Усилительный свч-прибор

Область использования: электровакуумные приборы СВЧ, в частности устройство лампы бегущей волны (ЛБВ) O-типа с замедляющей системой резонаторного типа. Сущность изобретения: усилительный СВЧ прибор содержит электронно-оптическую систему, входную, выходную и N промежуточных секций с одинаковым резонаторным типом замедляющей системы. Каждая из секций настроена на частоту, которая изменяется по определенному закону относительно границ полосы усиливаемых частот. Техническим результатом является расширение полосы усиливаемых частот при постоянном входном сигнале и сохранении высокого коэффициента усиления и выходной мощности. 3 ил.

 

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.

Одним из требований, предъявляемым к СВЧ приборам, в которых для усиления применяется резонаторная замедляющая система (ЗС), является обеспечение ее работы в максимально широкой полосе усиливаемых частот с высоким уровнем выходной мощности и усиления при постоянном входном сигнале и при заданном перепаде коэффициента усиления в рабочей полосе частот. Такие усилительные СВЧ приборы, обладая улучшенными эксплуатационными массогабаритными характеристиками, нашли широкое применение.

Известна широко применяющаяся на практике конструкция СВЧ прибора (ЛБВ) с многосекционной замедляющей структурой (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР), пространственно совмещенной с магнитной периодической фокусирующей системой (МПФС), позволившая получить высокий уровень импульсной и средней выходной мощности (Мощные электровакуумные приборы СВЧ, под ред. Л.Клемпитта. М.: Мир, 1974, стр.20). Однако эта конструкция при высоких значениях коэффициента усиления имеет достаточно узкую (не более 3-5%) полосу усиливаемых частот.

Указанных недостатков лишена известная конструкция ЛБВ, в которой для расширения полосы усиливаемых частот при высоких коэффициентах усиления применена многосекционная ЗС типа ЦСР с усилением на крутых участках дисперсионных характеристик секций, расположенных вблизи низкочастотных границ полос пропускания. В этой конструкции, для получения локального максимума усиления вблизи коротковолновой границы рабочего диапазона, приводящего к расширению полосы усиливаемых частот на 1-2%, введена промежуточная секция, область частот максимального усиления которой расположена выше частоты коротковолновой части рабочего диапазона (см. Григоренко Л.П., Канавец В.И., Корешков Е.Н., Мозговой Ю.Д. Исследование усиления электромагнитных колебаний в многосекционной ЛБВ на связанных резонаторах. Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1978. Вып.9, стр.27-40).

Однако получающийся вследствие применения такой конструкции провал в центре рабочего диапазона не позволяет получить максимальную полосу усиливаемых частот при минимальном перепаде выходной мощности в рабочем диапазоне. На практике наибольшая полоса усиливаемых частот при постоянном входном сигнале, коэффициенте усиления свыше 45 дБ и перепаде выходной мощности не более 1,5-2 дБ не превышает 6%.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является усилительный СВЧ прибор, содержащий электронно-оптическую систему, входную, выходную и две промежуточных секции электродинамической системы резонаторного типа (RU №73785). При этом все секции имеют одинаковый тип резонаторной замедляющей системы, входная секция настроена на частоту, расположенную между частотой длинноволновой границы и средней частотой рабочей полосы усиливаемых частот, выходная секция настроена на длинноволновую границу полосы усиливаемых частот, одна из промежуточных секций настроена на коротковолновую границу полосы усиливаемых частот, а другая промежуточная секция настроена на частоту, расположенную между частотой коротковолновой границы и средней частотой рабочей полосы усиливаемых частот.

Недостаток этой конструкции связан с тем, что, из-за применения двух промежуточных секций, максимальная ширина полосы усиливаемых частот при постоянном входном сигнале, коэффициенте усиления свыше 45 дБ и перепаде выходной мощности не более 1,0 дБ не превышает 9,5%.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение полосы усиливаемых частот при постоянном входном сигнале, сохранении высокого коэффициента усиления и малого перепада выходной мощности (не более 1,0-3,0 дБ).

Технический результат использования изобретения заключается в обеспечении возможности выбора структуры дополнительных промежуточных секций и порядка настроек секций на частоты рабочей полосы диапазона в зависимости от вида требуемой амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

Поставленная задача решается таким образом, что в усилительном СВЧ приборе, содержащем электронно-оптическую систему, входную, выходную и промежуточные секции замедляющей системы резонаторного типа, введено N дополнительных промежуточных секций замедляющей системы резонаторного типа, причем все секции имеют одинаковый тип резонаторной замедляющей системы, выходная секция настроена на длинноволновую границу полосы усиливаемых частот, а частоты fπi низкочастотных границ полос пропускания остальных секций, расположенные в порядке возрастания (1<i<N+1), и изменение частоты Δ, обусловленное заданным перепадом коэффициента усиления прибора в рабочей полосе, выбираются из условий

(Fci-Δ)/f0<fπi<(Fci+Δ)/f0,

0,005<Δ/f0<0,012;

где Fci - частоты, соответствующие корням полинома Чебышева N+2-го порядка, аппроксимирующего амплитудно-частотную характеристику прибора, f0 - частота длинноволновой границы рабочей полосы усиливаемых частот.

На фиг.1 схематически изображен усилительный СВЧ прибор (ЛБВ) заявленной конструкции. На фиг.2 представлены расчетные (1) и экспериментальные (3) зависимости выходной мощности Рвыхо и коэффициента усиления G, входной мощности Рвховх (2), от частоты (Ровх, Ро - нормировочные значения входной и выходной мощности соответственно) для трехсекционного варианта исполнения усилительных СВЧ приборов с током 1=4.0 А, потенциалом ЗС U=25000 В и расчетная зависимость выходной мощности Рвыхо и усиления G от частоты (4) для четырехсекционного варианта исполнения усилительных СВЧ с теми же электрическими параметрами. На фиг.3 представлена зависимость относительной отстройки частоты Δ/f0 от заданного перепада коэффициента усиления прибора В в рабочей полосе.

Усилительный СВЧ прибор содержит электронно-оптическую систему 1, ввод ВЧ-энергии 2, входную 3, промежуточные 4-5 и выходную 6 широкополосные секции электродинамической системы резонаторного типа. Прибор содержит также вывод ВЧ-энергии 7, коллектор 8.

СВЧ прибор работает следующим образом. При установленных потенциалах на электродах прибора к входной секции замедляющей системы подводят входной СВЧ сигнал. При этом выходная секция настроена на частоту, соответствующую длинноволновой границе полосы усиливаемых частот, а входная и промежуточные секции расставлены в порядке возрастания частот, которые выбираются из условия (Fci-Δ)/f0<fπi<(Fci+Δ)/f0, где Fci - частоты, соответствующие корням полинома Чебышева N+2-го порядка, аппроксимирующего амплитудно-частотную характеристику прибора (1<i<N+1); a Δ/f0 - относительная отстройка частоты найдена на основании цикла расчетных и экспериментальных исследований и при изменении перепада коэффициента в рабочей полосе находится в интервале 0,005<Δ/f0<0,012.

Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных результатов (фиг.2) показывает, что предложенная конструкция усилительного СВЧ прибора обеспечивает существенно большую ширину полосы усиливаемых частот по сравнению с шириной полосы усиливаемых частот обычной ЛБВ с трех- или четырехсекционной структурой электродинамической системы (фиг.2). Экспериментальные результаты измерений выходных характеристик в обычной трехсекционной ЛБВ, представленные на фиг.2, показывают, что относительная ширина полосы усиливаемых частот при перепаде выходной мощности 1,0 дБ не превосходит 7,1%, а относительная ширина полосы усиливаемых частот для ЛБВ заявленной конструкции с такими же электрическими параметрами существенно выше и составляет 10,1% при том же перепаде выходной мощности. Таким образом, предлагаемые настройки секций обеспечивают увеличение полосы усиливаемых частот в широком диапазоне изменений электродинамических характеристик ЗС при сохранении высокого коэффициента усиления и выходной мощности.

Конкретные настройки частот входной, выходной и N промежуточных секций определяются на основании расчета или эксперимента из условия обеспечения требуемых ширины полосы усиливаемых частот и перепада коэффициента усиления в этой полосе частот при заданных электродинамических характеристиках ЗС ЛБВ.

Практическое изготовление усилительного СВЧ прибора предлагаемой конструкции не требует дополнительных технологических операций и выполняется на стандартном металлообрабатывающем оборудовании, что облегчает промышленную применимость.

Анализ конструкций аналогов и прототипа заявляемого устройства показывает, что признаки, связанные с конкретизацией количества секций с одинаковым резонаторным типом замедляющей системы, а также признаки, связанные с частотной настройкой секций относительно низкочастотного и высокочастотного краев рабочей полосы усиливаемых частот, вызванный этим положительный эффект расширения полосы усиливаемых частот при сохранении высокого коэффициента усиления и выходной мощности, не известны.

Применение конструкции усилительного СВЧ прибора в соответствии с предложенной формулой изобретения позволило расширить полосу усиливаемых частот в 1,5-2,0 раза при сохранении высокого коэффициента усиления и выходной мощности.

Таким образом, предлагаемая конструкция усилительного СВЧ прибора обладает следующими преимуществами:

расширение полосы усиливаемых частот (свыше 10%) при постоянном входном сигнале, высоком коэффициенте усиления (свыше 45 дБ) и незначительном перепаде выходной мощности в рабочем диапазоне частот (не более 1,0-3,0 дБ).

Усилительный СВЧ-прибор, содержащий электронно-оптическую систему, входную, выходную и промежуточную секции замедляющей системы резонаторного типа, отличающийся тем, что введено N дополнительных промежуточных секций замедляющей системы резонаторного типа, причем все секции имеют одинаковый тип резонаторной замедляющей системы, выходная секция настроена на длинноволновую границу полосы усиливаемых частот, а частоты fπi низкочастотных границ полос пропускания остальных секций, расположенные в порядке возрастания (1<i<N+1), и изменение частоты Δ, обусловленное заданным перепадом коэффициента усиления прибора в рабочей полосе, выбираются из условий
(Fci-Δ)/f0<fπi<(Fci+Δ)/f0,
0,005<Δ/f0<0,012,
где Fci - частоты, соответствующие корням полинома Чебышева N+2-го порядка, аппроксимирующего амплитудно-частотную характеристику прибора;
f0 - частота длинноволновой границы рабочей полосы усиливаемых частот.



 

Похожие патенты:

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 области техники СВЧ. .

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

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 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