Электронно-лучевой умножитель частоты

 

Союз Советск их

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

01 (6 I ) Дополнительное к авт. свнд.ву (22) Заявлено 06.02,79 (21) 2722425/1 8-21 с присоединением заявки J% (51) М. Кл.

Н 03 В 19/10

Ваударотвеииыв конитет (23) Приоритет— ав аман изобретений и открытий

Опубликовано 23.12.80. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 25.12.80 (53) УДК 621. . 396. 3 (08 8. 8) А. С. Суриков (72) Автор. изобретения (7! ) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ УМНОЖИТЕЛЬ

ЧАСТстГЫ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано,в частности в качестве высокостаб1тльного источника гармонических колебаний для радиоизмеритепьной аппаратуры.

Известен умножитель частоты, содержащий электроннолучевую трубку (ЭЛТ) с системой круговой развертки, маску, состоящую иэ прозрачных и непрозрачных секторов, накладываемую на экран трубки, фотоэлемент и формирователь.

В трубке используется люминофор с коротким послесвечением. Вращающийся электронный луч генерирует световые импульсы, которые воспринимаются, усиливаются и преобразуются в электрические импульсы фотоумножителем (1) .

Недостатками известного умножителя частоты являются низкий KKl, обусловленный большими потерями сигнала, воэникакнцими в процессе преобразования энергии электронного луча в световые импульсы, и последующего преобразова ния указанных световых импульсов в электрические импульсы либо гармоничес-, кие сигналы; большие искажения выходного сигнала, также обусловленные двойным преобразованием энергии, которые приводят к тому, что выходной сигнал сильно отличается от монохроматического.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является умножитель частоты, содержащий ЭЛТ с системой круговой развертки, преобразователь электронного потока, выполненный в виде впрессованного в трубку кольца, обра,зованного торцами чередующихся прозрач ных и непрозрачных гибких световодов, формирователь и фотоэлементы, причем прозрачные световоды объединены в жгутов, каждый из которых оптически связан с соответствующим фотоэлементом а выходы фотоэлементов через формирователи и схему разделения подключены к выходному зажиму умножителя f2).

Йанному умножителю частоты присущи те же недостатки, что и описанному выше. на которой расположены отверстия в пластине 4. Таким образом, при круговой развертке электронный поток проходит через отверстия и задерживается промежутками межцу ними, в результате чего непрерывный электронный поток преобразуется в пульсирующий. Металлические пластины 4, 5 и катушка 6 индуктивности образуют колебательный контур, резонансная частота которого выбирается равной эацанной частоте выходного сигнала. Очевидно, что пространство между пластинами 4 и 5 представляет собой пространство взаимодействия пульсирующего электронного потока с высокочастотным электрическим полем указанноt.o колебательного контура. Зтектроны, прошедшие через пространство взаимодействия и отдавшие часть своей кинетической энергии высокочастотному полю, осецают на пластине 5, выполняющей также и роль коллектора.Форма пульсируюшего тока, протекающего в пространстве взаимодействия, представляет собой полседовательность импульсов. -трапециевицной формы. наиболее неблагоприятном случае, когца диаметр тока луча, ширина отверстий и расстояние между ними равны, послецовательность импульсов близка по форме к треугольной.

Прежде чем оценить КПД данного умножителя частоты, выясним, можно ли пренебречь инерцией электронов в диапазоне рабочих частот.

Зля этого примем, что ускоряюшее напряжение Вц лежит в прецелах ©400 - 1OQO В. Тогда скорость электронов при влете в пространство взаимодействия имеет величину

"о-о,ь <о Е ф l-

Если длина пространства взаимодействия, опрецеляемая расстоянием от пластины

4 до поверхности выступа пластины 5 поряцка нескольких миллиметров, например 3 мм, то время .пролета электрона, имеющего скорость +, составляет величину Dpo (1 58-2,5) 10 с, и для частоты У выходного сигнала, равной

Р = 100 МГц, угол яролета составляет величину 9рр.у» 5,7 Ф .

Если учесть, что в результате взаимодействия электронов с высокочастотным полем скорость их уменьшается, а угол пролета увеличивается, то в самом неблагоприятном случае он составляет не более 1 8 . Следовательно, инерцию о электронов можно не учитывать и очи3 7901 01 4

Цель изобретения — уменьшение коэффициента гармоник.

Поставленная цель достигается тем, что, в электроннолучевой умножитель частоты, содержащий ЭЛТ, с электронностатичэским отклонением луча, отклоняющие пластины которой соединены с генераторами развертки, электронная пушка и коллектор которой соецинены с соответствующими источниками питания. Коллек- io тор выполнен иэ двух металлических пластин, установленных перпендикулярно оси ЭЛТ и соединенных с выводами катушки индуктивности, расположенной между металлическими пластинами, причем в одной из металлических пластин выполнены равномерно по окружности отверстия, а на второй металлической пластине выполнены выступы, расположенные против отверстий первой металли- щ ческой пластины.

На чертеже представлен электроннолучевой умножитель частоты.

Умножитель частоты содержит ЭЛТ 1 с электронной пушкой 2 и системой откло-gg отклоняющих пластин 3, первую металлическую пластину 4 с отверстиями, расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга, вторую металлическую пластину 5, катушку 6 индук- и тивности, подключенную к указанным пластинам, генератор развертки, состоящий из фазовращателя 7 и задающего генератора 8.

Умножитель частоты работает следующим образом.

Зля того, чтобы электронный поток, попацающий в пространство взаимодействия через отверстия в пластине 4, эффек» тивно взаимодействовал с высокочастотным полем колебательного контура необходимо на пластине 5 расположить по окружности выступы так, чтобы над каждым отверстием пластины 4 был выступ.

Для увеличения верхней частоты циапаэона рабочих частот умножителя пластина S может быть изготовлена в виде кольца, либо от колебательного контура целесообразно перейти к .колебательной . системе с распрецеленными параметрами.

Напряжение умножаемой частоты от задающего генератора 8 поступает на фаэовращатель 7, а затем на систему отклоняющих пластин 3. Под действием этого напряжения осушествляется круговая развертка, и. электронный луч описывает окружность на пластине 4. Радиус окружности, описываемой электронным лучом, выбирается равным радиусу окружности, 790101

5 тать, что амплитуда первой гармоники наведенного тока равна амплитуце первой гармоники конвекционного тока.

Нетрудно показать, что для послецрвательности импульсов треугольной формы амплитуца первой гармоники наведенного тока минимальна, а цля последовательности прямоугольных импульсовмаксимальна. Поэтому в наиболее часто встречающемся случае для последовательности импульсов трапецеицальной .формы ее величина лежит в прецелах

Э„,= - — - 1 .Я 2.

КПД умножителя оценивается слецующим образом. г

1о о Î з(- — 1 =(02 ОЖ) где 9. - мощность, развиваемая электронным потоком в контуре умножителя;

Р© - мощность, потребляемая от источника питания F

Ц - амплитуда напряжения на контуре умножителя;

- ток луча электронной пушки.

Поскольку электронный поток взаимодействует с высокочастотным полем колебательной системы резонансного типа, то отношение Ц,„/Я< характеризующее эф: фективность использования ускоряющего напряжения, может достичь достаточно большой величины

Тогда КПД умножителя лежит в пределах

0,39.с. g c. о,Ь2, °

Как следует из описания, в данном умножителэ частоты используется прямое преобразование кинетической энергйи электронов тока луча в энергию высокочастотных колебаний в отличие от известного, в котором используется двой» ное йреобраэование энергии (энергии электронного луча в световую и затем световой - в электрическую (в -фотоумно жителях). B результате потери энергии в предлагаемом умножителе частоты значительно меньше, а следовательно, и выше КПД. Выходной сигнал умножителя частоты весьма близок к монохроматическому, что также обусловлено отсутствием двойного преобразования энергии электронного потока.

6

При большик коэффициентах умножения умножитель частоты выгодно отличается от обычных ламповых и транзисторных умножителей частоты, так как КПД этих умножителей убывает пропорционально кратности умножения, а КПД предлагаемого умножителя от нее не зависит, Так, при коэффициентак умножения больше

50 КПД укаэанных умножителей частоты на порядок ниже, чем КПД предлагаемого умножителя частоты.

Предлагаемый умножитель частоты позволяет получить на выходе сигнал, более

- близкий по форме к синусоицальному, чем ламповые и полупроводниковые умножи тели при больших кратностях умножения. Это объясняется тем, что в обычных умножителях происходит первоначально искажение тока основной частоты, ток становится богатым гармоническими составляющими, кратными умножаемой частоте. Чем выше кратность умножения, тем труднее выделить нужную гармонику, Поэтому в обычных умножителяк выхоцной сигнал содержит не только гармонику нужной частоты, но и ослабленные в той или иной степени сосецние гармоники.

Ток луча в пространстве взаимодействия также содержит гармоники,но онн оказываются разнесенными цруг or apyга на величину, кратную коэффициенту умножения, и поэтому сильно ослабляются колебательным контуром. Это достоинство умножителя не противоречит физическому смыслу и объясняется тем, что пополнение энергии в контуре осуществляется в каждый период высокочастотного напряжения (как в режиме усиления), тогда квк в обычнык умножителях пополнение энергии в контуре происходит один раз за несколько периодов.

Так как данный умножитель частоты имеет достаточно высокий КПД и выходной сигнал близок к монохроматическому, он может быть наиболее эффективно применен в рациоизмерительной аппаратуре, в частности в аппаратуре, предназначенной для измерения флуктуаций. Использование в измерителях флуктуаций умножителя, обеспечивающего высокий КПД, позволяет использовать сигнал умноженной частоты без последующего его усиления, что снижает шумы измерительного тракта и обеспечивает, в свою очередь, повышение чувствительности измерителя в целом. Если отверстия в первой металлической lIJlacTHHe расположить по

1О

f

Составитель В. Чижов

Ре акт О. Ма е Тех Ф.Г инка К

Ю.Макаренко

Заказ 9053/55 . Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7,.:, "790) концентрическим окружностяьу то!изменяя амплитуду умножаем ",ситца, мож-,, но осуществить измененМфщеффу ие р умножения, т. е. его эльктрвнну о,пйр - 1 стройку.

5 формула изобретения

Электроннолучевой умножитель частоты, содержащий электроннолучевую трубку с электронностатическим отклонением луча, отклоняющие пластины которой сое динены с генераторами развертки, элект ронная пушка и коллектор которой соединены с соответствующими источниками питания, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента гармоник, коллектор выполнен из двух

01 8 металлических пластин, установленных перпендикулярно оси электроннолучевой трубки и соединенных с выводами катушки индуктивности, расположенной между металлическими пластинами, причем в одной из металлических пластин выполнены равномерно по окружности отверстия, а на второй металлической пластине выполнены выступы, расположенные против отверстий первой металлической пластины.

Источники информации, принятые, во внимание при экспертизе

1., и Ие С. RE 5gstem Eukineer ing Toclag счел ч еч Р eguencg H EtipEie s.

1969, М 3.

2. Авторское свидетельство СССР

l4 335777, кл. Н 03 В 19/00, 20Л 2.72.