Клистрон

 

Изобретение относится к области электровакуумных приборов СВЧ. Сущность: в клистроне, содержащем ввод и вывод энергии, а также резонаторы, в радиальных щелях по крайней мере одного из которых установлены поглотительные элементы, введены следующие элементы: количество пролетных каналов более 1, резонаторы выполнены кольцевыми, количество радиальных щелей в резонаторе с поглотительными элементами равно 2, щели расположены диаметрально противоположно, щели расположены в плоскости ввода/вывода энергии. 1 ил.

Изобретение относится к области электровакуумных приборов, в частности к многолучевым клистронам.

Известен многолучевой клистрон, резонаторы которого выполнены в виде волноводов, свернутых в кольцо [1] и работающих на виде колебаний E₀₁₀. Недостатком такой конструкции является близость резонансных частот высших видов колебаний типа E₁₀ (где n 1,2.) к частоте рабочего вида, что приводит к высокой вероятности самовозбуждения клистрона на высших видах колебаний, в особенности E₁₁₀.

Известна конструкция клистрона (прототип) с тороидальными резонаторами, в емкостных выступах которых прорезаны в радиальном направлении щели с помещенным в них материалом, поглощающим электромагнитное поле [2] На высших видах колебаний по емкостному выступу протекают в азимутальном направлении СВЧ- токи и в радиальных щелях появляется электрическое поле, ослабляемое поглотительным материалом, что приводит к снижению добротности высшего вида и исключает возможность самовозбуждения. Добротность рабочего вида понижается также, но это снижение меньше, поскольку на рабочем виде колебаний азимутальных токов нет.

Недостатком этой конструкции является необходимость большого количества щелей для достижения заметного эффекта, так как распределение амплитуды азимутальных токов имеет вид одной или нескольких периодов синусоиды и высшие виды стремятся занять положение, при котором максимумы токов располагаются в области между радиальными щелями.

Большое количество щелей усложняет конструкцию клистрона и снижает его КПД и коэффициент усиления за счет снижения добротности рабочего вида колебаний.

Изобретение направлено на решение следующей задачи: упрощение конструкции клистрона, а также повышение его КПД и коэффициента усиления при обеспечении подавления паразитного самовозбуждения.

Сущность технического решения заключается в том, что в клистроне, содержащем пролетный канал, резонаторы с поглотительными элементами в радиальных щелях, а также ввод и вывод энергии, введены следующие отличительные признаки: конструкция клистрона многолучевая, то есть имеется дополнительно по крайней мере один пролетный канал, резонаторы клистрона выполнены кольцевыми; количество щелей в резонаторе с поглотительными элементами равно 2; щели расположены диаметрально противоположно; щели расположены в плоскости ввода/вывода энергии.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат.

Внесение азимутальной неоднородности в кольцевой резонатор, в частности ввода и вывода энергии, разделяет каждый высший вид на две составляющие, имеющие разные частоты и сдвинутые по азимуту на 90^o относительно друг друга. Одна из составляющих устанавливается при этом так, что максимум напряжения электрического поля оказывается в плоскости ввода или вывода энергии и этот вид колебаний нагружается за счет вносимой активной проводимости. Вторая составляющая, не связанная с вводом или выводом энергии, ориентируется таким образом, что в плоскости ввода или вывода энергии оказывается максимум азимутального СВЧ- тока. Поскольку в этой плоскости расположены радиальные щели с поглотительными элементами, они наиболее эффективно нагружают этот вид колебаний.

Таким образом, обе составляющие высшего вида колебаний оказываются нагруженными. Снижение собственной добротности рабочего вида в этом случае минимально.

Следует заметить, что такое же распределение составляющих высших видов устанавливается и в промежуточных резонаторах, поскольку эти виды возбуждаются электронными пучками с соответствующей азимутальной модуляцией.

На чертеже изображен один из вариантов предложенного многолучевого клистрона, в кольцевых резонаторах которого выполнены радиальные щели, содержащие поглотители.

Многолучевой клистрон содержит электронную пушку 1, входной 2, промежуточные 3 и выходной 4 кольцевые резонаторы. В кольцевых резонаторах 2, 3, 4 выполнены радиальные щели, в которых расположены поглотительные элементы 5. Входной кольцевой резонатор 2 соединен с вводом энергии 6, выходной кольцевой резонатор 4 соединен с выходом энергии 7. Электронный пучок оседает на коллектор 8.

Работа прибора осуществляется следующим образом.

Электронные потоки, формируемые в пушке 1, попадают в резонаторный блок, состоящий из кольцевых резонаторов 2, 3, 4 с радиальными щелями, в которых установлены поглотительные элементы 5. СВЧ- мощность поступает через ввод энергии 6 и модулирует электронные потоки. После прохождения промежуточных резонаторов 3 потоки группируются в сгустки и отдают свою энергию в зазоре взаимодействия выходного резонатора 4. Через вывод энергии 7 усиленный СВЧ-сигнал поступает в нагрузку, а отработавшие электронные потоки попадают в коллектор 8.

Таким образом, ориентировка двух радиальных щелей с поглотительными элементами в плоскости ввода (вывода) энергии кольцевых резонаторов позволяет упростить конструкцию многолучевого клистрона, а также увеличить его КПД и коэффициент усиления при обеспечении подавления паразитного самовозбуждения.

Количество кольцевых резонаторов, в которых должны быть выполнены радиальные щели, зависит от ряда факторов, в частности от количества реверсов магнитного поля, токопрохождения в приборе и др. Поэтому количество резонаторов с радиальными щелями и порядок их расположения подбираются экспериментально.

Формула изобретения

Клистрон, содержащий пролетный канал, резонаторы, в радиальных щелях по крайней мере одного из которых установлены поглотительные элементы, а также ввод и вывод энергии, отличающийся тем, что он содержит дополнительно по крайней мере один пролетный канал, резонаторы выполнены кольцевыми, количество щелей в резонаторе с поглотительными элементами равно 2, а радиальные щели расположены диаметрально противоположно в плоскости ввода и/или вывода энергии.

РИСУНКИ

Рисунок 1