РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ СВЧ-ДИАПАЗОНА Российский патент 1997 года по МПК H01J21/20 H03F3/60 

Изобретение относится к усилителям СВЧ-диапазона распределенного типа, в которых используются микроэлектронные триоды с матричным автоэмиссионным методом Спиндта [1]
Известны конструкции таких усилителей, в которых с целью увеличения волнового сопротивления катодно-сеточной линии применены периодические структуры в виде гребенки [2]
Недостатком указанных конструкций является использование "гладкой" анодно-сеточной линии в виде микрополосковой линии, замедление волны в которой подбирается равным замедлению в катодно-сеточной линии с помощью диэлектрика и размеров линии передачи. Использование в анодно-сеточной цепи микрополосковой линии ухудшает тепловой режим анода, роль которого в указанных конструкциях выполняет микрополосок. Тепло, выделяемое на аноде электронами, прошедшими от катода, должно пройти через диэлектрик, имеющий высокое тепловое сопротивление, и только после этого попасть на металлическое основание, где может быть рассеяно в окружающем пространстве известными методами (с помощью воздуха, воды).

Цель изобретения состоит в том, чтобы улучшить теплоотвод от анода и тем самым создать возможность для увеличения выходной мощности усилителя.

Указанная цель достигается тем, что в анодно-сеточной цепи используется металлическая гребенчатая замедляющая система, металлические зубья которой являются анодами микроэлектронных триодов распределенного усилителя. Введение гребенчатых металлических анодов и исключение диэлектрической прокладки в известных конструкциях распределенных усилителей позволяет существенно улучшить теплоотвод от анода и тем самым повысить выходную мощность усилителя.

Не известны распределенные усилители на основе матричных автоэмиссионных катодов, в которых бы в качестве анодно-сеточной линии применялась бы штыревая гребенчатая линия.

На фиг.1 изображена часть усилителя в виде штыревой замедляющей системы; на фиг.2 то же вид сбоку, на фиг. 3 принципиальная схема усилителя.

Усилитель состоит из катодно-сеточной гребенчатой металлической замедляющей системы 1, на концах штырей которой смонтированы матричные автоэмиссионные катоды Спиндта 2. Над катодом располагается сетка в виде металлической пластины 3, в которой проделаны отверстия 4 над остриями матричного катода для прохода электронов 5 и которая по постоянному току изолирована от катода и анода дросселирующими четвертьволновыми устройствами 6. Размеры отверстий в пластине таковы, что электромагнитная волна из катодно-сеточной в анодно-сеточную линию через них не проходит.

Над катодным штырем 1 катодно-сеточной линии располагаются штыри анодно-сеточной гребенчатой линии 7. При этом штыри выполняют роль анода. Меняя параметры штыревых систем: высоту и сечение штырей, величину и площадь зазоров между концами штырей, можно подобрать равенство фазовых скоростей в катодно-сеточной и анодно-сеточной линиях, что необходимо в распределенных усилителях.

Усилитель работает следующим образом (фиг.2).

Сигнал в виде волны, предназначенной для усиления, подается во входной волновод 8, в котором располагается плавный гребенчатый переход 9, согласующий волновод с гребенчатой катодно-сеточной замедляющей линией 1. Затем мощность сигнала расходуется на модуляцию электронных потоков 5 в триодах катодно-сеточной линии. Неизрасходованная часть сигнала поглощается в волновой нагрузке 11. Промодулированный сигнал с помощью электронных потоков переносится в анодно-сеточную гребенчатую замедляющую линию 7. В волне, идущей направо, сигналы суммируются, и происходит, таким образом, усиление сигнала на выходе, которое поступает в выходной волновод 12. Сигнал, идущий налево в анодно-сеточной линии, ослабляется и остаток его поглощается в нагрузке 5.

Источники информации
P. M. Phillips, S.T. Smith, H.Gray. Electromagnetic of a field emission distributed amplifier. Vacuum Microelectronics 1989, Proc of the II Inter. Conf. on V.M. held in Bath, 24-26 July 1989. Inst. of Physics Conf. Ser. N 99, p.211.

H.P. Warren, E.C. Chou, T.I. Wiltsey et all. 1 to 20 GHz Vacuum FET Distributed Amplifier Analisis. III Inter. Vacuum Microelectronics Conference, 1980 Monterey Technical Programm, p.8-2.

Использование: устройства усиления СВЧ-диапазона, в которых используются микроэлектронные триоды с матричным автоэмиссионным катодом Спиндта. Сущность: в конструкции усилителя анодно-сеточная линия, так же, как и катодно-сеточная, выполнена из проводников в виде периодической, например, штыревой замедляющей системы, штыри которой выполняют роль анодов микроэлектродных триодов и расположены соответственно напротив штырей катодно-сеточной линии. 3 ил.

Распределенный усилитель СВЧ-диапазона на микроэлектронных триодах с матричными автоэмиссионными катодами, содержащий катодно-сеточную и анодно-сеточную линии передачи, общую плоскую металлическую сетку, устройство изоляции электродов по постоянному току и дросселирующие устройства, обеспечивающие контакт по СВЧ-току, в котором катодно-сеточная линия выполнена из проводников в виде периодической штыревой гребенчатой замедляющей структуры, причем на концах штырей расположены матричные автоэмиссионные катоды, отличающийся тем, что анодно-сеточная линия выполнена также из проводников в виде периодической штыревой замедляющей структуры, штыри которой являются анодами микроэлектронных триодов и расположены соответственно напротив штырей катодно-сеточной линии.