УСИЛИТЕЛЬНЫЙ СВЧ-ПРИБОР Советский патент 1994 года по МПК H01J25/34 

Изобретение относится к электронной технике и в частности к усилительным приборам СВЧ типа ламп бегущей волны (ЛБВ), способных работать в двух режимах (импульсном и непрерывном).

Обычно для ряда радиотехнических устройств требуются двухрежимные приборы, обеспечивающие отношение уровней мощности в импульсном и непрерывном режиме примерно равном 10:1 при постоянном уровне входного сигнала, причем рабочая полоса частот непрерывного режима занимает часть полосы импульсного режима и находится внутри нее, а отношение токов в импульсном и непрерывном режимах составляет 3-4.

Известен усилительный СВЧ-прибор, содержащий электронную пушку, коллектор электронов, гибридную замедляющую систему, состоящую из трех секций. Первая и третья секции являются широкополосными типа цепочка связанных резонаторов, а вторая секция состоит из одиночных резонаторов. Описанное устройство прибора предназначено для расширения рабочего диапазона частот и КП ЛБВ на участке с малым усилением первой и третьей секций, т.е. на коротковолновом краю рабочего диапазона частот. Такой усилительный электровакуумный СВЧ прибор не обеспечивает оптимальные параметры при изменении тока электронного луча в 3-4 раза.

Наиболее близким к предлагаемому является усилительный СВЧ-прибор, содержащий электронно-оптическую систему, входную, выходную и по крайней мере одну промежуточную секции электродинамической системы резонаторного типа, при этом низкочастотные границы полос пропускания входной и выходной секций соответствуют низкочастотной границе рабочей полосы прибора, а низкочастотная граница полосы пропускания промежуточной секции совмещена с высокочастотной границей рабочей полосы прибора.

Однако и в этом секционированном СВЧ-приборе при уменьшении тока электронного потока в 3-4 раза выходная мощность уменьшается более, чем в 10 раз, а коэффициент усиления в 100-1000 раз.

Цель изобретения - увеличение коэффициента усиления и КПД прибора в непрерывном режиме при отношении токов в импульсном и непрерывном режимах, равном 3-4 и при полосе работы прибора в непрерывном режиме, находящейся в низкочастотной области рабочей полосы прибора.

Это достигается благодаря тому, что в усилительный СВЧ-прибор, содержащий электронно-оптическую систему, входную, выходную и по крайней мере одну промежуточную секции электродинамической системы резонаторного типа, в которой низкочастотные границы полос пропускания входной и выходной секций соответствуют низкочастотной границе рабочей полосы прибора, а низкочастотная граница полосы пропускания промежуточной секции совмещена с высоокочастотной границей рабочей полосы прибора, введена дополнительная промежуточная секция, содержащая по крайней мере два несвязанных резонатора, один из которых настроен на низкочастотную границу полосы непрерывного режима, а другой - на высокочастотную границу полосы непрерывного режима, а остальные резонаторы настроены на промежуточные частоты полосы непрерывного режима. Предпочтительные добротности несвязанных резонаторов для наиболее вероятных вариантов прибора находятся в пределах 70-150.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены экспериментальные зависимости коэффициента усиления и электронного КПД соответственно в режимах малого (кривая а) и большого (кривая б) токов, а на фиг. 3 - вариант исполнения предложенного прибора.

Изображенный на фиг. 3 прибор содержит электронную пушку 1, ввод 2 энергии, гибридную электродинамическую систему, состоящую из четырех секций-входной, широкополосной секции замедляющей системы 3, секции одиночных резонаторов 4, выполненной из трех несвязанных резонаторов, настроенных на диапазон частот непрерывного режима, секции 5 замедляющей системы резонаторного типа, предназначенной для расширения рабочего диапазона частот в режиме большого тока; выходной широкополосной секции 6 замедляющей системы резонаторного типа. Прибор содержит также вывод 7 энергии, коллектор 8, согласующие нагрузки 9, магнитную фокусирующую систему 10. В режиме большого тока (импульсный режим) на вход усилителя подаются сигналы, частоты которых находятся вне области действия несвязанных резонаторов 4; в режиме малого тока (непрерывный режим) на вход подаются сигналы, частоты которых расположены в области действия несвязанных резонаторов.

На фиг. 1 и фиг. 2 даны экспериментальные зависимости коэффициента усиления (фиг. 1) и электронного КПД (фиг. 2) в режимах малого (кривая а) и большого (кривая б) токов. Отношение токов в режимах равнялось трем. Из фиг. 12 видно, что электронный КПД прибора при уменьшении тока пучка в 3 раза уменьшилось всего на 3,5%, а коэффициент усиления на 6 дБ, т.е. настолько, насколько уменьшилась выходная мощность при уменьшении тока электронного луча в 3 раза. Уровнь входного сигнала в режимах поддерживался постоянным. Как видно из фиг. 1 и 2, введение секции одиночных резонаторов 4 для режима малого тока способствует поддержанию коэффициента (Ка) примерно на одном уровне, а незначительное уменьшению электронного КПД обусловлено уменьшением параметров С и QС.

В экспериментальном образце была использована электродинамическая система из четырех секций, вторая секция включала два несвязанных резонатора с добротностью 90-100 и расстройкой резонансных частот на 0,40%. Рабочая полоса частот непрерывного режима находилась в низкочастотной области рабочей полосы прибора. Размещение секции одиночных резонаторов, настроенных на диапазон непрерывного режима, непосредственно после входной секции практически не привело к изменению выходных параметров прибора.

1. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ СВЧ-ПРИБОР, содержащий электронно-оптическую систему, входную, выходную и по крайней мере одну промежуточную секции электродинамической системы резонаторного типа, при этом низкочастотные границы полос пропускания входной и выходной секции соответствуют низкочастотной границе рабочей полосы прибора, а низкочастотная граница полосы пропускания промежуточной секции совмещена с высокочастотной границей рабочей полосы прибора, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления и КПД прибора в непрерывном режиме при отношении токов в импульсном и непрерывном режимах равном 3-4 и при полосе работы прибора в непрерывном режиме, находящийся в низкочастотной области рабочей полосы прибора, введена дополнительная промежуточная секция, содержащая по крайней мере два несвязанных резонатора, один из которых настроен на низкочастотную границу полосы непрерывного режима, другой - на высокочастотную границу полосы непрерывного режима, а остальные резонаторы настроены на промежуточные частоты полосы непрерывного режима. 2. СВЧ-прибор по п. 1, отличающийся тем, что добротности несвязанных резонаторов находятся в пределах 70-150.