СПОСОБ УСИЛЕНИЯ СВЧ-СИГНАЛА Российский патент 1995 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в радиотехнической и электронной промышленности, в частности в приборах пролетного типа, клистронах и лампах бегущей волны (ЛБВ) для усиления СВЧ-сигналов.

Известен способ усиления СВЧ-сигналов, например, в клистронах за счет передачи энергии электронов СВЧ-сигналам при пролете их через резонатор. Таким способом можно усиливать СВЧ-сигналы только в узком диапазоне частот [1]
Известный способ, принятый за прототип, осуществляемый в устройствах ЛБВ, заключается в том, что передачу энергии электронов электромагнитной волне (ЭМВ) в вакууме производят в поле ЭМВ с уменьшенной ее фазовой скоростью распространения приблизительно до величины пролетной скорости электронов. В этом способе величину пролетной скорости электронов устанавливают с помощью высоковольтного напряжения, подаваемого на коллектор ЛБВ от специального модуляторного устройства, а замедление фазовой скорости распространения ЭМВ осуществляют при помощи замедляющей системы.

Данный способ обладает рядом недостатков. Во-первых, ему присущ эффект электронного смещения фазы (ЭСФ), величина которого составляет 16-25^оС на процент изменения высоковольтного напряжения на коллекторе, что вносит фазочастотные искажения в усиливаемый сигнал. Во-вторых, наличие замедляющей системы ухудшает амплитудно-фазочастотную характеристику усилительного прибора, что вносит дополнительные фазочастотные искажения в усиливаемый сигнал. В-третьих, для усиления этим способом необходимо специальное модулирующее устройство, которое значительно усложняется из-за повышенного требования к величине неравномерности напряжения на вершине модулирующего высоковольтного напряжения, подаваемого на коллектор, в связи с наличием ЭСФ, что приводит к усложнению конструкции для реализации этого способа и увеличению его стоимости.

Целью изобретения является улучшение амплитудно-фазочастотной характеристики усилительного тракта и тем самым уменьшение фазочастотных искажений, вносимых в усиливаемые СВЧ-сигналы, особенно широкополосные, за счет того, что предварительно, до передачи энергии электронов СВЧ-сигналу, разгоняют поток (пучок) электронов с помощью ускорителя заряженных частиц, доводя величину пролетной скорости электронов приблизительно до величины фазовой скорости распространения ЭМВ в волноводе. Затем начало потока электронов и начало ЭМВ одновременно подают в волновод (без замедляющей системы), где и происходит передача энергии электронов СВЧ-сигналу в поле ЭМВ при их совместном распространении вдоль волновода. Протяженность потока электронов должна быть не меньше протяженности СВЧ-сигнала. Значение фазовой скорости распространении ЭМВ не должно превышать значения, соответствующего началу нарушения синхронизации в процессе усиления из-за релятивистского эффекта, возникающего на скоростях электронов, близких к скорости света.

Отсутствие модулирующего высоковольтного напряжения и замедляющей системы приводит к уменьшению значения вносимых фазочастотных искажений в усиливаемый сигнал, как минимум, на величину 30-40^о, что является техническим результатом использования эффекта ускорения электронов с помощью ускорителя заряженных частиц.

Предложенный способ характеризуется тем, что электроны, выработанные инжектором ускорителя заряженных частиц, разгоняют до достижения ими пролетной скорости, приблизительно равной величине фазовой скорости распространения ЭВМ в волноводе. Затем их направляют в волновод по центру его поперечного сечения вдоль оси. В тот же момент времени в волновод через ввод подают СВЧ-сигнал. Электроны, пролетая вдоль оси волновода и взаимодействуя с продольной составляющей электрического поля ЭВМ, передают часть своей энергии СВЧ-сигналу. Усиленный СВЧ-сигнал выводят из волновода через вывод, а электроны, достигнув коллектора, поглощаются в нем. Протяженность потока электронов, вырабатываемых инжектором ускорителя заряженных частиц, должна быть не меньше протяженности СВЧ-сигнала, а значение фазовой скорости распространения ЭМВ не должно превышать значения, соответствующего началу нарушения синхронизации в процессе усиления из-за релятивистского эффекта, возникающего на скоростях электронов, близких к скорости света.

Для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы ускоритель типа микротрон, описанный в книге Комар Е.Г. Ускорители заряженных частиц. М. Атомиздат, 1964, с. 233; волновод, сечение которого выбирается, исходя из диапазона частот усиливаемого СВЧ-сигнала и необходимой величины скорости распространения ЭМВ; коллектор, конструкция которого зависит от величины тока коллектора.

Использование: изобретение относится к электронике и может быть применено в радиотехнической и электронной промышленности, в частности в приборах пролетного типа, клистронах и лампах бегущей волны для усиления СВЧ-сигналов. Сущность изобретения: с целью улучшения амплитудно-фазочастотной характеристики усилительного тракта и тем самым уменьшения фазочастотных искажений, вносимых в усиливаемые СВЧ-сигналы, особенно широкополосные, предварительно до передачи энергии электронов СВЧ-сигналу разгоняют пучок электронов с помощью ускорителя заряженных частиц, доведя величину пролетной скорости электронов приблизительно до величины фазовой скорости распространения электромагнитной волны (ЭМВ) в волноводе, при этом необходимо, чтобы протяженность потока электронов была не меньше протяженности СВЧ-сигнала, а фазовая скорость распространения ЭМВ в волноводе не превышала значения, соответствующего началу влияния на процесс усиления релятивистского эффекта, возникающего на скоростях электронов, близких к скорости света. Способ обеспечивает улучшение амплитудно-фазочастотной характеристики усилительного тракта.

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ СВЧ-СИГНАЛА, основанный на передаче энергии электронов СВЧ-сигналу при перемещении их в поле электромагнитной волны с пролетной скоростью, приблизительно равной фазовой скорости распространения электромагнитной волны, отличающийся тем, что до начала передачи энергии электронов СВЧ-сигналу разгоняют электроны протяженностью пучка большей протяженности СВЧ-сигнала до достижения электронами значения пролетной скорости, приблизительно равной значению фазовой скорости распространения электромагнитной волны в волноводе, не превышающему значения, соответствующего началу нарушения синхронизации в процессе усиления из-за релятивистского эффекта, возникающего на скоростях электронов, близких к скорости света.