Широкополосный многолучевой клистрон

Изобретение относится к электровакуумным микроволновым приборам, а именно к многолучевым многорезонаторным широкополосным клистронам. Упрощение системы ввода и вывода СВЧ-энергии, расширение полосы рабочих частот, а также упрощение изготовления настроенных на разные частоты активных резонаторов, конструкция которых позволяет достигать кратности двум отношения частот первого высшего синфазного вида колебаний к основному противофазному, является техническим результатом изобретения. Предложенный клистрон содержит пространственно-развитые резонансные системы с перегородками, равномерно расположенными в виде веера в радиальном направлении вокруг оси симметрии клистрона и выполненными с отверстиями для электромагнитной связи между активными секторными резонаторами. Каждый активный секторный резонатор имеет одинаково удаленные от оси клистрона пролетные трубки, закрепленные на центральных проводниках, которые закреплены на П-образном пьедестале, расположенном на внутренней цилиндрической стенке и имеющем непосредственный контакт с двумя боковыми крышками. Металлические штыри, проходящие через отверстия, выполненные во внутренней цилиндрической стенке активных резонаторов, закреплены в нижней части пьедестала и расположены на одной оси с центральными проводниками. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электровакуумным микроволновым приборам, а именно к многолучевым многорезонаторным широкополосным клистронам.

Известен многолучевой клистрон, выполненный в виде последовательности кольцевых однозазорных резонаторов [А.с. СССР №784609, МПК: H01J 25/14]. Внутри каждого кольцевого резонатора расположен дополнительный резонатор, связанный с кольцевым аксиально-симметричным элементом связи, проходящим через общую для обоих резонаторов стенку. Часть дополнительных резонаторов связана между собой элементами связи в общих торцевых стенках. Ввод и вывод СВЧ-энергии во входной и выходной кольцевые резонаторы осуществляется через входной и выходной дополнительные резонаторы соответственно.

Недостатком данного прибора является то, что его резонансная система построена на основе однозазорных резонаторов, имеющих низкое характеристическое сопротивление. Это негативно сказывается на КПД и массогабаритных параметрах прибора. Широкая полоса усиливаемых частот достигается за счет применения системы внешних связанных пассивных резонаторов, что увеличивает стоимость и массогабаритные параметры прибора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция секторного клистрона [патент РФ №2280293, МПК: H01J 25/12], содержащего в продольном направлении несколько пространственно-развитых резонаторных систем, каждая из которых состоит из нескольких отдельных активных двухзазорных резонаторов секторной формы, при этом все активные резонаторы разделены перегородками, которые расположены в виде веера в радиальном направлении вокруг оси прибора. Каждый секторный резонатор имеет одинаково удаленные от оси прибора центральные трубки дрейфа (пролетные трубки), закрепленные на центральных проводниках. Центральные проводники могут быть установлены на внешней или на внутренней цилиндрических стенках резонатора и пространственно разделены в продольном направлении боковыми крышками.

Активные (взаимодействующие с пучком) резонаторы, в свою очередь, могут быть связаны между собой оптимально подобранными щелями связи, расположенными в перегородках, образуя фильтровую систему. Внутри каждого активного резонатора, настроенного на частоту основного сигнала, между его зазорами, может быть размещена дополнительная двухзазорная резонансная система, такая же по конструкции, но меньшего размера, настроенная на одну из частот высших гармоник основного сигнала. Таким образом, в данной конструкции секторного клистрона может быть осуществлен режим несинусоидальной скоростной модуляции на кратных частотах, соответствующих основному (π-вид) и первому высшему (2π-вид) колебаниям.

Недостатками данного клистрона являются отсутствие суммирующего резонатора, из-за чего возбуждение входного резонатора требует применения либо несимметричного ввода энергии, либо количества вводов, равного количеству секторов. Встроенная дополнительная двухзазорная система, предназначенная для повышения КПД (режим несинусоидальной скоростной модуляции), значительно усложняет и удорожает конструкцию прибора.

К недостаткам следует также отнести трудность изготовления резонаторов, настроенных на разные частоты, низкую стабильность устройства (появление паразитных видов колебаний) при работе в широкой полосе частот.

Задачей настоящего изобретения является упрощение системы ввода и вывода СВЧ-энергии, расширение полосы пропускания клистрона, а также упрощение изготовления настроенных на разные частоты активных резонаторов, конструкция которых позволяет достигать кратности двум отношения частот первого высшего синфазного вида колебаний к основному противофазному и, таким образом, осуществить режим несинусоидальной скоростной модуляции на кратных частотах без применения дополнительной резонансной системы.

Поставленная задача решается тем, что в широкополосном многолучевом клистроне, содержащем ввод и вывод энергии, а также входную, промежуточные и выходную пространственно-развитые резонансные системы, каждая из которых состоит, по крайней мере, из двух идентичных активных секторных двухзазорных резонаторов, образованных внешними и внутренними цилиндрическими стенками пространственно-развитых резонансных систем и равномерно расположенными в виде веера в радиальном направлении вокруг оси симметрии клистрона перегородками с отверстиями для электромагнитной связи между активными секторными резонаторами, при этом в продольном направлении активные резонаторы ограничены боковыми крышками с трубками дрейфа для прохода электронных пучков, каждый активный секторный резонатор имеет одинаково удаленные от оси клистрона пролетные трубки, закрепленные на центральных проводниках активных секторных двухзазорных резонаторов, согласно предлагаемому техническому решению центральные проводники закреплены на П-образном пьедестале, расположенном на внутренней цилиндрической стенке активного секторного резонатора и имеющем непосредственный контакт с двумя боковыми крышками.

Изменением высоты пьедестала можно легко обеспечить различие по резонансным частотам, а также добиться кратности двум отношения частот первого высшего синфазного вида колебаний к основному противофазному виду колебаний, что особенно удобно для широкополосных приборов многорезонаторной конструкции, приборов с различным значением резонансных частот резонаторов, а также для приборов, настроенных одновременно на частоты основной и высшей гармоники.

Упрощение системы ввода и вывода сигнала достигается тем, что в широкополосном многолучевом клистроне внутри каждой пространственно-развитой резонансной системы расположен пассивный суммирующий коаксиальный резонатор, связанный с каждым активным секторным двухзазорным резонатором посредством металлических штырей, проходящих через отверстия, выполненные во внутренней стенке этих резонаторов и расположенных на одной оси с центральными проводниками. Штыри закреплены в середине прямоугольного паза, выполненного в нижней части пьедестала.

В свою очередь для расширения полосы пропускания, по крайней мере входной и выходной пассивные суммирующие резонаторы могут быть связаны с дополнительными пассивными резонаторами, оканчивающимися соответственно вводом и выводом энергии. При этом ввод и вывод энергии могут быть расположены на оси прибора.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен схематический чертеж шестилучевого варианта широкополосного клистрона, на фиг.2 - поперечное сечение входной пространственно-развитой резонансной системы, на фиг.3 представлен график зависимости отношения частоты первого высшего синфазного вида колебаний к частоте основного противофазного вида колебания в зависимости от относительной высоты пьедестала.

Широкополосный многолучевой клистрон содержит ввод 1 и вывод 2 СВЧ-энергии, а также входную 3, промежуточные 4 и выходную 5 пространственно-развитые резонансные системы. Каждая пространственно-развитая резонансная система состоит из шести идентичных активных (предназначенных для взаимодействия с отдельным пучком) секторных двухзазорных резонаторов, образованных внешними 6 и внутренними 7 цилиндрическими стенками и равномерно расположенными в виде веера в радиальном направлении вокруг оси симметрии клистрона 8 перегородками 9 с отверстиями 10 для электромагнитной связи между этими резонаторами. В продольном направлении активные секторные резонаторы ограничены боковыми крышками 11 с трубками дрейфа 12 для прохода электронных пучков к коллектору 13. Каждый активный секторный резонатор имеет одинаково удаленные от оси прибора пролетные трубки 14, закрепленные на центральных проводниках 15, при этом оси трубок дрейфа и пролетных трубок находятся на одной прямой. Центральные проводники установлены на пьедестале 16, выполненном в виде прямоугольного параллелепипеда, две противоположные боковые грани которого имеют непосредственный контакт с двумя боковыми крышками и параллельны им. В нижней части параллелепипеда выполнен равноудаленный от боковых крышек прямоугольный паз 17, пронизывающий насквозь пьедестал в поперечном относительно оси прибора направлении таким образом, что в продольном сечении пьедестал имеет П-образную форму. При этом пьедестал установлен на внутренней цилиндрической стенке активного секторного резонатора в середине между перегородками.

Внутри каждой пространственно-развитой резонансной системы размещен пассивный суммирующий коаксиальный резонатор 18, связанный с активными секторными резонаторами посредством металлических штырей 19, проходящих через отверстия 20, выполненные во внутренней стенке этих резонаторов, причем металлические штыри закреплены в середине прямоугольного паза и расположены на одной оси с центральными проводниками. Металлические проводники могут быть непосредственно соединены с внутренним проводником 21 пассивного суммирующего резонатора.

Входной и выходной пассивные суммирующие резонаторы связаны с одним или несколькими дополнительными последовательно соединенными пассивными резонаторами 22 с помощью щелей связи 23 в общих торцевых стенках и оканчиваются соответственно коаксиальными вводом и выводом энергии, расположенными на оси прибора.

Широкополосный многолучевой клистрон работает следующим образом.

Усиливаемый сигнал через ввод СВЧ-энергии 1 поступает в пассивный суммирующий резонатор 17 входной пространственно-развитой резонансной системы 3, откуда через отверстие 19 и прямоугольный паз 20 сигнал поступает в активные секторные двухзазорные резонаторы входной пространственно-развитой резонансной системы, где модулирует по скорости электронные потоки, сформированные катодной системой.

Образовавшиеся за время пролета электронные сгустки уплотняются системой с распределенным взаимодействием, образованной промежуточными пространственно-развитыми резонансными системами 4. При этом секторные резонаторы разных пространственно-развитых резонансных систем могут быть настроены на различные частоты изменением высоты пьедестала 16.

Уплотненные сгустки электронов отдают свою энергию в секторных двухзазорных резонаторах выходной пространственно-развитой резонансной системы 5, откуда усиленный сигнал через отверстие 19 и прямоугольный паз 20 передается в суммирующий пассивный резонатор выходной пространственно-развитой резонансной системы 5 и далее в вывод СВЧ-энергии 2.

Неиспользованная часть энергии потока рассеивается на коллекторе 13.

Таким образом, использование активных секторных двухзазорных резонаторов с пьедесталом за счет изменения его высоты позволяет изготовить настроенные на разные частоты активные секторные резонаторы не отличающиеся друг от друга другими размерами или параметрами. При этом подбором высоты пьедестала можно добиться кратности отношения частот первого высшего и основного видов колебаний (фиг.3), что дает возможность при работе в несинусоидальном режиме не использовать дополнительную двухзазорную резонансную систему, что упрощает конструкцию прибора и снижает его стоимость.

Введение пассивных суммирующих коаксиальных резонаторов дает возможность стабилизировать частоты всех резонаторов и, тем самым, устранить влияние неточности изготовления отдельных активных секторных резонаторов. Наличие расположенных на одной оси коаксиальных ввода вывода энергии позволяет осуществить высокоэффективный отбор СВЧ-энергии.

Так как входной и выходной пассивные суммирующие резонаторы связаны с одним или несколькими дополнительными последовательно соединенными пассивными резонаторами, которые имеют элементы связи в общих торцевых стенках, то можно за счет образования единой фильтровой системы (активные секторные двухзазорные резонаторы - пассивный суммирующий резонатор и дополнительные пассивные резонаторы) существенно (в 2-3 раза) расширить полосу пропускания этих резонаторов, а следовательно и всего прибора, по сравнению с прототипом.

Непосредственное соединение металлических штырей во входной и выходной пространственно-развитых резонаторных системах позволяет получить низкую нагруженную добротность этих систем, что приводит к повышению контурного КПД.

1. Широкополосный многолучевой клистрон, содержащий ввод и вывод энергии, а также входную, промежуточные и выходную пространственно-развитые резонансные системы, каждая из которых состоит из, по крайней мере, двух идентичных активных секторных двухзазорных резонаторов, образованных внешними и внутренними цилиндрическими стенками пространственно-развитых резонансных систем и равномерно расположенными в виде веера в радиальном направлении вокруг оси симметрии клистрона перегородками с отверстиями для электромагнитной связи между активными секторными резонаторами, в продольном направлении активные секторные резонаторы ограничены боковыми крышками с трубками дрейфа для прохода электроных пучков, каждый активный секторный резонатор имеет одинаково удаленные от оси клистрона пролетные трубки, закрепленные на центральных проводниках активных секторных резонаторов, отличающийся тем, что центральные проводники активных секторных резонаторов в каждой пространственно-развитой резонаторной системе установлены на П-образном пьедестале, расположенном на внутренней цилиндрической стенке резонатора в середине между перегородками и имеющем непосредственный контакт с двумя боковыми крышками, а внутри каждой пространственно-развитой резонансной системы размещен пассивный суммирующий коаксиальный резонатор, связанный с активными секторными резонаторами посредством металлических штырей, проходящих через отверстия, выполненные во внутренней цилиндрической стенке активных резонаторов, причем металлические штыри закреплены в середине прямоугольного паза, выполненного в нижней части пьедестала, и расположены на одной оси с центральными проводниками.

2. Широкополосный многолучевой клистрон по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной из пространственно-развитых резонансных систем соотношение между длиной центрального проводника и высотой пьедестала во всех активных секторных резонаторах выбрано из условия достижения кратности двум отношения частот первого высшего синфазного вида колебаний к частоте основного противофазного вида колебаний.

3. Широкополосный многолучевой клистрон по п.1, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, один пассивный коаксиальный резонатор, расположенный со стороны входной и/или выходной пространственно-развитой резонансной системы и связанный с пассивным суммирующим коаксиальным резонатором входной и/или выходной пространственно-развитой резонансной системы, при этом пассивный коаксиальный резонатор оканчивается соответственно коаксиальными вводом или выводом энергии, расположенными на оси симметрии клистрона.

4. Широкополосный многолучевой клистрон по п.1, отличающийся тем, что металлические штыри, по крайней мере, во входной и выходной пространственно-развитой резонансной системе непосредственно соединены с внутренним проводником пассивного суммирующего коаксиального резонатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборам высоких и сверхвысоких частот "O"-типа, в частности, к пролетным клистронам, используемым для усиления мощных электромагнитных полей в радиолокации, связи, медицине и т.п.

Клистрон // 2278439
Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к мощным и сверхмощным пролетным клистронам преимущественно для сверхэнергетичных линейных ускорителей. .

Свч-прибор // 1776157

Свч-прибор // 1776156

Клистрон // 1723944
Изобретение относится к СВЧ-электротехнике, к устройству клистронов и может быть применено при создании усилителей и генераторных приборов этого типа. .

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 ускорительной технике, радиолокации, радиопротиводействии.

Изобретение относится к электронной СВЧ-технике, а именно к мощным широкополосным СВЧ-приборам О-типа, например к многолучевым клистронам, работающим преимущественно в средней и коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.

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

Изобретение относится к электронной СВЧ-технике, а именно к мощным широкополосным многолучевым приборам О-типа, например к многолучевым клистронам. .

Изобретение относится к области электровакуумных приборов СВЧ, в частности к низковольтным многолучевым клистронам средней мощности, используемым в качестве оконечных усилителей в передатчиках радиолокационных станций, систем связи и в других радиотехнических установках, работающих в непрерывном и квазиимпульсном режимах в коротковолновой части сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов.

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к лампам бегущей волны О-типа или клистронам с низковольтной модуляцией электронного потока (ЭП), использующим пушки с сетками.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к мощным многорезонаторным пролетным усилительным клистронам, и может найти применение в телевизионных передатчиках изображения и звука.

Изобретение относится к области электронных приборов СВЧ, а именно к конструкции резонаторов многолучевых СВЧ-приборов клистронного типа, например пролетного клистрона, клистрода и клистрона распределенного взаимодействия.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиолокации. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и предназначено для генерации и регенеративного усиления сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний. .

Изобретение относится к электронной СВЧ технике, а именно к мощным многолучевым СВЧ приборам O-типа, например к многолучевым клистронам (МЛК), предназначенным для работы преимущественно в коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн. Технический результат - повышение импульсной и средней выходной мощности в широкой полосе частот при достаточной электропрочности, а также повышение КПД. Многолучевой СВЧ прибор O-типа содержит электронную пушку, ввод и вывод энергии, коллектор и электродинамическую систему, включающую входной, выходной и промежуточные активные резонаторы, первый выходной пассивный резонатор, электромагнитно связанный с выходным активным резонатором. Входной, выходной и промежуточные активные резонаторы выполнены в виде отрезков волноводов с рабочим видом колебаний H301, в каждом входном, выходном и промежуточном активном резонаторе для пропускания электронных лучей размещены по три группы индивидуальных пролетных трубок. Пролетные трубки каждой из групп имеют аксиально-симметричное размещение в виде, по крайней мере, одного кольцевого ряда, а диаметр окружности D, ограничивающей внешний кольцевой ряд пролетных трубок каждой из групп, выбран из условия D=(0.32÷0.42)λ, где λ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочей полосы прибора. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электронной техники. Катодно-подогревательный узел для мощного клистрона содержит несколько отдельных катодных модулей заданного размера, каждый из которых состоит из катодного блока элементарных катодов, подогревателя, держателя, экрана и которые соосно расположены пролетным трубам клистрона. Часть держателя каждого отдельного катодного модуля на высоту (0,2-2,0) мм с торца, противоположного рабочей - эмиттирующей - поверхности, выполнена диаметром, превышающим диаметр катодного модуля на (0,2-10,0) мм. Катодно-подогревательный узел дополнительно снабжен двумя цилиндрами - внешним и внутренним, с заданными диаметрами, высотой - внешний, равной высоте отдельного катодного модуля, либо не более двух его высот, внутренний - равной высоте катодного модуля, либо - не менее 0,5 его высоты, каждый с толщиной стенки (0,3-0,8) мм, при этом цилиндры соосно расположены один в другом в плоскости рабочей - эмиттирующей - поверхности катодных модулей. Каждый отдельный катодный модуль дополнительно снабжен отдельным цилиндром, размещен в нем с зазором и закреплен посредством упомянутой части держателя, при этом отдельный цилиндр выполнен диаметром, обеспечивающим сопряжение всех катодных модулей, высотой, меньшей высоты катодного модуля на (1,0-5,0) мм, с толщиной стенки, равной (0,2-0,6) мм, на внешней поверхности торца каждого отдельного цилиндра в плоскости расположения рабочей - эмиттирующей - поверхности выполнены монолитно элементы крепления, каждый в виде кругового сегмента, с длиной его кривой (4,0-8,0) от толщины стенки отдельного цилиндра, в количестве, кратном четырем, а отдельные цилиндры с отдельными катодными модулями расположены между внутренним и внешним цилиндрами. Технический результат - повышение долговечности, выходной мощности и кпд. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электровакуумным микроволновым приборам, а именно к многолучевым многорезонаторным широкополосным клистронам

Наверх