Способ защиты свч-усилителя на электронно-вакуумном приборе с управляющим электродом

 

Использование в качестве передающего и усилительного устройства СВЧ-диапазона . Сущность изобретения: способ основан на подаче СВЧ-сигнала на вход усилителя, фиксации пробоя в электронно-вакуумном приборе (ЭВП) и подаче сигнала управления . Предварительно определяют предельно допустимую величину энергии в промежутке управляющий электрод-катод ЭВП и ее фиксируют. После подачи СВЧ- сигнала при наличии пробоев прекращают подачу сигнала управления и подают на управляющий электрод импульсы запирающего напряжения, энергия каждого из которых не превышает предельно допустимой величины . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

P ЕСПУБЛИК (51}з Н 03 F 1 52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792831/09 (22) 20.02,90 (46) 28.02.93. Бюл. 3Ф 8 (71) Институт новых физических и прикладных проблем АН Украины (72) А.M.Ãëàäêèé, ЕЛ.Мясников, С.H.Hàçàров, B.Â.Þxíåâè÷ и В П.Осипов (56) Авторское свидетельство СССР

3Ф 543085, кл. Н 02 Н 7/20, 1977, (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ СВЧ-УСИЛИТЕЛЯ

НА ЭЛ ЕКТРОННО-ВАКУУМНОМ ПРИБОРЕ

С УПРАВЛЯЮЩИМ ЭЛЕКТРОДОМ (57) Использование в качестве передающего и усилительного устройства СВЧ-диапазоИзобретение относится к области радиотехники,.в частности к передающим и усилительным устройствам СВЧ-диапазона.

Целью настоящего изобретения является повышение быстродействия.

На фиг.1 приведен пример функциональной схемы СВЧ-усилителя, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2— диаграммы напряжений в различных точках устройства; на фиг.3 — возможная схема дискриминатора пробоев в ЭВП.

Устройство (фиг,1), реализующее предлагаемый способ, состоит из усилитепьного

ЭВП (клистрона) 1, источника 2 питания

ЭВП, подмодулятора 3, модулятора 4, резистора 5, дискриминатора 6 пробоев, генератора 7, Отрицательный вывод источника 2 питания ЭВП соединен с общими выводами модулятора 4, генератора 7, дискриминатора 6 пробоев и подключен через резистор 5 к Катоду клистрона.1, а положительный вывод соединен с коллектором клистрона 1 и корпусом. Резонаторы клистрона 1 также,, Я3,, 1798887 А1 на. Сущность изобретения: способ основан на подаче СВЧ-сигнала на вход усилителя, фиксации пробоя в электронно-вакуумном приборе (ЭВП) и подаче сигнала управления. Предварительно определяют предельно допустимую величину. энергии в промежутке управляющий электрод-катод

ЭВП и ее фиксируют. После подачи СВЧсигнала при наличии пробоев прекращают подачу сигнала управления и подают на управляющий электрод импульсы запирающего напряжения, энергия каждого из которых не превышает предельно допустимой величины. 3 ил.

Ъ

Ф соединены с корпусом. Выходы мбдулятора

4 и генератора 7 соединены вместе и подключены к управляющему электроду клистрона. Управляющий вход подмодулятора 3 является входом синхронизации eccl.o устройства, а выход подмодулятора 3 соединен с входом модулятора 4 и одним из входов дискриминатора 6 пробоев, при этом второй вход дискриминатора 6 подключен к катоду клистрона 1. Выход дискриминатора 6 пробоев соединен с управляющим входом генератора 7 и управляющим входом подмодулятора 3.

В устройстве (фиг.1), реализующем предлагаемый способ, в качестве усилительного 3ВП использован клистрон с управляющим электродом. Источник 2, питания ЭВП может быть выполнен в виде повышающего трансформатора с выпрямителем и фильтрующим узлом. В качестве подмодулятора 3 можно использовать одновибратор, например микросхему К155АГЗ, Модулятор 4 может быть выполнен по любой схеме.

1798887

Дискриминатор 6 пробоев может быть выполнен на логических элементах и одновибраторе, например, как представлено на фиг,З, Генератор 7 должен вырабатывать на своем выходе серии импульсов запирающего клистрон напряжения с длительностью и периодом следования импульсов в несколько микросекунд и амплитудой, равной или превышающей напряжение запирания клистрона, вырабатываемое модулятором 4.

803М0>КН0 использование модулятора 4 для формирования этих импульсов, Устройство, реализующее предлагаемый способ защиты СВЧ-усилителя на ЭВП с управляющим электродом, работает следующим образом.

На СВЧ входусилителя подается сигнал в виде СВЧ-мощности, При поступлении импульса синхронизации (момент времени t<, на фиг.2) на вход синхронизации устройства подмодулятор 3 вырабатывает импульс ус-: тановленной длительности (фиг.2, б), который поступает на вход модулятора 4 и преобразуется им в импульс напряжения (управляющий сигнал) на управляющем электроде клистрона (фиг.2, в), отпирающий

его. Через клистрон протекает рабочий ток . (фиг.2г) от источника 2 питания ЗВП; на выходе СВЧ-усилителя появляется импульс мощности СВЧ (фиг.2,е). При этом сигнал на выходе дискриминатора 6 пробоев отсутствует и генератор 7 выключен, После окончания импульса подмодулятора (момент времени tz, фиг.2) модулятор 4 формирует на управляющем электроде клистрона 1 уровень напряжения, запирающий клистрон, . Протекание рабочего тока через клистрон 1 прекращается, сигнал на выходе СВЧ-усилителя становится равным нулю, Далее работа СВЧ усилителя в нормальном режиме повторяется в изложенной последовательности.

При возникновении пробоя межэлектродного промежутка клистрона 1 управляющий электрод-катод (момент времени тз. фиг.2) запирающее напряжение на управля-. ющем электроде клистрона (фиг.2; e) уменьшается, клистрон 1 отпирается и через него начинает протекать рабочий ток (фиг.2, г). С появлением така клистрона при отсутствии импульса подмодулятора на выходе дискриминатора.б пробоев появляется сигнал, который, попадая на управляющий вход подмодулятора, блокирует на определенный период времени его работу и работу модулятора, Подача сигнала управления на.управляющий электрод ЭВП прекращается, Этат сигнал, одновременно с тем, включает генератор 7, который формирует на управляющем электроде клистрона 1 импульсы запирающего напряжения с периодом следования Тг, Спустя определенное время после возникновения первого сигна. ла пробоя межэлектродного промежутка уп5 равляющий. электрод-катод сигнал на выходе дискриминатора 6 пробоев пропадает, при этом генератор 7, выдавший к этому моменту времени серию импульсов запирающего напряжения, выключается. подмоду1О лятор 3 разблокируется и СВЧ-усилитель может работать в обычной последовательности.

Суть предлагаемого способа защиты в описанном СВЧ-усилителе заключается в

15 следующем, Предварительно, перед началом работы

СВЧ-усилителя находят пороговую величину энергии, выделяемой в межэлектродном промежутке ЭВП управляющий электрод20 катод.при его пробое, ниже которой исключено инициирование разрядом в этом промежутке пробоя межэлектродного промежутка ЭВП резонаторы-катод. Нахождение указанной пороговой величины

25 производят путеМ подачи на электроды ЭВП рабочих напряжений и формирования на управляющем электроде импульсов напряжения, вызывающих пробой межэлектродного промежутка управляющий электрод-катод.

Зо При этом, последовательно изменяя энергию, выделяемую в межэлектродном промежутке управляющий электрод-катод, находят искомую пороговую величину. Для формирования указанных импульсов наЗ5 пряжения можно использовать генератор

7 или отдельный спациальный генератор.

Изменение энергии, выделяемой в межэлектродном промежутке управляющий электрод-катод, осуществляют изменением

4О амплитуды импульса тока разряда и его продолжительностью, которые определяются характеристиками разрядного контура и генератора.

Далее регулируют модулятор 4 и генера45 тор 7 СВЧ-усилителя так, чтобы энергия, вводимая ими в межэлектродный промежуток ЭВП управляющий электрод-катод, была фиксирована и не превышала упомянутой . пороговой величины.

В процессе работы СВЧ-усилителя при возникновении пробоя межэлектродного промежутка управляющий электрод-катод, . благодаря фиксации энергии, выделяемой в этом промежутке, пороговой величиной, ис55 ключается возможность перерастания этого пробоя в пробой межэлектродного проме- . жутка резонаторы-катод и последующее неизбежное отключение источника питания 2

ЭВП, При атом пробой промежутка фиксируют и подают на управляющий электрод

1798887

20

ЭВП серию импульсов запирающего напряжения, с энергией каждого,не превышающей пороговой величины. Амплитуда этих импульсов может несколько превышать формируемый модулятором уровень запирающего клистрон напряжения. Благодаря наличию пауз между импульсами запирающего напряжения достигается гашение разрядов в межзлектродном промежутке управляющий электрод-катод, которые могут возникать в нем под воздействием этих импульсов запирающего напряжения.

Обычно подача на управляющий электрод первых нескольких импульсов приводит к последовательному пробою межэлектродного промежутка управляющий электродкатод, и" возникйонению микроразрядов.

Благодаря упомянутому выше ограничению энергии, выделяемой при пробое в межзлектродном промежутке, эти пробои также не перерастают в пробой межэлектродного промежутка ЭВП резонаторы-катод. Под действием микроразрядов происходит разрушение микронеоднородностей на поверхности электродов ЭВП, которые образовались в процессе его работы, Этим самым устраняется причина возникнове. ния пробоев ме>кэлектродного промежутка

ЭВП, пробои прекращаются и на управляющем электроде устанавливается постоянный уровень запира1ощего напряжения, Период следования импульсов, формируемых на управляющем электроде;составляет для различных усилительных ЭВП

5-15 мкс. Его выбирают экспериментально таким, чтобы исключить иницииронацие микроразрядом в межэлектродном промежутке ЭВП, вызванным предыдущим импульсом, пробой этого промежутка последующим импульсом напряжения. Такое инициирование может быть, например, связано с недостаточным временем восста, новления локального вакуума н межзлсктродном промежутке после микроразряда.

Количество импульсов запирающего напряжения, формируемое на управляющем электроде после возникновения пробоя межзлектродного промежутка упр а вл я ю щий электрод-катод, определяется необходимой степенью разрушения микронеоднородностей в указанном промежутке для надежного запирания тока ЗВП, Это количество импульсов определяется экспериментально и составляет, как правило, 5-20. Очевидна целесообразность ограничения длительности серии импульсов исходя из предельно допустимой длительности импульса тока ЭВП, превышение которой неизбежно приводит к перегреву ЭВП, ухудшению вакуума в нем и пробою вследствие этого промежутка резонаторы-катод, После окончания серии импульсов, формируемых на управляющем электроде ЭВП, и установления запирающего напряжения постоянного уровня СВЧ-усилитель готов к дальнейшей работе. При этом перерыв н его работе в результате последовательности указанных выше действий не превышаетдесятков микросекунд, что означает повышение быстродействия защиты СВЧ-усилителя и достижение укаэанной в формуле цели путем реализации предлагаемого технического решения. Дополнительно к этому достигается повышение надежности по сравнению с прототипом за счет исключения из схемы формирующей линии и токоограничивающих элементов, улучшаются массогабаритные характеристики устройства, повышается его КПД.

Пример. Рассмотрим СВЧ-усилитель ка ЭВП с управляющим электродом, у которого запирающее напряжение на управляющем электроде составляет 7 кВ, В отдельном эксперименте, последовательно изменяя величину энергии н межэлектродном промежутке ЭВП управляющий электрод-катод, зарегистрировали пороговую величину этой энсргии н 210 Дж, ниже ко-4 торой исключено инициирование разрядом н промежутке управляющий электрод-катод пробоя межэлектродного промежутка резонаторы-катод. Модулятор и генератор (был

35 введен в СВЧ-усилительдополнительнодля формирования на управляющем электроде

ЭВП импульсон запирающего напряжения) были отрегулированы так, чтобы вводимая ими в межэлектродный проме>куток управля ющий электрод-катод и ри его пробое энергия не превышала зарегистрированной пороговой величины, В ходе работы

СВЧ-усилителя фиксировали пробой межэле тродного промежутка ЭВП упранляющий электрод-катод и подавали на управляюU(ilA электрод Nvnjjf1LGM запирающего напряжения амплитудой 8,5 кВ c пер одом 15 мкс. Количество импульсон н серии составило 5. В результате указанных действий по защите СВЧ-усилителя вынужденные перерывы в его работе, связанные с пробоем межэлектродного проме.;.утка

Э ВЙ управляющий электрод-катод, сократились с 0,5 с до 200 мкс при исключении пробоев промежутка ЭВП резонаторы-катод, что свидетельствует о достижении цели изобретения — повышении быстродействия защиты СВЧ-усилителя. Кроме roro, из СВЧусилителя-прототипа были исключены высоковольтные гасящие конденсаторы, что обеспечило повышение надежности и улучшение массогабаритных характеристик, Таким образом, предлагаемый способ защиты позволяет в сравнении со способом-прототипом значительно повысить быстродействие защиты СВЧ-усилителя при одновременном улучшении его массогабаритных характеристик и надежности.

Формула изобретения

Способ защиты СВЧ-усилителя на электронно-вакуумном приборе с управляющим электродом, основанный на подаче СВЧсигнала на вход СВЧ-усилителя, фиксации пробоя в электронно-вакуумном приборе (ЭВП) и подаче сигнала управления, о т л ича ю щи и с ятем, что, с целью повышения быстродействия, перед подачей СВЧ-сигна. ла подают сигнал управления, определяют предельно допустимую величину энергии в

5 промежутке управляющий электрод-.катод

38, при которой отсутствует пробой промеж ка резонатор-катод ЭВП, фиксируют величину этой энергии, после подачи СВЧсигнала при фиксации пробоев промежутка

3G управляющий электрод-катод ЭВП прекращают подачу сигнала управления и подают на управляющий электрод импульсы запирающего напряжения, энергия каждого из которых не превышает предельно допусти15 мой величины.

1798887 д)

43Л кй|ходд аодмоЯулааюра

Редактор Т. Коляда

Заказ 778 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101.г) 0

ОурО ю)

ОЛи ф о С а) о

Фиг. 3

Составитель Е. Мясников

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор П. Гереши