Усилитель магнетронного типа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОИ."КОМЮ СВНДЕтЕПЬСТВЮ

Goes Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 04.V111.1966 (№ 1094994/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 05Х.1969. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 18.IX.1969

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

И. В. Соколов, М. Ф. Воскобойник и T. В. Зиангиров

Заявитель

УСИЛИТЕЛЬ МАГНЕТРОННОГО ТИПА

Изобретение относится к электронным приборам СВЧ.

Известные усилители магнетронного типа с катодом в пространстве взаимодействия характеризуются сравнительно невысоким коэффициентом усиления.

Предлагаемый усилитель обладает повышенным коэффициентом усиления. Кроме того, он может работать в импульсном режиме без модулятора. Особенность его состоит в том, что поверхность катода, обращенная в сторону пространства взаимодействия, представляет собой симметрично расположеыные по азимуту сегменты с активной поверхностью из вторичноэмиссионного материала (например, монокристалла германия или кремния), эмиссия которого зависит от величины СВЧсигнала. Часть сегментов составляет внешний проводник коаксиального резонатора, а другая часть связана с его внутренним проводником.

Для изоляции катода от заземленного СВЧ тракта часть внешнего цилиндрического проводника, закороченного с обоих концов коаксиального резонатора, расположенная во входном волноводе перпендикулярно его широким стенкам, выполнена из диэлектрика.

На фиг. 1 показан пример выполнения усилителя; на фиг. 2 схематически изображена часть катода, расположенная в пространстве

Взаимодействия.

Усилитель состоит из замедляющей системы 1 цилиндрической формы и катода 2 в пространстве взаимодействия, выполненного в виде коаксиального резонатора, закорочепного с обоих концов металлическими элементами (поршнями) 8 и 4. Часть катода, обращенная в сторону пространства взаимодействия, состоит из чередующихся сегментов и б из вторичноэмиссионного материала, эмиссия

10 которого зависит от величины СВЧ-сигнала.

Сегменты 5 составляют внешний проводник коаксиального резонатора, а сегменты б связаны с его внутренним проводником 7 коаксиальной линии металлическими элемента15 ми 8.

Кроме того, усилитель содержит входной волноводный тракт 9, выходной волноводньш тракт 10, связанный с замедляющей системой

1 согласующим устройством 11; магнитные

20 полюсные наконечники 12, создающие с магнитом 18 рабочую напряженность магнитного поля в пространстве взаимодействия; систему

14 жидкостного охлаждения катода.

Принцип действия предложенного усилите25 ля основан на уменьшении шумов пространственного заряда и, следовательно, увеличении коэффициента усиления приборов магнетронного типа с катодом в пространстве взаимодействия путем увеличения амплитуды высо30 кочастотного поля, создаваемого входным

СВЧ-сигналом в прикатодной области, и вве243083

65 дения непосредственно в эту область специального механизма сортировки электронов, Для этого предлагается входной СВЧ-сигнал подавать не на замедляющую систему, как это обычно делается, а на катод, состоящий из разделенных участков. В любой момент времени смежные участки катода находятся под высокочастотным потенциалом разных знаков. Электронный заряд начинает формироваться непосредственно у поверхности катода, что, как уже отмечалось, снижает уровень IIIYмов в пространственном заряде. Эмиттерами могут служить все участки катода или часть их (через один). В последнем случае появляется возможность дополнительного снижения уровня шумов, так как непосредственно у поверхности катода не будет сплошного электронного потока. Неэмиттирующие участки в этом случае изготовляют из антиэмиссионных м атериалов. Периодичность катодных участков соответствует периодичности высокочастотного поля, которое необходимо возбудить электронным потоком в замедляющей системе на рабочей длине волны усилителя.

Таким образом, высокочастотное поле проникает из внутренней полости катода в пространство взаимодействия и модулирует электронный поток непосредственно у поверхности катода. В этом случае амплитуда поля у катода, создаваемая входным СВЧ-сигналом, значительно больше амплитуды шумовых колебаний, пространственного электронного заряда и случайных (паразитных) колебаний, возбуждаемых в замедляющей системе и также могущих участвовать в формировании электронного заряда в прикатодной области.

Таким образом создаются условия для формирования электронного облака исключительно входным СВЧ-сигналом.

При наличии в усилителе катода, эмиссионная способность которого в значительной мере определяется высокочастотным полем, его режимом можно управлять посредством входного СВЧ-сигнала (импульсный модулятор не требуется). Для этого необходимо, чтобы катод не обладал термоэмиссией (холодный катод), а коэффициент вторичной эмиссии был умеренным.

Такими свойствами обладают некоторые полупроводники из элементов четвертой и соединения из третьей и пятой групп Периодической системы элементов Менделеева (например, монокристалл германия или кремния), в которых плотность эмиссии горячих электронов под действием высокочастотного поля достаточно велика (сотни ма/см ). Амплитуда поля для эмиссии горячих электронов должна быть достаточно большой (порядка нескольких кв/см), поэтому подача СВЧ входного сигнала непосредственно на катод приобретает в данном случае особенно большое значение.

B предложенном магнетронном усилителе входной СВЧ-сигнал подается в волновод 9, соединенный с магнитными полюсными нако10

55 нечниками 12, и возбуждает коаксиальную линию, состоящую из внутреннего проводника 7 и внешнего проводника, образованного из двух металлических цилиндров 15 и керамического цилиндра 16. Второй керамический цилиндр 17, копцентричный с цилиндром 16, является вакуумным уплотнителем и не должен вносить больших отражений в волноводе.

Таким образом, коаксиальная линия, возбуждаемая входным СВЧ-сигналом, изолирована по постоянному току от всех частей прибора, имеющих контакт с землей, Поршень 18 во входном волноводе и поршни 8 и 4 в коаксиальной линии служат для подстройки передающего тракта, образованного входным волноводом 9 и коаксиальной линией 7 и 15, а также для достижения синфазности высокочастотных полей на катоде 2 и на замедляющей системе 1.

СВЧ-поле, возбуждаемое в щелях, разделяющих сегменты 5 и 6, проникает в пространство взаимодействия, где вызывает описанную выше сортировку электронного потока. Сегменты, как уже отмечалось, могут быть изготовлены из материала, эмиссия которого в значительной мере определяется СВЧ-полем.

Сгруппированный в спицы электронный поток вращается под действием постоянных скрещенных электрического и магнитного полей и наводит СВЧ-сигнал в замедляющей системе

l. Через вывод энергии этот сигнал направляется в выходной СВЧ-тракт 10.

Не исключена также возможность подачи на катод лишь части входного СВЧ-сигнала, а другой его части — на замедляющую систему через входной волноводный тракт, который в этом случае уже не имеет согласованной внешней нагрузки. Входной СВЧ-сигнал через тройник и фазовращатель подается одновременно на катод и замедляющую систему. Нужную фазу входного сигнала в замедляющей системе относительно фазы входного сигнала на катоде устанавливают с помощью фазовращателя. Данный способ подведения

СВЧ входного сигнала обладает дополнительными достоинствами, так как появляется возможность модуляции электронного потока на заданной частоте по всему пространству от катода к аноду.

Описанный усилитель магнетронного типа позволяет получить повышенный коэффициент усиления и осуществить импульсный режим работы без модулятора, лишь за счет входного сигнала при постоянном напряжении на аноде (замедляющей системе).

Предмет изобретения

1. Усилитель магнетронного типа, содержащий цилиндрическую замедляющую систему и катод типа коаксиального резонатора в пространстве взаимодействия, являющийся одновременно элементом СВЧ входного волноводного тракта, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления и обеспе243083

Рие. 3

Составитель Л. Ф. Фролова

Редактор Б, Б. Федотов Техред А. А. Камышнпкова Корректор А. С. Колабнн

Заказ 2379/13 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2 чения возможности импульсного режима работы без модулятора, поверхность катода, обращенная в сторону пространства взаимодействия, представляет собой симметрично расположенные по азимуту сегменты с активной поверхностью из вторичноэмиссионного материала (например, монокристалла германия или кремния) с эмиссией, зависящей от величины СВЧ входного сигнала, причем часть сегментов составляет внешний проводник коаксиального резонатора, а другая часть связана с его внутренним проводником.

2. Усилитель по п. 1, отличающийся теМ, что, с целью подведения входного СВЧ-сигнала к катоду через заземленный СВЧ-тракт, часть внешнего цилиндрического проводника, закороченного с обоих концов коаксиального резонатора, расположенная во входном волноводе перпендикулярно его широким стен10 кам, выполнена из диэлектрика.