Свч-усилитель

 

СВЧ-УСИЛИТЕЛЬ, содержащий резонаторы с сеткой, коллектор и многоострийныйавтокатод в виде концентрических .колец-гребенок, о т личающийся тем, что, с целью увеличения средней мощности усилителя, в него введен генератор прямоугольных импульсов, причем кольца-гребенки закреплены на концентрически расположенных пьезокристаллах, соединенных с генератором прямоугольных импульсов. (Л

09) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5)) Н 01 У 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«И6ЛИч7к".;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ "СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3454696/18-21 (22) 17.06.82 (46) 07.02 ° 84. Бюл. )) 5 (72) Л.Л.Ананьев, Ю.В.Андриянов, В.A.Âàøèëîâ, М.M.Áoãàòñêèé, Д.А.Борисов, A A Кантонистов и Г.Н.Фурсей (71) Ленинградский электротехнический. институт связи им.проф. М.А.Бонч Бруевича и Опытно-конструкторское бюро "Горизонт" (53) 621.385.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 137545, кл. H 03 В 5/18, 1958.

2. Ненакаливаемые катоды. Под ред.проф. М.И.Елинсона. М., "Сов. радио", 1974, с. 241.

3. Шарбонье, Барбур, Гаррет, Дайк.

Исследование природы и прикладных свойств холодной эмиссии на СВЧ.

Труды ТИИЭР, 1963, т. 51, )) 7,с.990 (прототип). (54)(57) СВЧ-УСИЛИТЕЛЬ, содержащий резонаторы с сеткой, коллектор и многоострийный автокатод в виде концентрических .колец-гребенок, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения средней мощности усилителя, в неро введен генератор прямоугольных импульсов, причем кольца-гребенки закреплены на концентрически расположенных пьезокристаллах, соединенных с генератором прямоугольных импульсов.

1072145

Изобретение относится к электронной технике, в частности к усилителям

СВЧ.

Известно устройство для генерирования кратковременных электронных пакетов под действием СВЧ-поля. В этом устройстве теоретически автокатод при очень сильных полях способен обеспечить плотность токов до

10 10 A/см 2 Г11.

Однако практически достигаемые плотности тока оказываются меньшими вследствие нестабильности актокатода при большиХ плотностях тока, приводящих к возникновению вакуумной дуги. Разрушение эмиттера связано с 15, перегрузкой его собственным эмиссионным током f23.

Применение одиночного эмиттера с плотностью тока 101-10.8 A/ñì оказывается эффективным, когда наряду с 2() большими токами требуются высокие энергии пучка. Например, для полу чения токов с острия в 104 A необходим эмиттер с радиусом кривизны равным 10 см и разность потенциалов более 10 В.

Для получения больших токов при значительно меньших напряжениях (в сотни и десятки киловольт) необходимо тем или иным образом увеличить эмиттирующую площадь при сохранении малого радиуса кривизны катода. Одной из таких возможностей .является создание многоострийных систем.

Наиболее близким .к предлагаемому по техничесокй сущности является

СВЧ-усилитель, состоящий из двух резонаторов с сетками, прозрачными для электронов и экранирующих СВЧ-поле, многоострийного автокатода в виде концентрических колец-гребенок и 40 коллектора (3).

СВЧ-поле вводится во входной резонатор, настроенный таким образом, что s районе автокатода создается пучность электрической составляющей поля. Эмиттируемые электроны, получая дополнительную энергию от высоковольтного источника постоянного гока, проходят в выходной резонатор, отдают энергию СВЧ-полю и собираются 5О коллектором. Длительность импульса автоэмиссионного тока и его амплитудное значение ограничено собственно автокатодом. Кроме того, автоэмиссионный ток ограничивается неод- 55 нократностью геометрической формы кончиков острий, что приводит к различным значениям напряженности поля у острия при одинаковой входной мощности СВЧ и неодновременной работе 60 автокатодов,а также к эффекту экранирования, т.е ° уменьшение полл у вершины одного эмиттера нз-за наличия соседних острий. Коэффициент зкранирования в основном зависит от расстояния катод - выходная сетка резонатора и расстояния между кончи.ками острий. Эффект экранирования приводит к уменьшению максимально достижимого первеанса для каждого острия (в пределе он равен 0,2 A/p ).

Недостатком многоострийных автокатодов является также технологическая сложность изготовления, связанная с очень жесткими требованиями к геометрии каждого острия.

Небольшие отклонения формы острия от оптимальной приводят к резкому уменьшению автоэмиссионного тока.

В результате эффективно змиттирует лишь небольшая часть острий, что приводит к уменьшению первеанса катода в целом.

Цель изобретения — увеличения средней мощности СВЧ-усилителя.

Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-усилителе, содержащий резонаторы с сеткой, коллектор и многоострийный автокатод в,виде концентрических колец-.гребенок, введен генератор прямоугольных импульсов, причем кольца-гребенки закреплены на концентрически расположенных пьезокристаллах, .соединенных с генератором прямоугольных импульсов..

На фнг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 конструкция автокатода; на фиг. 3 устройство входного резонатора; на фи . 4 — временные диаграммы, ил.люстрирующие работу устройства.

СВЧ-усилитель (фиг.1) с источниI ками питания состоит из многоострий ного автокатода 1, коллектора 2, входного резонатора. 3 и выходного резонатора 4, СВЧ-генератора 5, нагрузки 6, генератора 7 прямоугольных импульсов и высоковольтного источника 8 постоянного напряжения.

Автокатод (фиг.2) состоит из концентрических колец-гребенок с остриями 9, расположенных на проводящих основаниях, которые закрепляются на торцах пьезокристаллов 10 12 и соединяются с генератором прямоугольных,импульсов. На боковые стенки пьезокристаллов нанесенс проводящее покрытие, соединенное с генератором прямоугольных импульсов вводами 13.

Вариант конструкции входного резонатора представлен на фиг. 3.

Полуволновый резонатор с автокатодом 1, расположенным в пучностн электрической составляющей СВЧ-поля, имеет экспоненциальное сужение 14 для увеличения напряженности поля в зазоре, перекрытом проводящей сеткой 15. Вводы 13 вакуумно-плотные и и золированные от корпуса устройства соединяют автокатод 1 с генератором прямоугольных импульсов н высоковольтным источником.

1072145

Величина входного СВЧ-сигнала подбирается такой, чтобы .напряженност» электрическог поля, созданного.у поверхности катода за счет высоковольтного источника и СВЧ поля. была до- статочной для возбуждения заметной автоэлектронной эмиссии, т.е. сО-- ставляпа не Менее 3..10 В/см. Рог а в направлении. коллектора будут ис пускаться автоэлектроны, возбуждая выходной резонатор. Для увеличения средней мощности. усилителя иа.пьезокристаллы подается ynpasnaaalee напряжение такой полярности,что внешнее кольцо и внутренняя шайба выдвигаются,а среднее кольцоопускается.эвжссия ав- 15 тоэлектронов пойдет с внешнего кольца и внутренней шайбы, среднее же кольцо будет экранировано соседними кольцами и выведено из области автоэмисаионного поля. Затем полярность 20 управляющих импульсов меняется,:-и в область автоэмиссионного поля вводится среднее кольцо. Крайние кольца при"этом экранируются средним кольцом и ие эмиттируют.- Количество. автоэмиттеров иа средней кольце равно количеству автоэмиттеров на внешнем кольце н внутренней шайбе. В ре зультате длительность импульсов автоэмиссионного тока с каждого острия З0 укорачивается в два раза.

Это позволяет увеличить плотность автоэмиссионного тока с каждого ост. рия, а следовательно, и полный ток автокатрда в два. раза при сохранении стабильности работы автокатода и его надежности. Кроме того, открываются возможности увеличения плотности упаковки острий в многоострнйном катоде, что эквивалентно увеличению первеанса катода.

В экспериментальной конструкции расстояние катод-сетка равняется

10 мм,.длина острий 1 мм, расстояние между остриями 5 мм.

Пьезокристалл обеспечивает смещение концентрических колец-гребенок на 0,05 мм относительно друг друга при подаче на него управляющего напряжения от генератора типа Г5-54.

При таком смещении опустившееся кольцо. в достаточной степени экранируется поднявшимся и выводится из электрического поля, способного вызвать автоэмиссию. В качестве вы» соковольтного тока используют источник с напряжением 4 кВ прн токе до

10 мА.

Ю

Предлагаемое устройство по сравнению,.с прототипом имеет увеличенную среднюю мощность усилителя за счет увеличения тока многоострийного автокатода без увеличения габаритов усилителя, плотность острий на единицу поверхности катода, а сле - довательно, и первеанс предлагаемого многоострийного автокатода выае, что позволяет увеличить крутизну проходной характеристики усилителя, технология изготовления многоострийных автокатодов упрощается что позволяет снизить их себестоюаость.

Составитель И.Артюх

Редактор С. Квятковская Техред Ж. Кастелевич Корректор В. Бу тяга

Закаэ 136/46 Тираж 683 Подписное

SHHHIIH 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