Усилитель вч-колебаний

 

О Il И С А Н И Е,нв44>оо

ИЗОБРЕТЕН MR

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсккн

СоциалнсткческиХ

Республкк (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено14.07.75 (21) 2155168/25 (51) N. Кл Н 03 = 3/00 с присоединением заявки N

Гагударатвенный комитет

Совета Министров СССР п0 делам изобретении н открытий (23) Приоритет! (43) Опубликованор 5.01.77.Бюлле ень . " 3 "., 1) уДК i 11..337 ; э 1, g 88,, 0 8, ) I (1о) Дата опчбтикования описания 04.0. .77 (7; ) Авторы изобретения

И. Г. Мальцев и В. А. Тепляков (71) Заявитель (54) УСИ.1ИТЕЛВ ВЧ-КО. ВЬ XI 1: Ц1

Изэбретение относится к технике генерации ВЧ-колебаний и может быть использовано при создании мошных ВЧ-генераторов метрового диапазона.

Известен усилитель ВЧ-колебаний, со- 5 держаший ВЧ-триоды, подключенные к источникам постоянной и усиливаемэй мошности (1). i cèëèå вхэднэгэ сигнала и генерация мощных ВЧ-колебаний в нем эсушествля— ется за счет электростатическогэ управления10 электронным потоком.

Однако этот усилитель отличается низким коэффициентом усиления — не бэлее 8-10дб.

Известен усилитель ВЧ-колебания, содер- 15 жаший электронную пушку, формирующую ленточный или цилиндрический пучок, анэд которой подключен к источнику постоянного напряжения, входной резэнатэр и выходной резонатор с установленным в нем кэллекто- 20 ром электронов, дрейфовый промежутэк, соединенный с корпусами резонаторов, выполненный в виде металлического параллелепипеда или цилиндра и расположенный внутри соосной с ним магнитной системы (21.

3а счет динамического управа .п,;;.сктронны.; погоком вэ входнэ 1 разэна,.; и групггирэвке в прэстранстве,дрейф в известном устройстве Вэзнтэжно полу чение Kooky(3dl

Однакэ при испэльзовани>. егэ в к" естве

ВЧ-уси;тителя метрoeorэ диапазона ег габариты становятся неприемлемо бэл.-,п ", .и. причем при этом снижается к.п.,д. и к э, . :ициент усиления.

Бель изобретения — уменьшение габар;.:—

Т0В устройства, г.эвышонне егэ к.п.д. и кoэффициента усиления.

Достигается это тем, что эсь электр ннэй пушки смещенй относительно ocl> . гагнитнэй системы и располэжена пэд ут. э 1 к ней, а внутри дрейфэвэго промежугкд установлены две мишени, выполненные в виде металлических пластин, плоскость к-и .;ы; пересекает ось ..гагнитнэй системы, . коллектор электронов подключен к истэчгд ку дэлэжительнэгэ напряжения.

544100

На чертеже дана схема усилителя ВЧ-колебаний с электронной пушкой, формирующей ленточный пучок.

Предлагаемый усилитель ВЧ-колебаний состоит из электронной пушки, формирующей ленточный пучок 1 и имеющей ленточный катод 2, фокусируюший электрод 3 и вытягивающий электрод 4, из входногD 5 и выходного 6 резонаторов, между которыми расположен тормозящий электрод 7, образую-tð ший эквипотенциальное пролетное пространство (тормозящий электоод 7 является запредельным волноводом на рабочей частоте) из магнитной катушки 8, создающей однородное продольное магнитное поле в пролет- 5 ном пространстве, из двух поперечных мишеней типа "ножей" 9, установленных один в начале, а второй в конце пролетного канала и находящихся под потенциалам тормозящего электрода 7, из ускоряющего ано- 2р да 10, в статическом поле которого ускоряют импульсы тока, образованные за счет отсечки тока пучка на "ножах" 9.

Плоский электрический зазор управляюшего резонатора 5 образован вытягивающим ? 5 электродом 4 и торцовой поверхностью тормозящего электрода 7, а электрический зазор выходного резонатора 6 образованы анодом 10 и другой TDpooBDA поверхностью тормозящего электрода 7. Кроме того, тор- Зо цовые области тормозящего электрода выполняют роль магнитных экранов для зазоров резонаторов и электронной пушки. Конфигурацию торцовых областей тормозящего электрода и конфигурацию магнитного поля в 3S этих областях выбирают из условия прохождения потока с минимальными потерями в зазоре управляющего резонатора и в páëàñти перехода из пролетного пространства в выходной резонатор.

Резонаторы 5, 6 и тормозящий электрод

7 с мишенями 9 заземлены по постоянному потенциалу.

Вытягивающий электрод 4 и анод 1 0 изолированы от резонаторов на величины вы-<5 тягивающего и ускоряющего напряжений, а на катод 2 подают отрицательное смешение, определяемое необходимой продольной скоростью влета электронного потока в область продольного магнитного поля (В), С помощью электронной пушки, установленной под некоторым углом () к продол ной оси (2 ) пролетного канала и резонаторов, на входе зазора управляющего резонатора формируют прямолинейный ленточ-55 ный поток толщиной 2 хо и шириной 2 Уо, при этом 2 х «2 vo В зазоре поток о модулируют по продольной скорости () ) а постоянную составляющую продольной скорости уменьшают до величины (4 ), опре- p деляемой потенциалом смещения (Ut ) катода.

Промодулированный и заторможенный по продольной составляющей скорости поток через щель в тормозящем электроде подают в эквипотенциальный пролетный канал, при этом поток проходит область неоднородного магнитного пол, а угол влета потока в область однородного магнитного поля увеличивается за счет торможения в статическом поле тормозящего электрода и становится равным заданной величине ) )"

Конструкцию пушки и угол влета )"„ выбирают так, чтобы собственный угол вылета (LI"p J потока из вытягиваюшего канала был значительно меньше „и )".

Начальная полутолшина пучка х на входе в магнитное поле должна быть равна равновесной полутолшине о, тогда движение частиц в поперечном направлении (х ) магнитного канала определяется только заданным углом влета f и продольной cKDpo» стью . на входе магнитного канала. Поскольку продольная скорость частиц на входе в магнитное поле изменяется чо гармоническому закону модулирующего напряжению, а поток влетает в магнитное поле под заданным углом, то в пролетном канале частицы движутся по спиральным траекториям с радиусом и изменяющимся шагом спирали.

Шаг спирали изменяется по закону модулируюшего напряжения. Величина изменения шага спирали на периоде модулирующего напряжения определяется глубиной модуляции

0„», /Up, где U — амплитуда модулирующего ВЧ-напряжения.

Таким образом, в поперечном направлении (х ) поток совершает периодические колебания относительно заданного равновесного уровня о . Длина волны (Л ч ) колебаний изменяется по гармоническому закону модулирующего напряжения, а величина изменения длины волны()на периоде модулирующего ВЧ-напряжения определяется глубиной модуляции потока по продольной скорости в управляющем резонаторе. Изменение длины волны колебаний пучка по закону модулирующего напряжения приводит к тому, что мгновенное отклонение частиц потока

X(Z Ч ) в любом заданном поперечном сечении вдоль длины пролетного пространства (z ) при заданной амплитуде колебаний (Я) зависит от фазы (9) модулируюшего напряжения. При заданных параметрах 9zî В и

I амплитуда поперечных колебаний 3 не меняется вдоль длины пролетного пространства (ось Z ), Мгновенное отклонение частиц потока X,(z,+) при заданной глубине модуляции для выбранного поперечного сечения пролетного пространства определяется

544100 только фазой (М ) модулируюшега напряжения.

Поперечное препятствие типа "ножа" с заданной высотой (Я и тэлшиной1((il установленное в заданном сечении (Z ) йрэлетн ного пространства, осушествляет сортировку частиц пэ фазам. Частицы, имеющие мгновенное отклонение >(><,Y )>tl, проходят за

"нож", а остальные высаживаются на нем.

Таким образом, на "ноже" осушествляет- 1о ся отсечка частиц в заданном интервале фаз модулируюшего напряжения и из сплошного потока с током пучка формируются импульсы тока с амплитудой Эп, следуюшие с частотой модулируюшегэ напряжения (м и заданным углэм Отсечки (В ). Из- за набега фаз колебаний частиц в пролетном пространстве величина угла отсечки зависит от местэпэлэжения "ножа" (Z< ), другими словами, эт номера периэда кэлеба- zo ний (К ) потока в магнитном поле. При заданных значениях R и t1 с увеличением номера периода, на котором устанавливается

"нэж", угол отсечки уменьшается и увеличивается к.п.д., нэ при этом на периэде моду- 2 лирующегэ напряг ния за "нэжэм", появляются дэпэлнительные паразитные импульсы

-эка и число их растет с увеличением номера периода. Появление паразитных импульсэв тока приводит к снижению эффективности Зэ взаимодействия с зазэрэм выходного резонатора и, сээтветственнэ, к уменьшению к.п.д.

Поэтому для получения высоких значений к.п.д. вдэль прэлетнэгэ пространства у-ста- 35 навливают два "ножа": эдин — основной, другой — вспомогательный. Вспомогательный

"нэж" устанавливают в начале пролетного пространства. Он формирует один импульс тока на периоде мэдулируюшегэ напряжения 4э с углом отсечки 9 =50 — 80э и исключает пэявление паразитных импульсов за основным "ножом". Основной "нэж" устанавливают в конце пролетного канала при входе в выходной резонатор. Он уменьшает угэл эт- 45 сечки дэ необходимой величины, исходя из заданного к.п.д.

Таким образом, длина прэлетнэгэ пространства определяется длиной вэлны поперечных колебаний потока и заданным углом отсечки.5э

Импульсы тока, сформированные за основным

"ножом", с ч стэтэй модулируюшегэ напряжения следуют в зазор выходного резонатора, где эни ускоряются в статическом поле анода и эсушествляют преобразование энергии аноднэгэ источника в энергию ВЧколебаний выходного резэнатэра.

Для уменьшения снижения к.п.д. из-за потерь на "ножах" и уменьшения длины пролетного пространства поток тормозится пэ продольной скорости на входе в пролетное пространство до потенциала значительно меньшего потенциала анода относительно катода пушки.

При уменьшении продольной скорости одновременно с уменьшением потерь на "нэжах" уменьшается длина волны поперечных колебаний (Л < )), чтэ снижает требования к величине магнитного поля для получения заданной длины пролетного пространства.

В предлагаемом способе усиления ВЧколебания выгодно сочетание испэльзэвания механизма скоростной модуляции в управляющем резонаторе с механизмом фокусирэвки прэмэдулирэваннэгэ потока в магнитнэм поле и сортировкой частиц пэ фазам на пэперечных препятствиях типа "ножей", причем. отсеченные электроны не попадают вэ входной и выходной резонаторы.

В предлагаемэм способе при малых затратах мэшности на управление Обеспечивается формирование коротких импульсэв тэка на входе в выходной резонатор, при зтэм к.л.д. и коэффициент усиления имеют значение не хуже, чем у приборов, испэльзуюших способ преобразования скэрэстнэй мэд..— ляции в модуляцию по плотности за сче группировки в пролетном пространстве, В предлагаемом способе длина прэ;етпэгэ прэстранства не определяется длиной волны tviýдулируюшегэ сигнала и при работе в метрэвом диапазоне длин вэлн может сэставлять (7-;10) Л у при 4 = 1-5 см, чтэ значительно меньше, чем длина дрейфэвого прэстранства у многорезонаторных пролетных клистрэнэв в указанном диапазэне длин вэ, .-, которэе составляет 1-6 м.

Таким эбразэм, предлагаемый способ:силения ВЧ-колебаний пэзвэляет создавать злектрэнные приборы метрэвэгD диапазэн.-1 длин волн с высокими значениями кэзффиц.— ента ус1 ления и злектрэннэгэ к.п.д. при малых габаритах, чтэ, в первую эчередь, необходимо для зконэмичнэгэ питания ма; эгабаритных линейных ускорителей протонов. а также может быть полезно в мэшных ради эпередаюших системах.

Ф эрмула изобретения

Усилитель ВЧ-колебаний, содержашии =:лектронную пушку, формирующую ленточный ..;.,а цилиндрический пучок, анод котэрэй пэдклк чен к источнику постоянного напряжения, входной резонатор и выходной резэнатэр с установленным в нем коллектором электрэнэв, дрейфэвый промежуток, соединенный с корпусами резонаторов, выполненный в вид металлического параллелепипеда или цилин5а Доо

Составитель В. Краснопольский

Редактор Е. Гончар Техред 3, Фанта КоРРектоР Н. Бугакова

Заказ 838/70 Тираж 1052 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП " Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. дра и расположенный внутри соосной с ним магнитной системы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения габаритов, повышения к.п.д. и коэффициента усиления, ось электронной пушки смещена относи- тельно оси магнитной системы и расголожена под углом к ней, а внутри дрейфового промежутка установлены дь мишени, выполненные в виде металлических пластин, плоскость которых пересекает ось магнитной сис О темы, а коллектор электронов подключен к источнику положительного напряжения.

Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Кнапп Э. А. "Труды 11 Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц," М., "Наука", 1972 т.2, с. 139.

2. Молоковский С. И., Сушков A. Д.

И нтенс ивные электронные и ионные пучки

Л., "Энергия", 1973, (прототип) .