Усилитель электромагнитных колебаний

 

Изобретение относится к электровакуумным приборам к устройствам О-типа с открытой электродинамической структурой и может быть использовано для усиления мощного электромагнитного излучения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. Целью изобретения является повышение эффективности взаимодействия электронного пучка с полем открытой электродинамической структуры и коэффициента усиления. В усилителе взаимодействие электронного пучка осуществляется с электромагнитным полем в n открытых резонаторах, связанных между собой на частоте усиливаемого сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к электровакуумным приборам, в частности к устройствам О-типа с открытой электродинамической структурой и может быть использовано для эффективного усиления колебаний в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн.

Известен прибор для усиления колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, содержащий электронную пушку, фокусирующую систему, открытый резонатор, включающий зеркало с периодической структурой поверхности, вывод энергии и коллектор электронов [1].

Недостатком данного усилителя является малая эффективность взаимодействия и малый кпд, обусловленный, в частности, фиксированной структурой поля в высокодобротном открытом резонаторе, а также тем, что при малой длине области взаимодействия ее увеличение возможно только за счет увеличения поперечного размера зеркал резонатора, что в свою очередь приводит к трудностям при создании системы фокусировки электронного пучка. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для генерации электромагнитных колебаний, содержащее электронную пушку, фокусирующую систему, цилиндрический открытый резонатор с периодической структурой поверхности и коллектор электронов [2]. Это устройство позволяет получить большую мощность электромагнитных колебаний при тех же поперечных размерах за счет использования цилиндрического открытого резонатора с периодической структурой поверхности. Недостатком известного устройства является малая эффективность взаимодействия, обусловленная фиксированной структурой поля в резонаторе.

Целью изобретения является повышение эффективности взаимодействия и увеличение коэффициента усиления за счет взаимодействия электронного пучка с полем n резонаторов.

Указанная цель достигается тем, что усилитель электромагнитных колебаний, содержащий электронную пушку, фокусирующую систему, первый цилиндрический открытый резонатор с периодической структурой поверхности и коллектор электронов снабжен n-1 идентичными первому резонаторами, установленными на оси первого цилиндрического открытого резонатора с периодической структурой поверхности таким образом, чтобы на частоте усиливаемого сигнала излучение предыдущего резонатора попадало на последующий вводом энергии, электронная пушка расположена перед первым резонатором, а коллектор электронов за последним резонатором.

Вновь введенные признаки обусловили появление новых свойств. В результате связи n резонаторов по электромагнитному полю на частоте сигнала в усилителе формируется собственная электромагнитная волна, взаимодействующая с электронным потоком на гармониках периодической поверхности зеркал резонатора. При этом от резонатора к резонатору, где осуществляется резонансное взаимодействие электронов с электромагнитным полем, увеличивается амплитуда усиливаемого поля и модуляция электронного пучка, взаимодействующего с ним, что приводит к увеличению эффективности взаимодействия и коэффициента усиления. На чертеже изображена структурная схема усилителя электромагнитных колебаний.

Усилитель электромагнитных колебаний содержит электронную пушку 1 для формирования электронного пучка, первый цилиндрический открытый резонатор 2, выполненный в виде отрезка гладкого волновода с периодической структурой поверхности, идентичные цилиндрические открытые резонаторы 3, 4 установлены на оси первого резонатора и расположенные таким образом, чтобы на частоте усиливаемого сигнала излучение предыдущего резонатора попадало на последующий со 2-го на 3-й, с 3-го на 4-й резонатор и т.д., коллектор 5, расположенный за последним резонатором 4, устройство 6 ввода электромагнитного излучения, фокусирующую систему 7, служащую для фокусировки электронного пучка, выполненную например в виде соленоида.

Усилитель работает следующим образом. Электронная пушка 1 и фокусирующая система 7 формируют электронный пучок, проходящий вблизи стенок резонаторов 2-4 с периодической структурой поверхности. Усиливаемое электромагнитное излучение с устройства ввода попадает в резонатор 2. В резонаторе 2 происходит резонансное взаимодействие электронного пучка с периодической структурой поверхности стенки резонатора 2. В результате этого взаимодействия электромагнитное излучение усиливается и возникает модуляция электронного пучка. Благодаря тому, что на частоте усиливаемого сигнала излучение с резонатора 2 попадает на резонатор 3, в резонаторе 3 осуществляется резонансное взаимодействие усиленного во втором резонаторе электромагнитного излучения с уже модулированным этим излучением электронным пучком. Данный процесс повторяется от резонатора к резонатору 2-4 до тех пор, пока усиленное излучение не высветится из последнего резонатора. Отработанный электронный пучок поступает на коллектор 5 электронов.

Таким образом, по отношению к прототипу, взаимодействие осуществляется в нескольких резонаторах 2-4, при этом от резонатора к резонатору нарастает амплитуда усиливаемого сигнала и амплитуда высокочастотного тока, что приводит к повышению эффективности взаимодействия и повышению коэффициента усиления.

Формула изобретения

УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ, содержащий электронную пушку, фокусирующую систему, первый цилиндрический открытый резонатор с периодической структурой поверхности и коллектор электронов, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления, в него введено устройство ввода электромагнитных колебаний и n-1 резонаторов, идентичных первому цилиндрическому открытому резонатору с периодической структурой поверхности, причем все блоки размещены на одной оси, а резонаторы электромагнитно связаны.

РИСУНКИ

Рисунок 1