Малошумящий мультипольный усилитель свч

Изобретение относится к электровакуумным СВЧ приборам с поперечно-протяженным взаимодействием и может быть использовано также в радиолокационной технике и аппаратуре связи. Техническим результатом является возможность обеспечения длительного взаимодействия широкого пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывного отбора энергии, что позволяет создать малошумящий мультипольный СВЧ усилитель. Малошумящий мультипольный усилитель СВЧ содержит экранированную от магнитного поля электронную пушку, входной резонатор, соединенный с поглощающей нагрузкой, резонатор накачки, соединенный с источником накачки, резонатор усиления, соединенный через циркулятор с источником сигнала и нагрузкой, и коллектор. Согласно предложенному изобретению, каждый резонатор представляет собой сверхвысокочастотную мультипольную линзу с, по меньшей мере, четырьмя электродами, каждый из которых выполнен в виде резонансных отрезков замедляющих систем, причем резонатор накачки содержит больше электродов, чем содержит резонатор усиления, а также включает дополнительную дипольную секцию, электроды которой соединены с поглощающей нагрузкой. Кроме того, электроды резонаторной системы могут быть выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электровакуумным СВЧ приборам с поперечно-протяженным взаимодействием и может быть использовано также в радиолокационной технике и аппаратуре связи.

Известен параметрический усилитель (лампа) Р.Адлера, в котором в качестве входной и выходной секций применены резонаторы, через которые движется поток электронов, фокусируемый однородным магнитным полем. Напряженность поля выбрана так, что циклотронная частота равна частоте сигнала. Параметрическое усиление происходит в квадрупольной системе электродов, создающей поперечное поле, к которой приложен сигнал накачки, изменяющийся с удвоенной циклотронной частотой. В таком усилителе периодически меняющимся параметром является кинетическая энергия электронов, движущихся по спиральной траектории [Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по СВЧ электронике для физиков. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004, т.2, с.112-114]. Недостатком такого усилителя является невозможность осуществления одновременного и протяженного взаимодействия электронного пучка с полем квадрупольной секции, что в итоге не обеспечивает длительного взаимодействия.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция параметрического усилителя, выполненного в виде лампы бегущей волны (ЛБВ) с двумя спиральными замедляющими системами. Первая спираль служит для модуляции электронного пучка на частоте накачки, вторая спираль - для ввода и съема сигнала основной и комбинационных частот. Такой усилитель, в отличие от обычной ЛБВ, может работать как на медленных, так и на быстрых волнах пространственного заряда, используемых в качестве накачки [Лопухин В.М., Магалинский В.Б., Мартынов В.П., Рошаль А.С. Шумы и параметрические явления в электронных приборах СВЧ. М.: Наука, 1966, с.163-187]. К недостаткам такого усилителя следует отнести повышенный уровень шумов, вызванный продольным взаимодействием электронного пучка с полем замедляющих систем, вследствие преобразования быстрых волн высших комбинационных частот в волну частоты сигнала. Кроме того, параметрическая ЛБВ работает лишь с узким параксиальным пучком электронов и является лампой малой или средней мощности.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание малошумящего мультипольного усилителя СВЧ с длительным взаимодействием широкого пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывным отбором энергии.

Решение технической задачи достигается тем, что в малошумящем мультипольном усилителе СВЧ, содержащем экранированную от магнитного поля электронную пушку, входной резонатор, соединенный с поглощающей нагрузкой, резонатор накачки, соединенный с источником накачки, резонатор усиления, соединенный через циркулятор с источником сигнала и нагрузкой, и коллектор, согласно предложенному изобретению каждый резонатор представляет собой сверхвысокочастотную мультипольную линзу с, по меньшей мере, четырьмя электродами, каждый из которых выполнен в виде резонансного отрезка замедляющей системы, причем резонатор накачки содержит больше электродов, чем содержит резонатор усиления, а также включает дополнительную дипольную секцию, электроды которой соединены с поглощающей нагрузкой. Кроме того, электроды резонаторной системы выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является обеспечение длительного взаимодействия широкого пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывного отбора энергии, что позволяет создать малошумящий мультипольный СВЧ усилитель.

Предлагаемый малошумящий мультипольный СВЧ усилитель иллюстрируется блок-схемой (фиг.1), а также чертежами поперечных сечений резонатора накачки (фиг.2), выполненного в виде октуполя, и квадрупольного резонатора усиления (фиг.3).

Конструкция малошумящего мультипольного СВЧ усилителя (фиг.1) содержит экранированную от магнитного поля электронную пушку 1, входной резонатор 2, соединенный с поглощающей нагрузкой 3, резонатор накачки 4, соединенный с источником накачки 5 и содержащий дипольную секцию, электроды которой соединены с поглощающей нагрузкой 6, резонатор усиления 7, соединенный через циркулятор 8 с источником сигнала 9 и нагрузкой 10, коллектор 11.

Работа малошумящего мультипольного СВЧ усилителя осуществляется следующим образом. Экранированная от магнитного поля электронная пушка 1 создает пучок электронов, который попадая в магнитное поле с индукцией В0, начинает вращаться с частотой ωr, равной половине циклотронной частоты , где - отношение заряда к массе электрона. Во входном резонаторе 2 шум быстрой циклотронной волны на частоте ωi удаляется из электронного пучка и поглощается нагрузкой 3. Далее на частоте сигнала ωs в эту волну переходит шум медленной синхронной волны, вследствие параметрической связи указанных волн в резонаторе накачки 4. Резонатор накачки 4, содержащий большее число электродов, а значит, имеющий больший коэффициент замедления, запитывается от источника 5 с частотой ωн. Дипольная секция, входящая в состав резонатора накачки 4, соединенная с поглощающей нагрузкой 6, позволяет устранить неточности соосности усилителя, допущенные при технологической сборке, которые приводят к появлению холостой быстрой циклотронной волны и насыщению коэффициента усиления. Далее в резонатор усиления 7 через циркулятор 8 в электронный поток на очищенной от шума медленной синхронной волне вводится сигнал с частотой ωs от источника 9. Процесс усиления в резонаторе 7 не является параметрическим - он основан на фазовом синхронизме электронного потока с полем структуры и аналогичен усилению в обычной ЛБВ. Усиленный сигнал через циркулятор 7 поступает в нагрузку 10.

Возможность достижения поставленной цели подтверждается теоретическим анализом усиления. Усиление сигнала происходит в резонаторе накачки при выполнении условия активной связи быстрой и медленной синхронных волн, когда ωн=0; βн=0, где βн - постоянная распространения волны накачки. При этом постоянные распространения поперечных волн электронного потока, вращающегося с частотой ωr, определяются формулой , где i=1, 2, 3, 4 - номера нормальных поперечных волн электронного пучка, ξ - число пар электродов мультипольной линзы, u0 - средняя скорость электронного потока. Кроме этого, наряду с поперечным параметрическим усилением возрастание амплитуды сигнала происходит за счет продольного взаимодействия, основанного на замедлении электронов, сходного с процессом усиления в ЛБВ.

Достоинством предложенного изобретения является возможность обеспечения длительного взаимодействия широкого пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывного отбора энергии, что позволяет создать малошумящий мультипольный СВЧ усилитель.

1. Малошумящий мультипольный усилитель СВЧ, содержащий экранированную от магнитного поля электронную пушку, входной резонатор, соединенный с поглощающей нагрузкой, резонатор накачки, соединенный с источником накачки, резонатор усиления, соединенный через циркулятор с источником сигнала и нагрузкой, и коллектор, отличающийся тем, что каждый из резонаторов представляет собой сверхвысокочастотную мультипольную линзу с, по меньшей мере, четырьмя электродами, каждый из которых выполнен в виде резонансного отрезка замедляющей системы, причем резонатор накачки содержит больше электродов, чем содержит резонатор усиления, а также включает дополнительную дипольную секцию, электроды которой соединены с поглощающей нагрузкой.

2. Малошумящий мультипольный усилитель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что электроды резонаторной системы выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству электровакуумных приборов, в частности изготовлению замедляющих систем спирального типа для широкополосных ламп бегущей волны (ЛБВ) для коротковолнового диапазона длин волн.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многолучевым миниатюрным «прозрачным» многорежимным лампам бегущей волны (ЛБВ). .

Изобретение относится к области техники СВЧ. .

Изобретение относится к области СВЧ-электроники, а более конкретно к лампам бегущей волны (ЛБВ) спирального типа, и может быть использовано при разработке и производстве ЛБВ.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к конструкции электровакуумного прибора O-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к электровакуумным приборам O-типа, и может быть использовано в лампах бегущей волны (ЛБВ) непрерывного и импульсного действия миллиметрового диапазона длин волн с замедляющей системой (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов и магнитной периодической фокусирующей системой.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к замедляющим системам ламп бегущей волны (ЛБВ), имеющим секционированную конструкцию, состоящую из отдельных двух или нескольких секций.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а более конкретно к разработкам мощных электровакуумных приборов. .

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к замедляющим системам ламп бегущей волны (ЛБВ), имеющим секционированную конструкцию, состоящую из отдельных двух или нескольких секций.

Изобретение относится к электронике, в частности к мощным электронно-лучевым СВЧ-приборам, предназначенным для усиления и генерации радиочастотной энергии, и могут быть использованы в высокоинформативной, помехозащищенной радиосвязи, радионавигации и других областях радиотехники, а также в установках для плазмохимических технологий и ионно-плазменных технологий модификации поверхности различных материалов.

Изобретение относится к области техники СВЧ

Изобретение относится к области техники СВЧ и лампа бегущей волны может быть использована в различной радиоэлектронной аппаратуре, в частности, предназначенной для многоцелевой радиолокации, для дальней тропосферной и космической связи, а также в современных средствах радиоэлектронного подавления информационных каналов систем управления оружием

Изобретение относится к электронной технике, в частности к усилительным приборам СВЧ типа лампы бегущей волны (ЛБВ), используемой в качестве генераторов, усилителей, переключателей тока и других устройств

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к миниатюрным «прозрачным» лампам бегущей волны (ЛБВ) миллиметрового или сантиметрового диапазонов длин волн средней и большой мощности с высоким коэффициентом усиления с замедляющей системой типа цепочки связанных резонаторов

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении резонаторных и замедляющих систем электровакуумных СВЧ приборов, в частности генераторов и усилителей миллиметрового и субмиллиметрового диапазона

Изобретение относится к области высоковольтных источников электропитания. Источник питания замедляющей системы ЛБВ содержит последовательно соединенные основной 1 и дополнительный 2 выпрямители. Положительный полюс дополнительного выпрямителя через последовательно соединенные регулятор 3 и токоизмерительный резистор 4 соединен с корпусом, а отрицательный полюс основного выпрямителя соединен с катодом ЛБВ и входом делителя обратной связи 6, выход которого соединен со входом сравнивающего устройства 7, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения 8, а выход через усилитель разностного сигнала 9 - со входом регулятора 3, входы выпрямителей 1 и 2 соединены через трансформатор гальванической развязки 11 с выходом преобразователя постоянного напряжения в переменное 10. Анод высоковольтного диода 5 включен между основным 1 и дополнительным 2 выпрямителями, а катод - между регулятором 3 и токоизмерительным резистором 4. Введены второй делитель обратной связи 12, вход которого включен между регулятором и дополнительным выпрямителем, второе сравнивающее устройство 13, входы которого соединены с выходами второго делителя обратной связи 12 и второго источника опорного напряжения 14, усилитель мощности 15, вход которого соединен с выходом второго сравнивающего устройства 13 через второй усилитель разностного сигнала 16, а выход питает преобразователь постоянного напряжения в переменное 10. Технический результат - повышение быстродействия и снижение погрешности регулирования напряжения замедляющей системы ЛБВ при широком диапазоне возмущающих воздействий. 3 ил.

Изобретение относится к области техники СВЧ. Лампы бегущей волны, основанные на использовании принципа непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе, могут быть использованы в различной радиоэлектронной аппаратуре. Лампа бегущей волны содержит электронную пушку, замедляющую систему, состоящую из цепочки связанных резонаторов, входной и выходной волноводные тракты с диэлектрическими герметизирующими перегородками, отделяющими вакуумированную замедляющую систему от невакуумированных СВЧ трактов, фокусирующую систему в виде электрических или постоянных магнитов и коллектор. Замедляющая система разделяется на несколько секций, в которых нет поглощающих устройств и которые связаны между собой через отрезки волновода с расположенными в них развязывающими устройствами, позволяющими СВЧ мощности проходить в прямом направлении и не позволяющими проходить в обратном направлении. Технический результат - повышение коэффициента усиления лампы и упрощение устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к электронно-лучевым приборам, предназначенным для генерации СВЧ-излучения, и может быть использовано при создании сильноточных релятивистских импульсных плазменных источников микроволн наносекундного диапазона. Технический результат - уменьшение искажений формы излучаемого электромагнитного поля и соответственно генерируемых импульсов наносекундного диапазона. Устройство содержит вакуумную камеру, которая служит заземленным анодом и в которой установлены взрывоэмиссионный катод, формирующий трубчатый поток электронов, электрод, установленный на одной оси с взрывоэмиссионным катодом и ограничивающий от него плазму, заземленную диафрагму, установленную между взрывоэмиссионным катодом и электродом, а также металлическую спираль цилиндрической формы, соединяющую электрод и взрывоэмиссионный катод и размещенную на одной оси с ними. Диаметр витков металлической спирали соответствует диаметру формируемого взрывоэмиссионным катодом трубчатого потока электронов, а индуктивность L металлической спирали выбрана из условия L>>UT/I, где U - напряжение на катоде, Т - длительность импульса напряжения на катоде, I - ток трубчатого потока электронов. 1 ил.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны (ЛБВ), содержащим во входной части секцию несинхронного режима работы, а следом за ней - усилительный участок, обеспечивающие малую чувствительность фазы выходного сигнала к изменению напряжения пучка. Секция несинхронного режима выполнена в виде участка крестатронного режима, который располагается на входе ЛБВ и обеспечивает крестатронный режим работы при номинальном напряжении прибора, а непосредственно за ним располагается участок усилительного режима, что в совокупности образует секцию компенсации фазовой чувствительности к изменению напряжения пучка ЛБВ. После этого следуют остальные секции, традиционные для обычных ЛБВ. Технический результат - уменьшение чувствительности фазы выходного сигнала к изменению напряжения пучка. 3 ил.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, в частности к лампам бегущей волны. Лампа бегущей волны с вводом и выводом энергии, содержащими передающие линии волноводного типа, с пространством взаимодействия в виде замедляющей системы, содержащей спираль, опорные диэлектрические стержни и металлический экран, с локальным поглотителем, выполненным на основе резистивной пленки, размещенной на опорных диэлектрических стержнях. Резистивная пленка поглотителя наносится так, что отсутствует на поверхности диэлектрических стержней, касающейся спирали, и на части поверхности боковых сторон и присутствует на оставшейся части боковых сторон диэлектрических стержней. Таким способом достигается то, что затухание, вносимое поглотителем на нижних частотах, больше, чем на верхних частотах. Перепад затухания определяется, прежде всего, зазором между резистивной пленкой и спиралью. Подобрав величину зазора, можно добиться того, что уменьшение КПД за счет введения поглотителя будет минимальным, а вносимое затухание - достаточным для обеспечения устойчивости к самовозбуждению. Оптимальный зазор составляет от 0,3 до 0,6 высоты диэлектрического стержня для разных конструкций ЛБВ. Технический результат - улучшение выходных характеристик ЛБВ при обеспечении устойчивости к самовозбуждению, в том числе на частоте отсечки волноводов.1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх