную не менее одной рабочей длины волны. Внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра в свою очередь определяется диаметром коллектора. Продольные размеры СВЧ прибора определяются продольными размерами электронной пушки, активных резонаторов и коллектора. Продольный размер пассивного резонатора радиального (кольцевого) типа определяется конструктивными особенностями прибора и обычно не превышает продольных размеров коллектора.
Таким образом, в известной конструкции СВЧ прибора невозможно обеспечить комплекс параметров - большую выходную мощность в широкой полосе частот, а также малые поперечные размеры прибора.
Задачей изобретения является создание СВЧ прибора O-типа (например, клистрона), работающего преимущественно в длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн, с увеличенной полосой частот, большой выходной мощностью (импульсной и средней) и уменьшенными поперечными размерами.
В предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом достигается увеличение выходной мощности, рабочей полосы частот и уменьшение поперечных размеров прибора за счет использования в СВЧ приборе пассивного резонатора, выполненного в виде полуволнового коаксиального резонатора, и заданного расположения керамического цилиндра в пассивном резонаторе.
Предлагается СВЧ прибор O-типа, содержащий электронную пушку, активные резонаторы с пролетными трубами, пассивный резонатор, включающий соосно расположенные внутренний и внешний проводящие цилиндры, образующие соответственно внутреннюю и внешнюю боковые стенки пассивного резонатора, соединенные с двумя торцевыми стенками пассивного резонатора, причем в полости внутреннего проводящего цилиндра расположена, по крайней мере, часть коллектора СВЧ прибора, между внутренним и внешним проводящими цилиндрами и соосно им расположен полый керамический цилиндр, вакуумноплотно соединенный со стенками пассивного резонатора и ограничивающий вакуумную часть пассивного резонатора, пассивный резонатор связан с выходным активным резонатором через расположенную в вакуумной части щель связи в первой торцевой стенке пассивного резонатора, являющейся также торцевой стенкой выходного активного резонатора СВЧ прибора, пассивный резонатор также связан с выходным волноводом через окно связи во внешнем проводящем цилиндре, в качестве пассивного резонатора выбран полуволновый коаксиальный резонатор, при этом внешний диаметр полого керамического цилиндра D определяется из условия:
D1>D>0.5(D1+D2),
где D1 - внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора,
D2 - внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора.
Предлагаемый СВЧ прибор может быть выполнен однолучевым, при этом его электронная пушка содержит один катод, а в каждой пролетной трубе выполнено одно отверстие для пролета электронов, расположенное соосно катоду.
Предлагаемый СВЧ прибор может быть выполнен многолучевым, при этом его электронная пушка содержит несколько элементарных катодов, а в каждой пролетной трубе выполнены несколько отверстий для пролета электронов, расположенных соосно соответствующим элементарным катодам.
В предлагаемом СВЧ приборе первый торец полого керамического цилиндра соединен с первой торцевой стенкой или с внешним проводящим цилиндром пассивного резонатора, а второй торец полого керамического цилиндра соединен со второй торцевой стенкой или с внутренним проводящим цилиндром или с внешним проводящим цилиндром пассивного резонатора.
В предлагаемом СВЧ приборе щель связи в первой торцевой стенке пассивного резонатора имеет форму неполного кольца или полукольца или неполного полукольца, расположенного на окружности, центр которой совпадает с осью прибора.
В предлагаемом СВЧ приборе в первой торцевой стенке пассивного резонатора выполнены одна или более дополнительных щелей связи, причем все щели связи в первой торцевой стенке расположены на одной окружности симметрично относительно оси прибора.
В предлагаемом СВЧ приборе окно связи между пассивным резонатором и выходным волноводом расположено на участке внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора, прилегающем к одной из его торцевых стенок, причем длина этого участка меньше или равна половине расстояния между торцевыми стенками пассивного резонатора.
При использовании в предлагаемом СВЧ приборе пассивного резонатора, выполненного в виде полуволнового коаксиального резонатора с рабочим видом колебаний Н001, компонента электрического СВЧ поля направлена перпендикулярно продольной оси СВЧ прибора, то есть перпендикулярно боковым поверхностям полого керамического цилиндра, в результате чего уменьшается вероятность возникновения пробоя по этим поверхностям. Это позволяет увеличить выходную мощность СВЧ прибора.
Кроме того, известно, что величина электрического поля в полуволновом коаксиальном резонаторе обратно пропорциональна расстоянию от внутреннего проводящего цилиндра резонатора вдоль его радиуса. Исходя из этого, желательно располагать керамический цилиндр в пассивном резонаторе как можно ближе к его внешнему проводящему цилиндру, где электрическое поле имеет наименьшую величину и тепловые потери в керамике минимальны, а также уменьшается вероятность возникновения электрического пробоя. Кроме того, по мере удаления керамического цилиндра от внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора появляется возможность увеличить радиальный размер щели (или щелей) связи между выходным активным и пассивным резонаторами, а следовательно, увеличить полосу частот этой системы связанных резонаторов на выходе СВЧ прибора, что позволяет увеличить полосу всего СВЧ прибора.
В предлагаемом изобретении щель связи в первой торцевой стенке пассивного резонатора может быть выполнена не только в виде кольца, но и в виде неполного кольца или полукольца или неполного полукольца, либо в первой торцевой стенке пассивного резонатора могут быть выполнены несколько щелей связи, расположенных на одной окружности симметрично относительно оси прибора и отделенных друг от друга сплошными участками торцевой стенки пассивного резонатора. Использование одной или нескольких щелей, не замкнутых в кольцо, позволяет уменьшить искажение магнитного поля в области выходной пролетной трубы, оседание на ней электронов и, следовательно, предотвратить уменьшение выходной мощности СВЧ прибора, что позволяет применять данную конструкцию, как в однолучевых, так и в многолучевых СВЧ приборах.
Размещение полого керамического цилиндра вблизи внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора позволяет увеличить рабочую полосу частот и выходную мощность СВЧ прибора. Однако при креплении полого керамического цилиндра в пассивном резонаторе, а также при выполнении вакуумных соединений элементов пассивного резонатора могут возникнуть технологические трудности, не позволяющие устанавливать полый керамический цилиндр вплотную к внешнему проводящему цилиндру пассивного резонатора, когда выполняется условие D=D1. В этом случае керамический цилиндр может быть размещен на некотором расстоянии от внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора, при этом внешний диаметр D полого керамического цилиндра должен быть больше величины 0.5(D1+D2), (где D1 - внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора, D2 - внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора). Выполнение диаметра D менее величины 0.5(D1+D2) приводит к значительному перегреву керамического цилиндра и возникновению электрического пробоя по керамике, что может привести к нарушению вакуумной плотности СВЧ прибора. Кроме того, выполнение диаметра D меньше величины 0,5(D1+D2) приводит к уменьшению связи выходного активного и пассивного резонаторов, а следовательно, к уменьшению рабочей полосы частот СВЧ прибора.
В отличие от прототипа, в котором внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора должен превышать внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра на величину, равную не менее одной рабочей длины волны, в предлагаемом изобретении внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра определяется внешним диаметром внутреннего проводящего цилиндра, радиальным размером (шириной) щели связи, необходимым для обеспечения связи между выходным активным и пассивным резонаторами, и размерами элементов крепления полого керамического цилиндра, то есть конструктивными особенностями пассивного резонатора. При этом внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра, так же как в прототипе, определяется диаметром коллектора. Поэтому в предлагаемом изобретении поперечные размеры пассивного резонатора могут быть значительно меньше, чем в прототипе, особенно при работе в длинноволновой части сантиметрового диапазона.
В предлагаемом изобретении, так же как в прототипе, продольные размеры СВЧ прибора определяются продольными размерами электронной пушки, активных резонаторов и коллектора. При этом продольный размер пассивного резонатора составляет половину длины волны, и, как правило, не превышает продольного размера коллектора, то есть не приводит к увеличению продольного размера СВЧ прибора.
Предлагаемый СВЧ прибор может быть выполнен однолучевым. В этом случае, по сравнению с прототипом, прибор будет иметь большую выходную мощность, рабочую полосу частот, а также меньшие поперечные размеры. Для дальнейшего расширения рабочей полосы частот при сохранении высокого уровня мощности предлагаемый СВЧ прибор может быть выполнен многолучевым. При этом СВЧ прибор будет иметь более низкие питающие напряжения и уменьшенные массо-габаритные параметры.
Выбор места крепления торцов керамического цилиндра к стенкам пассивного резонатора определяется конструктивными особенностями пассивного резонатора (диаметрами внутреннего и внешнего проводящих цилиндров, размерами керамического цилиндра, а также положением и размерами щели связи) и технологическими возможностями его изготовления.
Окно связи между пассивным резонатором и выходным волноводом расположено на участке внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора, прилегающем к первой или ко второй торцевой стенке пассивного резонатора, причем длина этого участка меньше или равна половине расстояния между торцевыми стенками пассивного резонатора. Расположение окна связи за пределами указанного участка внешнего проводника пассивного резонатора (например, когда длина окна связи превышает половину расстояния между торцевыми стенками пассивного резонатора или окно связи расположено в центральной части внешнего проводника пассивного резонатора) приводит к уменьшению связи между пассивным резонатором и выходным волноводом и, как следствие, к уменьшению рабочей полосы частот СВЧ прибора.
В данной конструкции, так же как в прототипе, отсутствует баночный вывод энергии, что позволяет уменьшить поперечные размеры и массу СВЧ прибора по сравнению с приборами с баночным выводом энергии, особенно при работе в длинноволновой части сантиметрового диапазона.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображен многолучевой многорезонаторный клистрон, выполненный согласно предлагаемому изобретению.
На фиг.2 изображена конструкция выходной части клистрона, изображенного на фиг.1.
На фиг.3 изображено поперечное сечение пассивного резонатора клистрона, показанного на фиг.2.
На фиг.4 изображено поперечное сечение пассивного резонатора клистрона, содержащего несколько щелей связи между выходным активным и пассивным резонаторами.
На фиг.5 изображено распределение электрического поля пассивного резонатора радиального (кольцевого) типа.
На фиг.6 изображено распределение электрического поля полуволнового коаксиального резонатора с рабочим видом колебаний H001.
Многолучевой многорезонаторный клистрон, схематично изображенный на фиг.1, содержит электронную пушку 1, коллектор 2, ввод СВЧ энергии 3, выходной волновод 4 и электродинамическую систему 5, включающую входной активный резонатор 6, промежуточные активные резонаторы 7, выходной активный резонатор 8, каждый из которых содержит пролетные трубы 9, а также пассивный резонатор 10, выполненный в виде полуволнового коаксиального резонатора и соединенный с выходным активным резонатором 8 и выходным волноводом 4.
Как показано на фиг.2 и фиг.3, выходной активный резонатор 8, электромагнитно связан с пассивным резонатором 10 через щель связи 11 в первой торцевой стенке 12 пассивного резонатора, являющейся общей торцевой стенкой резонаторов 8 и 10. Щель связи 11 имеет форму неполного полукольца, расположенного на окружности, центр которой совпадает с осью клистрона, при этом концы щели отделены друг от друга сплошным участком торцевой стенки 12, что уменьшает искажение магнитного поля в области выходной пролетной трубы, а следовательно, препятствует расфокусировке электронных лучей и оседанию электронов на стенке этой пролетной трубы.
Пассивный резонатор 10 связан с выходным волноводом 4 через окно связи 13, выполненное во внешнем проводящем цилиндре 14 (с внутренним диаметром D1), образующем внешнюю боковую стенку пассивного резонатора 10. Внутри пассивного резонатора 10 вокруг его внутреннего проводящего цилиндра 15 (с внешним диаметром D2), образующего внутреннюю боковую стенку резонатора 10, расположен полый керамический цилиндр 16 (с внешним диаметром D), вакуумноплотно соединенный противоположными торцами с первой и второй торцевыми стенками 12 и 17 пассивного резонатора 10. Вакуумноплотное соединение керамического цилиндра 16 со стенками 12 и 17 осуществляют (например, с помощью пайки или сварки) через элементы крепления, выполненные в виде манжет 18 и керамических компенсаторных колец 19, размещенных с противоположных торцов керамического цилиндра 16. Толщину керамического цилиндра 16 выбирают исходя из требований по обеспечению вакуумной плотности его керамики и металлокерамических швов между элементами 16 и 18, а также уровня отводимой мощности, электрической прочности и других условий. Внутренний проводящий цилиндр 15, в полости которого расположен коллектор 2, соединен с торцевыми стенками 12 и 17 пассивного резонатора 10. В первой торцевой стенке 12 пассивного резонатора и в пролетных трубах 9 клистрона выполнены отверстия для пролета электронов (пролетные каналы) 20.
Для увеличения рабочей полосы системы связанных резонаторов 8 и 10, а следовательно, для увеличения рабочей полосы всего клистрона, в торцевой стенке 12 могут быть выполнены не одна, а несколько щелей связи 11. Щели связи 11 расположены на окружности, центр которой совпадает с осью клистрона, и отделены друг от друга сплошными участками торцевой стенки 12 (как показано на фиг.4), что уменьшает искажение магнитного поля в области выходной пролетной трубы, препятствует оседанию на ней электронов и ее перегреву. Для уменьшения неравномерности электрического СВЧ поля, воздействующего на электронные лучи в выходном активном резонаторе 8, щели связи 11 расположены симметрично относительно оси клистрона.
На фиг.5 изображено распределение электрического поля в радиальном (кольцевом) резонаторе, который использован в прототипе. На фиг.6 изображено распределение электрического поля в полуволновом коаксиальном резонаторе с рабочим видом колебаний Н001, который использован в предлагаемом изобретении. Из фиг.5 видно, что в радиальном пассивном резонаторе электрическая составляющая поля Е направлена параллельно продольной оси резонатора и имеет минимальное значение вблизи его боковых стенок, при удалении от этих стенок электрическое поле резонатора нарастает. В прототипе керамический цилиндр, через который выводится СВЧ мощность из клистрона, расположен вблизи внутренней боковой стенки радиального резонатора, то есть в минимуме электрического поля. Из фиг.6 видно, что электрическая составляющая поля Е полуволнового коаксиального резонатора с рабочим видом колебаний H001 направлена перпендикулярно продольной оси резонатора и имеет максимальное значение вблизи внутреннего проводящего цилиндра (центрального проводника) резонатора и минимальное значение вблизи внешнего проводящего цилиндра (внешнего проводника) резонатора. В предлагаемом изобретении керамический цилиндр расположен перпендикулярно направлению электрического поля в пассивном полуволновом коаксиальном резонаторе с рабочим видом колебаний Н001, что снижает вероятность возникновения пробоя по боковым поверхностям керамического цилиндра. При этом керамический цилиндр расположен вблизи внешнего проводника резонатора, то есть в области малых электрических полей, что позволяет уменьшить потери в керамике и пропускать большой уровень мощности.
Клистрон, изображенный на фиг.1-3, работает следующим образом. Входная СВЧ мощность поступает на ввод СВЧ энергии 3 и возбуждает во входном активном резонаторе 6 СВЧ колебания. Электронные лучи из электронной пушки 1, проходя через входной активный резонатор 6, модулируются по скорости СВЧ энергией. В пролетных многолучевых трубах 9 ускоренные электроны догоняют более медленные. В промежуточных активных резонаторах 7 электронные лучи наводят СВЧ поле, которое в свою очередь дополнительно модулирует электронные лучи. В результате этого происходит группировка электронных лучей в сгустки. Отбор энергии от электронных лучей происходит в выходном активном резонаторе 8 путем торможения сгустков электронов в высокочастотном поле этого резонатора. Усиленная СВЧ мощность выводится из клистрона через выходной волновод 4. При этом СВЧ энергия поступает из выходного активного резонатора 8 через щель (или щели) связи 11 в пассивный резонатор 10, разделенный на вакуумную и невакуумную части керамическим цилиндром 16. Далее через окно связи 13 СВЧ энергия поступает в выходной волновод 4.
Предлагаемая конструкция рассчитана и опробована в мощном многолучевом широкополосном клистроне, который предназначен для работы на длине волны 23 сантиметра с импульсной выходной мощностью 500 кВт и полосой частот 7,7%. Пассивный резонатор клистрона выполнен в виде полуволнового коаксиального резонатора с рабочим видом колебаний H001. При этом внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра D2 пассивного резонатора равен 6,8 сантиметра, внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора D1 равен 12 сантиметрам (тогда как в прототипе внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора составил бы не менее 29,8 сантиметров), внешний диаметр керамического цилиндра D равен 9,6 сантиметра, что составляет 0.51(D1+D2).
Предлагаемая конструкция может быть широко использована при создании мощных широкополосных приборов O-типа (например, клистронов) для применения в радиоэлектронной аппаратуре.
Источники информации
1. Е.В.Жарый. Широкополосный малогабаритный многолучевой низковольтный клистрон для подвижных многоканальных станций связи через искусственные спутники Земли. «СВЧ-Электроника», 1994 г., №1, стр.30-32.
2. Авторское свидетельство СССР №146364, МПК H01J 23/36, заявл. 20.07.61 г., Устройство для вывода энергии в мощном пролетном клистроне, автор Г.М.Кауфман.
3. Авторское свидетельство СССР №192874, Н01P 1/08, заявл. 04.04.66 г., Устройство для вывода энергии из мощного СВЧ-прибора, автор Л.М.Борисов.
1. СВЧ-прибор O-типа, содержащий электронную пушку, активные резонаторы с пролетными трубами, пассивный резонатор, включающий соосно расположенные внутренний и внешний проводящие цилиндры, образующие соответственно внутреннюю и внешнюю боковые стенки пассивного резонатора, соединенные с двумя торцевыми стенками пассивного резонатора, причем в полости внутреннего проводящего цилиндра расположена, по крайней мере, часть коллектора СВЧ-прибора, между внутренним и внешним проводящими цилиндрами и соосно им расположен полый керамический цилиндр, вакуумно-плотно соединенный со стенками пассивного резонатора и ограничивающий вакуумную часть пассивного резонатора, пассивный резонатор связан с выходным активным резонатором через расположенную в вакуумной части щель связи в первой торцевой стенке пассивного резонатора, являющейся также торцевой стенкой выходного активного резонатора СВЧ-прибора, пассивный резонатор также связан с выходным волноводом через окно связи во внешнем проводящем цилиндре, отличающийся тем, что в качестве пассивного резонатора выбран полуволновый коаксиальный резонатор, при этом внешний диаметр полого керамического цилиндра D определяется из условия:
D1>D>0,5(D1+D2),
где D1 - внутренний диаметр внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора;
D2 - внешний диаметр внутреннего проводящего цилиндра пассивного резонатора.
2. СВЧ-прибор O-типа по п.1, отличающийся тем, что электронная пушка содержит один катод, а в каждой пролетной трубе выполнено одно отверстие для пролета электронов, расположенное соосно катоду.
3. СВЧ-прибор O-типа по п.1, отличающийся тем, что электронная пушка содержит несколько элементарных катодов, а в каждой пролетной трубе выполнены несколько отверстий для пролета электронов, расположенных соосно соответствующим элементарным катодам.
4. СВЧ-прибор O-типа по п.1, отличающийся тем, что первый торец полого керамического цилиндра соединен с первой торцевой стенкой или с внешним проводящим цилиндром пассивного резонатора, а второй торец полого керамического цилиндра соединен со второй торцевой стенкой или с внутренним проводящим цилиндром или с внешним проводящим цилиндром пассивного резонатора.
5. СВЧ-прибор O-типа по п.1, отличающийся тем, что щель связи в первой торцевой стенке пассивного резонатора имеет форму неполного кольца, или полукольца, или неполного полукольца, расположенного на окружности, центр которой совпадает с осью прибора.
6. СВЧ-прибор O-типа по п.1, отличающийся тем, что в первой торцевой стенке пассивного резонатора выполнены одна или более дополнительных щелей связи, причем все щели связи в первой торцевой стенке расположены на одной окружности симметрично относительно оси прибора.
7. СВЧ-прибор O-типа по п.1, отличающийся тем, что окно связи между пассивным резонатором и выходным волноводом расположено на участке внешнего проводящего цилиндра пассивного резонатора, прилегающем к одной из его торцевых стенок, причем длина этого участка меньше или равна половине расстояния между торцевыми стенками пассивного резонатора.
