Вакуумный усилительный свч-прибор с длительным взаимодействием

Изобретение относится к области электронных приборов, в частности к вакуумным усилительным СВЧ приборам, и может быть использовано, например, в лампах бегущей волны (ЛБВ). СВЧ-прибор с длительным взаимодействием и рабочим диапазоном частот от нижней частоты F1 до верхней F2 отличается тем, что замедляющая система прибора, разделенная на секции, имеет, по крайней мере, одну секцию типа А, у которой в рабочем диапазоне частот прибора F1-F2=ΔF отсутствует разрыв в дисперсионной характеристике, и, по крайней мере, одну секцию типа Б, у которой в рабочем диапазоне частот ΔF присутствует разрыв в дисперсионной характеристике с полосой непропускания F1'-F2'=ΔF' и центральной частотой непропускания Fц'=(F1'+F2')/2, причем F1'>F1 и F2'<F2. Замедляющая система прибора может быть типа спиральной, а спираль в секции типа Б вдоль продольной оси лампы выполнена в виде чередования участков длиной L1 с углом навивки φ1 и/или шагом h1 и длиной L2 с углом навивки φ2 и/или шагом h2. Технический результат: уменьшение перепада частотной характеристики коэффициента усиления СВЧ-прибора в рабочей полосе частот, расширение рабочей полосы частот, уменьшение собственных шумов прибора. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электронных приборов, в частности к вакуумным усилительным СВЧ-приборам, и может быть использовано, например, в лампах бегущей волны (ЛБВ).

Коэффициент усиления (Ку) СВЧ-приборов с длительным взаимодействием, например ЛБВ-усилитель, как правило, имеет заметный перепад в рабочей полосе частот. Обычно характеристика Ку в рабочей полосе частот имеет колоколообразную форму с максимальным значением в районе центра рабочего диапазона, так как взаимодействие между электронным пучком и электромагнитным сигналом (СВЧ-волной) именно в этой области для данных приборов наиболее оптимально. Такие параметры, например, как шумы напрямую зависят от величины Ку, поэтому снижение максимального усиления способствует снижению шумов. Часто рабочий диапазон частот ограничивается перепадом Ку, поэтому снижение его перепада в ряде случаев может вести к расширению рабочего диапазона частот.

Известны технические решения, направленные на уменьшение перепада коэффициента усиления (выравнивание) СВЧ-приборов в рабочей полосе частот.

Например, СВЧ-усилитель с применением на входе внешнего устройства (амплитудного корректора) [1], имеющего частотно-зависимую характеристику ослабления. Параметры корректора подбираются таким образом, чтобы характеристика корректора компенсировала неравномерность Ку усилительного прибора.

Достоинством данного решения является возможность уменьшения перепада практически любой частотной зависимости коэффициента усиления при выборе соответствующей конструкции корректора.

Недостатком является необходимость применения дополнительного устройства, а также повышение уровня собственных шумов за счет необходимости применения прибора с запасом по усилению, так как корректор уменьшает коэффициент усиления.

Известны устройства с замедляющей системой (ЗС), в которых выбор параметров ЗС, в том числе подбор оптимальной дисперсионной характеристики и изменения фазовой скорости электромагнитной волны вдоль длины прибора, обеспечивают уменьшение перепада коэффициента усиления (патент US 5162697, 1992.11.10; патент RU 2046442, 1995.10.20).

Достоинством данных методов является отсутствие наружных устройств, понижение уровня собственных шумов.

Недостатком является то, что в широкой рабочей полосе частот выровнять (уменьшить перепад) характеристику Ку невозможно.

Известно техническое решение (патент US 4358704, 1982.11.09), которое позволяет уменьшить перепад коэффициента усиления путем введения в ЗС спиральной ЛБВ секции с частотно-селективным поглощением в виде меандровой линии с большими потерями (частотно-селективный поглотитель).

Достоинством данного решения является практически полное выравнивание частотной характеристики коэффициента усиления.

Недостатком является сложность изготовления прибора такой конструкции, работающего в сантиметровом диапазоне частот.

Заявляемое техническое решение направлено на уменьшение перепада частотной характеристики коэффициента усиления СВЧ-прибора в рабочей полосе частот, расширение рабочей полосы частот, уменьшение собственных шумов прибора.

Технический результат достигается тем, что

вакуумный усилительный СВЧ-прибор с длительным взаимодействием и рабочим диапазоном частот от нижней частоты F1 до верхней F2 содержит электронно-оптическую систему, ввод и вывод СВЧ-энергии, замедляющую систему, разделенную на секции;

замедляющая система имеет, по крайней мере, одну секцию типа А, у которой в рабочем диапазоне частот прибора F1-F2=ΔF отсутствует разрыв в дисперсионной характеристике, и, по крайней мере, одну секцию типа Б, у которой в рабочем диапазоне частот ΔF присутствует разрыв в дисперсионной характеристике с полосой непропускания F1′-F2′=ΔF и центральной частотой непропускания Fц′=(F1′+F2′)/2,

причем F1′>F1 и F2′<F2.

При этом замедляющая система может быть выполнена многоступенчатой, разделена на секции локальными поглотителями СВЧ-энергии, а секции частично или полностью совмещены с расположением локального поглотителя;

замедляющая система может быть типа спиральной, при этом вдоль продольной оси лампы в секции типа Б спираль выполнена в виде чередования участков длиной L1 с углом навивки φ1 и/или шагом h1 и длиной L2 с углом навивки φ2 и/или шагом h2, причем φ1≠φ2 и h1≠h2,

первая и последняя секции могут быть выполнены вида А, а каждая секция вида Б может иметь свою полосу непропускания ΔF′ с центральной частотой непропускания Fц′.

Замедляющие системы СВЧ усилительных приборов представляют собой периодические структуры. У каждой ЗС существуют частотные полосы, в которых электромагнитные волны распространяются, и существуют полосы частот, в которых электромагнитные не распространяются. Таким образом, у дисперсионной характеристики зависимости замедления от частоты (или длины волны) существуют разрывы.

Известно, что на частотах, для которых в период системы укладывается целое количество полуволн, возможно появление разрывов в дисперсионных характеристиках. При этом в окрестностях частоты разрыва появляется полоса непропускания, ширина которой зависит от типа ЗС, а также от геометрических размеров секций ЗС и параметров материалов вдоль длины прибора.

На частотах, расположенных в полосе непропускания, не происходит взаимодействия электромагнитной волны и электронного пучка, так как СВЧ-волна здесь не распространяется. Если электронный пучок предварительно промодулирован по скорости, происходит дрейф сгустков электронов без усиления СВЧ-волны. Таким образом в районе максимального значения Ку можно получить уменьшение его значения в районе разрыва в дисперсионной характеристике с полосой непропускания F1′-F2′=ΔF, в то время как на краях рабочего диапазона частот значение Ку не изменится.

Замедляющая система заявляемого СВЧ-прибора содержит, по крайней мере, одну секцию типа А, у которой в рабочем диапазоне частот прибора F1-F2=ΔF отсутствует разрыв в дисперсионной характеристике, и, по крайней мере, одну секцию типа Б, у которой ее геометрические размеры и/или параметры материалов вдоль длины обеспечивают в рабочем диапазоне частот ΔF разрыв в дисперсионной характеристике с полосой непропускания F1′-F2′=ΔF′ и центральной частотой непропускания Fц′=(F1′+F2′)/2, причем F1′>F1 и F2′<F2.

Так как наличие полосы непропускания сопровождается полным отражением сигнала, то в случае необходимости вдоль ЗС располагают локальные поглотители, причем секции ЗС могут быть частично или полностью совмещены с расположением локального поглотителя.

Однако изменение Ку с частотой у усилительных приборов носит достаточно плавный характер. Полоса непропускания же носит резко очерченный характер. Поэтому для плавной компенсации изменения Ку необходимо применение нескольких (отдельных) секций типа Б с различной шириной полосы непропускания и возможно сдвига центральной частоты полосы непропускания относительно максимального значения Ку.

Для модуляции скоростей электронного потока первую секцию прибора целесообразно выполнять без разрыва в дисперсионной характеристике. Для эффективного процесса передачи от электронного потока обратно в ЗС последнюю выходную секцию также целесообразно выполнять без разрыва в дисперсионной характеристике в рабочем диапазоне частот. Таким образом, для получения заданной характеристики коэффициента усиления СВЧ-прибора первая и последняя секции могут быть выполнены вида А, при этом каждая секция вида Б могут иметь свою полосу непропускания ΔF′ с центральной частотой непропускания Fц′.

В ЗС типа спиральной для получения разрыва в дисперсионной характеристике в рабочем диапазоне частот спираль можно выполнить в виде чередования участков длиной L1 с углом навивки φ1 и/или шагом h1 и длиной L2 с углом навивки φ2 и/или шагом h2, причем φ1≠φ2 и h1≠h2. Тогда на частотах, близких к частоте, для которой справедливо выражение: λ/2=n1L1+n2L2 (где λ - длина волны в свободном пространстве, n1 и n2 - замедления для ЗС с шагом спирали соответственно h1 и h2 и/или углами навивки спирали φ1 и φ2) появляется полоса непропускания, ширина которой определяется конкретными геометрическими размерами элементов ЗС, а также величинами и соотношениями между L1, L2, h1, h2 φ1, φ2.

Для ЗС типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР) или ее модификаций характерно наличие полос пропускания и непропускания. Обычно, для работы используют одну из полос пропускания и работают в ней. По заявляемому техническому решению возможно применение естественного разрыва в дисперсионной характеристике таких ЗС с выбором конкретной конструкции соответственно для секций типа А и Б.

В более общем случае, получение полосы пропускания и непропускания в необходимом промежутке частот можно получить, используя, например, многоступенчатые ЗС [5, 6].

Для проверки технической реализуемости заявляемого решения были собраны макеты ЛБВ спирального типа, отличавшиеся от серийно-выпускаемого прототипа наличием в конструкции одной (для первого макета) и нескольких (для второго макета) участков типа Б.

На фиг.1 (а) показаны дисперсионные характеристики замедления (n) для спиральной ЗС, типа А (без полосы пропускания) и типа Б (с полосой непропускания). На фиг.1 (б) и (в) показаны различные варианты расположения полосы непропускания в рабочем диапазоне частот.

На фиг.2 приведены характеристики коэффициента усиления (Ку) и выходной мощности (Рвых) для СВЧ-прибора типа спиральной ЛБВ для экспериментальных образцов с использованием секции типа Б, с использованием нескольких секций типа Б и без использования таких секций.

Испытания экспериментальных образцов (фиг.2) показывают, что реализация заявляемого технического решения позволяет добиться значительного уменьшения перепада (выравнивания) частотной характеристики коэффициента усиления Ку в рабочем диапазоне частот. Полного выравнивания перепада Ку в рабочем диапазоне частот на данных макетах достичь не удалось. Такой результат возможен при дальнейшей более точной оптимизации параметров секций с разрывом в дисперсионной характеристике. На данных макетах было подтверждена возможность существенной корректировки величины Ку на необходимых участках рабочего диапазона частот при сохранении работоспособности прибора и сохранении других основных параметров.

Информация

1. Малютин Н.Д., Копылов А.Ф., Мухин С.В., Попов А.Р. Ризуненко В.И, Солнцев В.А., Сорокин Б.Г., Степанчук В.В. Корректоры амплитудных и частотных характеристик СВЧ электровакуумных приборов. Обзоры по электронной технике. Серия 1. «Электроника СВЧ», М., ЦНИИ «Электроника», 1990, вып.8 (1549).

2. Патент US 5162697, 1992.11.10.

3. Патент RU 2046442, 1995.10.20.

4. Патент US 4358704, 1982.11.09,

5. Замедляющие системы. Р.А.Силин, В.П.Сазонов, «Советское радио», 1966 г.

6. Периодические волноводы. Р.А.Силин, - М.: Фазис, 2002 г.

1. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор с длительным взаимодействием и рабочим диапазоном частот от нижней частоты F1 до верхней F2, содержащий электронно-оптическую систему, ввод и вывод энергии, замедляющую систему, разделенную на секции, отличающийся тем, что замедляющая система имеет по крайней мере одну секцию типа А, у которой в рабочем диапазоне частот прибора F1-F2=ΔF отсутствует разрыв в дисперсионной характеристике, и по крайней мере одну секцию типа Б, у которой в рабочем диапазоне частот ΔF присутствует разрыв в дисперсионной характеристике с полосой непропускания F1'>F1 и F2'<F2 и центральной частотой непропускания Fц'=(F1'+F2')/2, причем F1'>F1 и F2'/F2.

2. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что замедляющая система в секции Б выполнена многоступенчатой.

3. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что замедляющая система разделена на секции локальными поглотителями энергии.

4. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.3, отличающийся тем, что секции частично или полностью совмещены с расположением локального поглотителя.

5. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что замедляющая система выполнена типа спиральной.

6. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.5, отличающийся тем, что вдоль продольной оси лампы в секции типа Б спираль выполнена в виде чередования участков длиной L1 с углом навивки φ1 и/или шагом h1 и длиной L2 с углом навивки φ2 и/или шагом h2, причем φ1≠φ2 и h1≠h2.

7. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что первая и последняя секции выполнены типа А.

8. Вакуумный усилительный СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что каждая секция типа Б имеет свою полосу непропускания ΔF' с центральной частотой непропускания Fц'.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике, в частности к излучателям СВЧ-энергии, выполненным на основе электровакуумных СВЧ-приборов, и может быть использовано в системах дальней связи, включая сверхдальнюю космическую связь.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным приборам СВЧ, предназначенным для генерирования сверхкоротких электрических импульсов напряжения со сверхвысокой частотой повторения, и может быть использовано, например, в радиолокации, радиопротиводействии и в других областях техники.

Изобретение относится к генерации электромагнитного излучения на основе колебаний виртуального катода (ВК) и может быть использовано при создании генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения.

Гирокон // 2197030
Изобретение относится к технике СВЧ-генераторов и может быть использовано при разработке источников питания резонансных ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к технике генерации мощных электромагнитных импульсов (ЭМИ), может быть использовано при разработке соответствующих генераторов. .

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию ВЧ- и СВЧ-усилителей и генераторов. .

Клистрод // 2084042
Изобретение относится к электронной технике, в частности к СВЧ-приборам гибридного типа триод-клистрон, и может быть использовано в мощных усилителях и генераторах СВЧ-колебаний.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в усилителях и генераторах СВЧ-сигналов клистронного и клистродного типов. .

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным приборам СВЧ, предназначенным для генерирования сверхкоротких электрических импульсов напряжения со сверхвысокой частотой повторения, и может быть использовано, например, в радиолокации, радиопротиводействии и в других областях техники

Изобретение относится к области импульсной радиотехники

Изобретение относится к области релятивистской высокочастотной электроники и может быть применено для генерации мощного СВЧ излучения

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электровакуумным СВЧ-приборам, предназначенным для получения СВЧ-мощности на двух кратных частотах, и может быть использовано, например, в радиолокации, радиопротиводействии и в других областях техники

Изобретение относится к области СВЧ техники и предназначено для увеличения функциональных возможностей усилителя СВЧ сигнала - лампы бегущей волны (ЛБВ)

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к СВЧ-приборам клистронного типа, предназначенным для получения СВЧ-мощности на нескольких кратных частотах

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике, в частности к устройствам генерации электромагнитного излучения на основе колебаний виртуального катода (ВК), и может быть использовано при создании генераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения

Клистрон // 2507625
Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения. Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и анод, резонансную структуру с выходным резонатором, состоящим из двух, внутренней и наружной относительно траектории пучка электронов, полостей. Резонансная структура окружена устройством для формирования ведущего магнитного поля. В выходном резонаторе помимо внутренней полости внешняя также снабжена средством вывода излучения, при этом обе полости настроены на одинаковую частоту. Технический результат - повышение эффективности использования энергии пучка электронов. 2 ил.

Изобретение относится к электронной СВЧ технике, а именно к электровакуумным СВЧ приборам гибридного типа - клистродам. Технический результат - повышение электрической прочности и КПД при высокой выходной мощности (более 20 КВт) в многолучевом электровакуумном приборе гибридного типа, предназначенном для работы во всей полосе частот телевизионного дециметрового диапазона (470÷860 МГц). Электровакуумный СВЧ прибор гибридного типа содержит катод, выполненный в виде совокупности отдельных эмиттирующих поверхностей, формирующих отдельные электронные лучи, управляющую сетку, выполненную в виде совокупности отдельных управляющих сеток, каждая из которых размещена соосно с соответствующей ей эмиттирующей поверхностью, а все вместе они закреплены на едином металлическом сеточном держателе, однозазорный входной резонатор, анод, трубы дрейфа, содержащие совокупность параллельных продольной оси прибора отдельных пролетных каналов для пропускания индивидуальных электронных лучей, каждый из которых соответствует своей эмиттирующей поверхности и управляющей сетке, коллектор, выходной однозазорный активный резонатор и наружный пассивный выходной резонатор, объединенные в систему связанных резонаторов. Связь между выходным активным резонатором и наружным выходным пассивным резонатором осуществляется посредством устройства, представляющего из себя незамкнутую петлю, размещенную в полости активного резонатора и соединенную с цилиндрической втулкой, размещенной в полости пассивного резонатора таким образом, что ее торцевая плоскость параллельна торцевой плоскости ответной втулки, расположенной на узкой стенке пассивного резонатора. Незамкнутый конец петли связи соединен с пластиной, имеющей форму кольцевого сегмента, в точке середины ее длины, таким образом, что плоскость пластины параллельна узкой стенке активного резонатора, при этом размеры пластины подбираются такими, чтобы обеспечить значение резонансной частоты петли на 10% ниже верхней границы рабочего диапазона прибора.1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для генерации мощных импульсов электромагнитного излучения сильноточными электронными пучками. СВЧ-генератор с виртуальным катодом коаксиального типа содержит источник высокого напряжения (1), отрицательный электрод которого соединен с заземленной цилиндрической вакуумной камерой (2), высоковольтный изолятор (3), установленный в торце камеры, цилиндрический сеточный анод (7), расположенный вдоль оси камеры, соединенный с положительным электродом (9) источника высокого напряжения (1) через анододержатель (8) и высоковольтный изолятор (3), катодный узел с цилиндрическим катодом (11), расположенный внутри анода (7) на его оси и соединенный с вакуумной камерой (2) через коаксиальную конусную линию (4), широким концом подсоединенную к свободному торцу камеры (2), а узким концом к коаксиально-волноводному переходу (5), к которому подсоединены антенна (6) и согласующий элемент (14). Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение надежности устройства. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх