Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления



Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления
Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления
Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления
Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления
Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления
Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления
Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2488909:

Лазарев Юрий Николаевич (RU)

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке генераторов мощных широкополосных электромагнитных импульсов в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. С помощью разряда высоковольтного вакуумного фотодиода, инициируемого лазерным излучением, наклонно падающим на фотокатод, создают импульс тока, распространяющийся вдоль межэлектродного промежутка со сверхзвуковой скоростью. Генерация излучения происходит внутри разрядного промежутка. Лазерное излучение распространяется внутри фотодиода, отражаясь от поверхностей электродов. Для увеличения мощности и энергии генератора электромагнитного излучения несколько одинаковых фотодиодов соединяются в стопку. Технический результат - повышение эффективности преобразования электростатической энергии в энергию электромагнитного излучения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке генераторов мощных широкополосных электромагнитных импульсов (ЭМИ) в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

Известен способ генерации импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом (ВК) [1] (Hwang G.S., Wu M.W., Song P.S., Hou W.S., "High power microwave generation from a tunable radially extracted vircator", J. Appl. Phys., 1991, №69(3), P.1247). Этот способ генерации заключается в том, что в диодной области прибора создается импульсный электронный пучок с током выше предельного, который инжектируется через сетчатый анод в пространство дрейфа, где из-за действия объемного заряда электронов формируется ВК. Часть электронов отражается от ВК и совершает колебательное движение между реальным и виртуальным катодами. Энергия этих электронов передается электромагнитному полю. Параметры и положение ВК осциллируют во времени и также вносят вклад в энергию излучения. Недостатком этого способа является низкая (около нескольких процентов) эффективность преобразования энергии электронного пучка в энергию излучения.

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому способу является способ генерации электромагнитного излучения СВЧ диапазона, описанный в работе [2] (Ю.Н.Лазарев, П.В.Петров, «Генератор ЭМИ СВЧ диапазона на основе сверхсветового источника», ЖЭТФ, 1999, Т.88, С.926), основанный на использовании для генерации ЭМИ распространяющегося со сверхсветовой скоростью импульса тока, возникающего над анодом при инициируемом лазерным излучением разряде высоковольтного фотодиода. Он позволяет получить мощный широкополосный направленный импульс электромагнитного излучения.

Недостатком данного технического решения является сравнительно низкая (примерно, 12%) эффективность преобразования запасенной электростатической энергии в электромагнитную. Для достижения более высоких значений эффективности преобразования требуется существенно более высокий уровень интенсивности генерируемого излучения.

Известны два устройства, осуществляющие на практике способ генерации ЭМИ, выбранный в качестве прототипа.

Одно из них, описанное в [3] (Бессараб А.В., Дубинов А.Е., Лазарев Ю.Н. и др., патент RU 2175154 C2, 15.11.1999; Бессараб А.В., Гаранин С.Г., Мартыненко С.П. и др., «Генератор сверхширокополосного электромагнитного излучения, инициируемый пикосекундным лазером», Доклады Академии Наук, 2006. Т.411, №5, С.609), включает в себя лазер, фотокатод и сетчатый анод в форме параболоидов вращения, генератор импульсов напряжения (ГИН), параболическое зеркало для преобразования лазерного луча в сферически расходящуюся волну, установленное внутри анодного параболоида соосно и софокусно ему. Из-за формы электродов данный генератор имеет очень низкую эффективность преобразования электростатической энергии в электромагнитную ≈2% и крайне неудачную диаграмму направленности: генератор не излучает вдоль своей оси.

Другое устройство, описанное в [4] (P.V.Petrov, V.I.Afonin, D.O.Zamuraev et al., ((Experimental and Theoretical Investigation of Directional Wideband Electromagnetic Pulse Photoemission Generator», Book of Abstracts of EUROEM 2008 European Electromagnetics, Lausanne, Switzerland, 21-25 July 2008, P.302; A.A. Кондратьев, Ю.Н. Лазарев, A.B. Потапов и др., «Экспериментальное исследование генератора ЭМИ СВЧ диапазона на основе сверхсветового источника», Доклады Академии Наук, 2011. Т.438, №5, С.615), включает в себя ГИН, импульсный лазер, плоский вакуумный фотодиод с сетчатым анодом, вакуумную камеру над анодом, систему ввода ЛИ и вывода ЭМИ в виде стеклянного окна в стенке вакуумной камеры, противоположной аноду.

Этот генератор работает следующим образом. На разрядный промежуток подается импульс напряжения амплитудой до 100 кВ, длительностью фронта около 2·10-9 сек, τFWHM≈7·10-9 сек. Импульсный лазер генерирует импульс излучения с плоским фронтом длительностью τFWHM≈1·10-12 сек, энергией импульса (100-600)мкДж, λ=0.53 мкм. Лазерное излучение проходит через сетчатый анод, падает на Cs3Sb фотокатод под углом θ=45° и выбивает из него электроны. Процесс фотоэмиссии распространяется вдоль поверхности фотокатода со скоростью с / S i n θ = 2 c . Эмитированные электроны ускоряются в поле между фотокатодом и анодом, проходят через сетчатый анод и попадают в свободное от внешнего поля пространство. Под действием пространственного заряда прошедших через анод электронов в их потоке формируется виртуальный катод. Облако инжектированных в пространство над анодом электронов распространяется вдоль поверхности анода со сверхсветовой скоростью с / S i n θ = 2 c и излучает широкополосное ЭМИ в направлении, зеркальном углу падения ЛИ θ. Эффективность преобразования электростатической энергии в электромагнитную ≈9%. Интенсивность ЭМИ≈7 МВт/см2.

Согласно существующим представлениям возникающая над анодом электромагнитная волна имеет в области источника амплитуду Hout=tgθ·ε/eλ, здесь θ - угол падения лазерного излучения (ЛИ), инициирующего разряд фотодиода, s - максимальная энергия электронов, вылетающих из анода, λ=cT, T - характерное время процесса разряда фотодиода. В зависимости от условий облучения, размеров разрядного промежутка L и величины начальной разности потенциалов φ0 время T равно либо времени образования объемного заряда Tp, либо времени пролета электроном разрядного промежутка - T 0 = L 2 m / e ϕ 0 . В первом случае Tp>T0, во втором - Тр0. При T0/Tp→∞ амплитуда поля излучения, монотонно возрастая, стремится к некоторому предельному значению, а плотность потока энергии при сравнительно небольших значениях ускоряющего поля Е00/L≈106 В/см может достигать величины ~0.5·108 Вт/см2.

Известно, что при наклонном падении ЛИ и T0/Tp→∞ максимальная энергия электронов, вылетающих из разрядного промежутка, зависит от угла падения ЛИ θ: ε=eφ0Cos2θ, что приводит к ∝Cos2θ уменьшению амплитуды волны и ∝Cos2θ уменьшению плотности потока электромагнитной энергии над анодом (А.В.Солдатов, А.А.Соловьев, М.С.Терехина, Физика плазмы, 2007, Т.33, С.795).

Значительное снижение энергии вылетающих из анода электронов при θ≥45° свидетельствует о том, что внутри фотодиода генерируется довольно сильная электромагнитная волна, тормозящая электроны. Амплитуда этой волны должна быть сравнима с величиной электрического поля Е0, приложенного к разрядному промежутку. Поскольку Eout0, то поток энергии в такой волне гораздо больше потока электромагнитной энергии над анодом. Следовательно, если для генерации электромагнитного излучения использовать не внешнюю, а внутреннюю область фотодиода, то можно получить гораздо более мощный источник ЭМИ, чем при известном способе генерации.

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа, позволяющего получать импульсы широкополосного ЭМИ СВЧ диапазона с существенно более высокими значениями интенсивности излучения и, как следствие, более высокой эффективностью преобразования электростатической энергии в энергию ЭМИ.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от известного способа генерации электромагнитного излучения СВЧ диапазона, включающего наклонное облучение фотокатода лазерным излучением, проходящим через анод, эмиссию электронов с катода в вакуумированный объем, ускорение электронов между фотокатодом и анодом, прохождение электронов через анод, движение электронов над анодом с формированием виртуального катода, в предлагаемом способе лазерное излучение попадает на фотокатод, проходя либо через торцевую границу межэлектродного пространства, либо через анод, либо через то и другое вместе. При этом областью генерации ЭМИ является область между электродами, в которой интенсивность ЭМИ более чем на порядок выше, чем над анодом вследствие запирания ЭМИ между отражающими электродами и увеличения времени взаимодействия между ЭМИ и электронами.

Поскольку область над анодом не рассматривается как источник ЭМИ, то электроны, прошедшие через анод, могут двигаться любым возможным образом и, в частности, поглощаться. Следовательно, размер области над анодом может изменяться в случае необходимости.

Облучение фотодиода через торец позволяет отказаться от сетчатого анода, расширяет возможности облучения стопки одинаковых фотодиодов, поскольку лазерное излучение может облучать фотокатод и в результате отражения от электродов. Многократное отражение ЛИ от электродов обеспечивает более эффективное использование энергии ЛИ, позволяет увеличить длину фотодиода в направлении распространения ЛИ, чтобы амплитуда генерируемой электромагнитной волны была близка к насыщению.

Технический результат заявляемого способа состоит в получении гораздо более интенсивной генерации ЭМИ за счет того, что электромагнитная волна, возникающая внутри разрядного промежутка, более эффективно отбирает энергию электронов, чем волна, возникающая над анодом. В итоге имеет место и более высокая эффективность преобразования электростатической энергии в электромагнитную.

В конкретном устройстве этот результат достигается за счет того, что предлагаемый генератор ЭМИ, как и прототип [4], включает в себя импульсный или импульсно-периодический лазер, плоский вакуумный фотодиод, подключенный к генератору импульсного напряжения, систему ввода ЛИ, систему вывода ЭМИ, вакуумную камеру для ускоренных электронов, прошедших через анод, но в отличие от известного он использует для генерации ЭМИ межэлектродное пространство фотодиода, где амплитуды генерируемых полей существенно выше. Поскольку межэлектродный зазор мал, то для увеличения площади излучающей апертуры несколько фотодиодов вместе с вакуумными камерами соединены в стопку. Это стало возможным благодаря тому, что ЛИ попадает внутрь фотодиода через его торцевую поверхность и распространяется внутри фотодиода, отражаясь от электродов. Таким образом, система ввода ЛИ расположена на одних торцах фотодиодов, а система вывода ЭМИ - на противоположных. В итоге за счет соединения фотодиодов в стопку можно создать такую же площадь излучающей апертуры, как и у прототипа, и вследствие более высоких значений интенсивности генерируемого ЭМИ получить источник ЭМИ с существенно большими значениями мощности и энергии при тех же входных параметрах, что и у прототипа. Роль лазерного излучения остается прежней. Оно обеспечивает образование необходимого количества электронов и синхронизацию излучения, в данном случае испускаемого разными фотодиодами.

Физические основы предложенного изобретения поясняются ниже.

Поскольку размеры рассматриваемого источника значительно больше характерной длины волны излучения, то изучение такого источника сводится к изучению разряда плоского фотодиода.

Приближенное решение уравнений Максвелла внутри плоского фотодиода.

Рассмотрим бесконечный вдоль x, y, плоский фотодиод ( T 0 / T p > > 1 , ƛ = L 2 / ( γ 1 ) , γ 1 = e ϕ 0 / m c 2 ) . Ось z перпендикулярна плоскостям электродов, θ - угол падения лазерного излучения. Компонента электрического поля Ех внутри диода является решением следующей задачи:

При T0/Tp>1 в роли характерного времени процессов выступает Т0.

Тогда, если 2 L C o s θ / c T o = C o s θ 2 / ( γ 1 ) , < < 1 , то запаздыванием можно пренебречь и, приближенно

Здесь P ˙ z i n = 0 L d z j z с точностью до знака производная по времени плотности дипольного момента внутри диода.

Практически достаточно выполнения более слабого условия 2 / ( γ 1 ) C o s θ < 1.

Анализ полученного решения.

Сравним плотности потока энергии электромагнитной волны внутри фотодиода

W x i n = c / 4 π E z i n H y i n

и над анодом

W o u t = W θ o u t S S = W θ o u t C o s θ = c 4 π ( H y o u t ) 2 C o s θ .

Согласно уравнению(4)

Е z i n ξ = 4 π j z + 4 π L S i n 2 θ C o s 2 θ P ˙ z i n ( ξ ) . ( 5 )

Из уравнения Максвелла следует, что

S i n θ c H y i n ξ = 4 π c j z + 1 c E z i n ξ . ( 6 )

Подставляя (5) в (6), получим

H y i n ξ = 4 π L S i n θ C o s 2 θ P ˙ z i n ( ξ ) . ( 7 )

Так как амплитуда плотности дипольного момента зависит только от максимальной энергии электронов

( P z i n ) max = ε / 4 π e = E 0 L C o s 2 θ / 4 π ,

то имеет место следующая оценка амплитуды магнитного поля

( H y i n ) m a x = E 0 S i n θ . ( 8 )

Если считать, что внутри фотодиода возбуждается главная волна, распространяющаяся вдоль оси х, то

( E z i n ) m a x = ( H y i n ) m a x = E 0 S i n θ

и, следовательно,

( W x i n ) max = c / 4 π E 0 2 sin 2 θ θ π / 2 c / 4 π E 0 2 . ( 9 )

Над анодом

H y o u t = t g θ ε c T o C o s 2 θ = S i n θ C o s θ γ 1 2 E 0 ,

W o u t = S i n 2 θ C o s 3 θ ( γ 1 ) c 8 π E 0 2

Максимальное значение Wout достигается при Cos2θ=0.6

W m a x o u t = 0 . 1 2 0 . 6 ( γ 1 ) c 4 π E 0 2 . ( 1 0 )

Сравнивая (9) и (10), получим

( W x i n ) m a x W m a x o u t 11 γ -1 . ( 11 )

Из (11) следует, что при γ 1 0.1 0.2 плотность потока электромагнитной энергии внутри фотодиода в 50-100 раз больше плотности потока электромагнитной энергии над анодом.

Поскольку Т0 - характерное время изменения плотности дипольного

момента и ее производных, то генерируемая внутри фотодиода электромагнитная волна может усиливаться на пространственном масштабе ~λ=cT0. Следовательно, для lx имеет место следующая оценка

lx~λSinθ.

Рассмотрим источник ЭМИ (рис.4, 5), представляющий собой стопку из N>>1 плоских фотодиодов с прямоугольными электродами lx×Ly (lx<<Ly, Ly>>cT0) и межэлектродным зазором L. Согласно полученному выше результату такой источник может излучить в десятки раз больше энергии, чем фотодиод, в котором электромагнитная волна излучается дипольным слоем, образующимся над анодом, и который имеет характеристики разрядного промежутка ( ( γ 1, L ) ) , совпадающие с аналогичными характеристиками фотодиодов стопки, и площадь электродов, совпадающую с площадью излучающей поверхности стопки фотодиодов.

Результаты численных расчетов генерации ЭМИ внутри плоского фотодиода.

При численном изучении динамики разряда внутри плоского фотодиода в двумерной постановке решались уравнения Максвелла и уравнения движения электронов. Рассматривались два случая.

В первом предполагалось, что ЛИ облучает фотокатод, проходя через прозрачный для ЛИ и электронов анод. Исследовались характеристики электромагнитной волны (lx, Wx) внутри фотодиода для трех значений угла падения ЛИ, соответствующих tgθ=0.5, 1, 2. Длина фотодиода изменялась от Lx=0.2 см до Lx=5 см, межэлектродный зазор L=0.1 см, φ(z=-L)=-100 кВ, φ(z=0)=0. Данные расчетов в сравнении с соответствующими аналитическими результатами представлены на рис.1, 2.

Во втором случае предполагалось, что фотодиод облучается с торца. Рассматривался бесконечный вдоль оси у плоский фотодиод высотой 2L (L=0.1 см) и длиной вдоль оси х: Lx=1.6 см, tgθ=0.5, 1, 2, 4. Предполагалось, что анод прозрачен для электронов. При z=±L φ=-100 кВ, на аноде (z=0) φ=0. Примерно так, как описано выше, может выглядеть типичный элемент стопки фотодиодов.

Лазерное излучение падает на отрезок фотокатода (z=-L) длиной 2Ltgθ. Отразившись от фотокатода и от анода, оно через промежуток времени Δ t Л И = 2 L c C o s θ попадает на соседний отрезок той же длины и так далее. ЭМИ проходит отрезок длиной 2Ltgθ за время Δ t Э М И = 2 L t g θ c . При используемых исходных данных ΔtЛИ-ΔtЭМИ<<T0, a Lx>>cT0Sinθ~2Ltgθ.

Эти условия означают, что сложение электромагнитных волн, генерируемых разными областями фотодиода, происходит примерно так же, как и при сплошном облучении фотокатода, рассмотренном в первом случае. И поскольку длина диода превышает длину, на которой электромагнитная волна достигает предельной амплитуды, то расчетные значения амплитуды плотности потока энергии на выходе из фотодиода должны быть близки к теоретическим оценкам, что и демонстрирует график, показанный на рис.3. Эффективность преобразования электростатической энергии в электромагнитную, примерно, 43% при tgθ=4(θ≈76°).

Результаты аналитического и численного исследования электромагнитного поля, возникающего внутри плоского фотодиода, разряд которого инициируется плоским потоком ЛИ, наклонно падающим на фотокатод, показывают, что

- при θ→π/2 амплитуда электромагнитной волны внутри фотодиода достигает величины, сравнимой с величиной начального электрического поля, приложенного к фотодиоду;

- плотность потока электромагнитной энергии внутри фотодиода в десятки и более раз превышает плотность потока электромагнитной энергии в пространстве над анодом.

Таким образом, источник электромагнитного излучения, использующий для генерации ЭМИ внутреннее пространство фотодиода, имеет в десятки раз более высокие энергетические характеристики, чем в известном техническом решении, в котором ЭМИ генерируется дипольным слоем над анодом. В качестве такого источника можно представить себе стопку (стэк) плоских фотодиодов. При E00/L≈l06 В/см, L=0.1 см мощность, снимаемая с 1 см2 излучающей апертуры источника, будет ~3·109 Вт.

На рис.1 приведены сравнительные данные для длины, на которой электромагнитная волна внутри плоского фотодиода достигает максимальной амплитуды • - численный расчет, ―― - lx≈2.7 cT0Sinθ.

На рис.2 показана зависимость амплитуды плотности потока энергии внутри плоского фотодиода от угла падения лазерного излучения на фотокатод при облучении через анод (сплошное облучение).

На рис.3 приведены результаты расчета амплитуды плотности потока энергии внутри плоского фотодиода для различных углов падения лазерного излучения на фотокатод при облучении с торца фотодиода.

На рис.4, 5 изображены примеры выполнения генератора широкополосного ЭМИ, использующего предложенный способ генерации. Генератор представляет собой стопку из одинаковых плоских фотодиодов, облучаемых с торца импульсом ЛИ с плоским фронтом. Лазерное излучение синхронизует электромагнитное излучение отдельных фотодиодов стопки в направлении распространения ЛИ. 1 - фотокатод, 2 - анод, 3 - вакуумная камера, 4 - зеркало, стрелками показан ход ЛИ.

Эти примеры не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенными совокупностями существенных признаков требуемого результата.

Многие элементы прототипа могут быть использованы и в предлагаемых устройствах. Можно использовать тот же самый ГИН, лазерное излучение с длиной волны λ≈0.53 мкм и сурьмяно-цезиевые фотокатоды. Анод 2 может быть выполнен из фольги, например, скандиевой. Зеркало 4 может быть изготовлено из любого металла с достаточно высокой проводимостью.

Работа генератора ЭМИ, например, изображенного на рис.4, начинается с подачи импульса напряжения на стопку фотодиодов. После того, как напряжение на разрядных промежутках достигает максимума порядка 100 кВ, начинается их облучение импульсом ЛИ длительностью порядка пикосекунды или менее. Поток ЛИ с плоским фронтом, распространяющийся перпендикулярно торцевой поверхности стопки фотодиодов, падает на систему зеркал и разделяется на параллельные пучки, облучающие фотокатоды под некоторым углом θ относительно нормали к их поверхностям. Кванты ЛИ выбивают из фотокатода электроны, которые ускоряются в электрическом поле между фотокатодом и анодом и излучают ЭМИ. Внутри каждого фотодиода стопки пучок ЛИ, последовательно отражаясь от фотокатода и анода, создает растущую со скоростью c·Sinθ цепочку таких источников. Чем ближе угол θ к 90°, тем ближе скорость роста цепочки источников к скорости света, тем больше та длина цепочки, на которой источники излучают вдоль оси фотодиода почти синхронно и на которой амплитуды полей от разных источников складываются, достигая при насыщении величины, близкой к величине начального поля в разрядном промежутке. Поскольку оптические длины для фотодиодов стопки одинаковы, то ЭМИ, испускаемое стопкой фотодиодов, будет так же как и ЛИ иметь плоский фронт, параллельный фронту ЛИ. При этом мощность, снимаемая с единицы площади излучающей апертуры рассматриваемого генератора, будет много больше аналогичной величины для прототипа, поскольку амплитуда поля в межэлектродном промежутке почти на порядок больше амплитуды поля над анодом.

1. Способ генерации электромагнитного излучения (ЭМИ) СВЧ диапазона, заключающийся в том, что на электроды фотодиода подают импульс напряжения, фотокатод наклонно облучают импульсным лазерным излучением (ЛИ), в результате чего с катода эмитируются электроны, которые ускоряются в вакуумированном межэлектродном промежутке, отличающийся тем, что, с целью повышения кпд и интенсивности ЭМИ, используют анод и катод, отражающие назад генерируемое в межэлектродном промежутке ЭМИ, которое выводят через прозрачное для ЭМИ окно.

2. Генератор электромагнитных импульсов (ЭМИ), включающий в себя плоский вакуумный фотодиод, систему ввода лазерного излучения (ЛИ), обеспечивающую наклонное падение ЛИ на фотокатод, систему вывода ЭМИ, вакуумную камеру, расположенную над анодом, импульсный или импульсно-периодический лазер, генератор импульсов напряжения, отличающийся тем, что содержит несколько одинаковых элементов, состоящих из плоского фотодиода с отражающими ЭМИ электродами и вакуумной камеры над ним, соединенных в стопку, системы ввода ЛИ и вывода ЭМИ расположены на противоположных торцах фотодиодов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области техники СВЧ. .

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к микроэлектронным электровакуумным генераторам с отражением электронного потока, работающим в коротковолновой части микроволнового диапазона.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкциям мощных широкополосных клистронов. .

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ). .

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к электровакуумным генераторным устройствам пролетного типа, а именно к монотронам, в которых взаимодействие электронного потока с СВЧ-полем и отбор энергии совмещены в одном резонаторе.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ-приборам, предназначенным для получения СВЧ-мощности на двух кратных частотах, и может быть использовано, например, в радиолокации, радиопротиводействии и в других областях техники.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ). .

Изобретение относится к электровакуумным сверхвысокочастотным (СВЧ) приборам, в частности, к мощным импульсным СВЧ-генераторам типа релятивистских клистронов и виркаторов.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к СВЧ электровакуумным генераторам. .

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) и высокочастотной (ВЧ) электронике и может быть использовано в локации, ВЧ-связи, науке, бытовой технике для генерации электромагнитного излучения в различных диапазонах длин волн.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в магнетронах с безнакальным запуском сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Технический результат - повышение стабильности возбуждения магнетрона, надежности и долговечности его работы. Магнетрон с безнакальным запуском состоит из чередующихся автоэлектронных катодов (АЭК), изготовленных в виде колец из фольги тантала толщиной ~4 мкм и вторично-эмиссионных прессованных палладий-бариевых эмиттеров с содержанием бария в количестве 11-25 вес.% и открытой пористостью 2-27%. Формирование тока автоэлектронной эмиссии, наряду с эмиссией с кромки АЭК, в основном обусловлено потоком авто-электронов с остриев нитевидных кристаллов длиной ~ 10-100 нм и размерами в поперечном сечении ~5-20 нм, образующихся на торцовой поверхности АЭК при определенных условиях. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампа бегущей волны (ЛБВ) дециметрового диапазона длин волн содержит электронную пушку, замедляющую систему типа «встречные штыри», состоящую из связанных между собой ячеек, диэлектрические герметизирующие перегородки, отделяющие замедляющую систему от СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде цепочки постоянных магнитов и коллектор. Между пролетными трубками входного и выходного резонаторов замедляющей системы и внутренними проводниками коаксиальных трактов имеются емкостные зазоры, а входной и выходной резонаторы имеют диаметр больше диаметра замедляющей системы. Технический результат - снижение энергопотребления ЛБВ и увеличение рабочей полосы частот. 2 ил.

Изобретение относится к области высоковольтных источников электропитания. Источник питания замедляющей системы ЛБВ содержит последовательно соединенные основной 1 и дополнительный 2 выпрямители. Положительный полюс дополнительного выпрямителя через последовательно соединенные регулятор 3 и токоизмерительный резистор 4 соединен с корпусом, а отрицательный полюс основного выпрямителя соединен с катодом ЛБВ и входом делителя обратной связи 6, выход которого соединен со входом сравнивающего устройства 7, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения 8, а выход через усилитель разностного сигнала 9 - со входом регулятора 3, входы выпрямителей 1 и 2 соединены через трансформатор гальванической развязки 11 с выходом преобразователя постоянного напряжения в переменное 10. Анод высоковольтного диода 5 включен между основным 1 и дополнительным 2 выпрямителями, а катод - между регулятором 3 и токоизмерительным резистором 4. Введены второй делитель обратной связи 12, вход которого включен между регулятором и дополнительным выпрямителем, второе сравнивающее устройство 13, входы которого соединены с выходами второго делителя обратной связи 12 и второго источника опорного напряжения 14, усилитель мощности 15, вход которого соединен с выходом второго сравнивающего устройства 13 через второй усилитель разностного сигнала 16, а выход питает преобразователь постоянного напряжения в переменное 10. Технический результат - повышение быстродействия и снижение погрешности регулирования напряжения замедляющей системы ЛБВ при широком диапазоне возмущающих воздействий. 3 ил.

Магнетрон // 2504041
Изобретение относится к области электронной техники. Магнетрон имеет первый набор лопаток 20, которые соединены выводами 52 с коаксиальным выходным устройством 51 связи, и второй набор лопаток 19, которые (в одном варианте) чередуются с лопатками первого набора и не соединены с выходным устройством связи. Лопатки каждого набора удерживаются, например, кольцами связки, которые могут быть распределены по длине анода под одним потенциалом относительно друг друга, а полярность одного набора лопаток противоположна полярности другого набора. Вводится дополнительная емкостная связь посредством осевых удлинителей 19а на концах набора лопаток 19, которые не соединены с выходным устройством связи, и за счет подбора размеров катод по существу развязывается от выходного устройства связи из-за противоположной полярности двух наборов лопаток. Технический результат - снижение потерь мощности. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Клистрон // 2507625
Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения. Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов, полостей. Резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля. В выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту. Технический результат - повышение эффективности использования энергии пучка электронов. 2 ил.

Изобретение относится к электронной СВЧ технике, а именно к мощным многолучевым СВЧ приборам O-типа, например к многолучевым клистронам (МЛК), предназначенным для работы преимущественно в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн. Технический результат - повышение импульсной и средней выходной мощности в широкой полосе частот при достаточной электропрочности, а также повышение КПД. Многолучевой СВЧ прибор O-типа содержит электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую входной, выходной и промежуточные активные резонаторы, первый выходной пассивный резонатор, электромагнитно связанный с выходным активным резонатором. Входной, выходной и промежуточные активные резонаторы выполнены в виде отрезков волноводов с рабочим видом колебаний H301, в каждом входном, выходном и промежуточном активном резонаторе для пропускания электронных лучей размещены по три группы индивидуальных пролетных трубок. Пролетные трубки каждой из групп имеют аксиально-симметричное размещение в виде, по крайней мере, одного кольцевого ряда, а диаметр окружности D, ограничивающей внешний кольцевой ряд пролетных трубок каждой из групп, выбран из условия D=(0.32÷0.42)λ, где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре. Лампа бегущей волны содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, входной и выходной волноводные тракты с диэлектрическими герметизирующими перегородками, отделяющими вакуумированную замедляющую систему от невакуумированных СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде электрических или постоянных магнитов и коллектор. Замедляющая система разделяется на несколько секций, в которых нет поглощающих устройств и которые связаны между собой через отрезки волновода с расположенными в них развязывающими устройствами, позволяющими СВЧ мощности проходить в прямом направлении и не позволяющими проходить в обратном направлении. Технический результат - повышение коэффициента усиления лампы и упрощение устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре. Лампа бегущей волны содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, с диэлектрическими герметизирующими перегородками, отделяющие замедляющую систему от СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде электрических или постоянных магнитов и коллектор. Входной и выходной резонаторы замедляющей системы связаны с волноводными трактами через щели в торцевых стенках. Согласование с волноводными СВЧ трактами проводится за счет увеличения размеров щелей связи во входном и выходном резонаторах, изменением их диаметров и подбором угла α в волноводах между нижней кромкой щелей связи и противоположной стенкой волновода и производится расчетным или экспериментальным путем. Технический результат - упрощение согласования с волноводными СВЧ трактами. 3 ил.

Изобретение относится к электронной СВЧ технике, а именно к электровакуумным СВЧ приборам гибридного типа - клистродам. Технический результат - повышение электрической прочности и КПД при высокой выходной мощности (более 20 КВт) в многолучевом электровакуумном приборе гибридного типа, предназначенном для работы во всей полосе частот телевизионного дециметрового диапазона (470÷860 МГц). Электровакуумный СВЧ прибор гибридного типа содержит катод, выполненный в виде совокупности отдельных эмиттирующих поверхностей, формирующих отдельные электронные лучи, управляющую сетку, выполненную в виде совокупности отдельных управляющих сеток, каждая из которых размещена соосно с соответствующей ей эмиттирующей поверхностью, а все вместе они закреплены на едином металлическом сеточном держателе, однозазорный входной резонатор, анод, трубы дрейфа, содержащие совокупность параллельных продольной оси прибора отдельных пролетных каналов для пропускания индивидуальных электронных лучей, каждый из которых соответствует своей эмиттирующей поверхности и управляющей сетке, коллектор, выходной однозазорный активный резонатор и наружный пассивный выходной резонатор, объединенные в систему связанных резонаторов. Связь между выходным активным резонатором и наружным выходным пассивным резонатором осуществляется посредством устройства, представляющего из себя незамкнутую петлю, размещенную в полости активного резонатора и соединенную с цилиндрической втулкой, размещенной в полости пассивного резонатора таким образом, что ее торцевая плоскость параллельна торцевой плоскости ответной втулки, расположенной на узкой стенке пассивного резонатора. Незамкнутый конец петли связи соединен с пластиной, имеющей форму кольцевого сегмента, в точке середины ее длины, таким образом, что плоскость пластины параллельна узкой стенке активного резонатора, при этом размеры пластины подбираются такими, чтобы обеспечить значение резонансной частоты петли на 10% ниже верхней границы рабочего диапазона прибора.1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в мощных и сверхмощных магнетронах сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн. Технический результат - повышение стабильности возбуждения магнетрона, надежности и долговечности его работы. Результат достигается путем конструктивного разделения катодного узла магнетрона на две функциональные части: запуск магнетрона осуществляется электронной эмиссией (термоэлектронной или полевой) с концевых экранов, а рабочий режим магнетрона обеспечивается основным вторично-эмиссионным катодом, находящимся в пространстве взаимодействия электромагнитных полей. Концевые экраны конструктивно изготавливаются из набора шайб, одна из которых, являющаяся запускающим эмиттером, изготовлена из эмиссионно-активного материала (окисей или сплавов). Запускающий эмиттер размещается между двумя шайбами из тугоплавкого металла, одна из которых собственно экранирует электронный поток в пространстве взаимодействия магнетрона, а вторая отделяет запускающий эмиттер от вторично-эмиссионного основного катода, препятствуя тем самым взаимодействию компонент, входящих в их состав. В магнетроне с мгновенным запуском запускающий эмиттер состоит из комбинации автоэлектронных катодов и активаторов. Активаторы, изготовленные из активных металлов или соединений, являются источниками активирующих веществ, которые, адсорбируясь на поверхности автоэлектронных катодов, увеличивают их эмиссионную способность. Эмиссионно-активные материалы в своем составе содержат окиси бария, кальция, иттрия, тория, лантана или сплавы платины или палладия с барием или иридия с лантаном или церием, осмия с лантаном и др. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх