Широкополосной электронный СВЧ-прибор О-типа Советский патент 1992 года по МПК H01J25/10 

увеличиваются с увеличением номера резонатора. Для уменьшения перепада амплитудно-частотной характеристики клистрона резонаторы линейного усилителя настраиваются в пределах полосы усиления. За счет того что реальный входной резонатор имеет неравномерную в полосе усиления модуляцию электронного пучка, в указанной конструкции нельзя получить достаточно малые перепады амплитудно частотной характеристики (АЧХ) линейного усилителя, что ограничивает возможность увеличения КПД в точках минимальной мощности . Наиболее близким техническим решением к изобретению является прибор, включающий входную электродинамическую систему, секцию линейного усиления, усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, разделенные трубами дрейфа. В приборе достигается некоторое уменьшение перепада амплитудно-частотной характеристики с одновременным увеличением КПД в точках минимлаьной мощности. . Однако и эта конструкция не лишена недостатков. В конструкции не предусмотрены специальные меры по обеспечению равномерности высокочастотного тока в зазоре, выходной электродинамимеской системы. ОКончательное выравнивание амлитудно-частотной характеристики прибора осуществляется подстройкой выходной электродинамической системы. Амплитудно-частотная характеристика имеет обратный перекос по отношению к высокочастотному току. При этом КПД в полосе усиления уменьшается, так как сопротивление выходной электродинамической системы в -большинстве точек полосы усиления становится неоптимальным, так же как и ток, питающий выходную систему. эти недостатки проявляются при изменении уровня входного сигнала , например при амплитудной модуляции сигнала. Крутизна амплитудной ха рактеристики различна на разных частотах полосы усиления. Целью изобретения является увеличение КПД в полосе усиления уменьшение перепада АЧХ при различных уро нях входного сигнала и получение оди наковой крутизны амплитудной характе 1 0 ристики на всех частотах полосы усиления . Цель достигается тем, что в широкополосном электронном СВЧ-приборе 0-типа, включающем входную электронодинамическую систему, секцию линейного усиления, усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, разделенные трубами дрейфа, усилитель мощности содержит два каскада основной частоты с трубой дрейфа между ними, длина которой меньше или равна длине трубы дрейфа, разделяющей входную электродинамическую систему и секцию линейного усиления , но больше длин всех остальных труб, длина трубы дрейфа, разделяю- ; щей секцию линейного усиления и усилитель мощности, больше или равна трубы дрейфа, разделяющей усилитель мощности и выходную электррдинамическую систему, но меньше длин остальных труб дрефа, примем входная электродинамическая система выполнена из отрезка замедляющей Системы, секция линейного усиления состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усиления, длины труб дрейфа между которыми уменьшаются с увеличением номера резонатора, а секция линейного усиления выполнена из отрезка замедляющей системы. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить оптимальные характеристики как отдельных секций, так и прибора в целом. На фиг,1 изображен общий вид однего из вариантов предлагаемой конструкции широкополосного электронного прибора О-тира на фиг. 2 характеристики входной и выходной электродинамической системы - на фиг. 3 - экспериментальная, амрлитудно-частотная характеристика клистрона, выполненного в соответствии , с изобретением в сравнении с прототипЪи; на фиг. J - экспериментальные амплитудные характеристики того же , клистрона для трех точек полосы; на фиг.5 - экспериментальные амплитудные характеристики прототипа. Широкополосный электронный приб 0-типа включает секции предварительного усиления, линейного усилителя, усилителя мсячности и выходную электродииамическую систему .

5п

Секция предварительного усиления состоит из входной электродинамической системы, выполненной из активного 1 и двух проходных пассивных резонаторов 2, 3 и пролетной трубы дрейфа Ц.

Ее характеристики перекрывает полосы усиления с перепадом АЧХ в максимуме отношения 10|, Она симметрична относительно центра полосы усиления (см.фиг.2).

- Секция линейного усиления выполнена из четырех одиночных резонаторов 5, 6, 7 и двухзарядного резонатора В. Трубой 9 дрейфа она отделена от первого каскада усилителя 10 мощности. Первый каскад усилителя 10 мощности выполнен из отрезка замедляющей системы и трубой 11 дрейфа отделен от второго каскада 12 усилителя 10 мощности. Второй кас-. ,кад 12 содержит самый высокодоброт:ный в данном приборе резонатор, настроенный за.верхней границей поло;сы усиления так, что его сопротив ление в полосе усиления от нижнего до верхнего значения частоты меняется ч/ 10.

Длина трубы 13 дрейфа, отделяющей усилитель 10 мощности от выходной электродинамической системы Н, минимальна в приборе и равна по углу пролета 32° редуцированной плазменной частоты колебаний электронного потока. Такую же длину имеет труба 9 дрейфа, отделяющая секцию линейного усиления от усилителя мощности. Длины труб А, 11 дрейфа предусилителя и усилителя мощности также примерно равны и составляют по углу пролета редуцированной плазменной частоты Колебаний электронного потока

Выходная электродинамическая система 1 настрбена так, что ее,АЧХ перекрывает полосу усиления перепадом 12%, и она симметрична относительно центра полосы.

В других вариантах конструкции входная и выходная электродинамические системы, секция линейного усиления и первый каскад усилителя мощности могут быть выполнены из отрезков замедляющей системы в любом сочетании с резонаторными секциями, а усилитель мощности перед и после резо.8950

наторов основной частоты может содержать резонаторы гармоник.

На фиг.2 кривая 15 - характеристиг ка входной, а кривая 1б - характеристика выходной электродинамической системы.

Из фиг.З видно, что выигрыш по . электронному КПД в предлагаемой .кон10 струкции (кривая 17) составляет несколько процентов, по сравнению с кривой 18, соответствующей прототипу. В то же время из сравнения амплитудных характеристик эксперименталь- . 15 ного макета предлагаемой конструкции кривые 19, 20, 21 на фиг. в точках длинноволнового края полосы ус;иления 19, центральной частоты 20 и коГротковолнового края полосы 21 с со20ответствуюи4ими зависимостями 22, 23, 2А (фиг.5) прототипа следует, что .в предлагаемой конструкции удалось получить практически одинаковую крутизну амплитудных характеристик на разных частотах полосы усиления

Такой результат для данной конст рукции объясняется следующим образом. Оптимальный линейный усилитель дсУлжен обеспечить во входном зазоре усили30теля мощности постоянное в- полосе усиления высокочастотное напряжение с амплитудой 0,1, а идеальная входная электродинамическая система модуляции электронного потока постоян35 нь|м ВЧ-напряжёнием при подаче на вход прибора постоянной на различных час тотах входной мощности.

Нетрудно заметить сходстве в требованиях к оптимально Сконструирован40 ным при таком подходе частям прибора.

На входе секции предварительного усиления и усилителя мощности электронный поток модулируется примерно постоянным в полосе усиления ВЧ-нй 5 пряжением. Отсюда очевидно что при увеличении труб дрейфа в секциях предварительного усиления и усилителя мощности происходит равномерное в полосе усиления ВЧ-сигнала.

50

Для получения равнс 4ерной модуляляции в секуии предварительного усиления входная электродинамическая система должна выполняться так, что ее АЧХ перекрывает полосу усиления 55 с перепадом несколько меньшим по сравнению с перепадом выходной мощности в целом, а форма АЧХ симметрична относительно центра полосы. , Равномерность в полосе усиления модуляции электронного потока во входном зазоре усилителя мощности клистрона при поступлении в него постоянного в полосе усиления УВЧтока достигается настройкой этого резонатора за верхней границей полосы усиления. При этом его сопротивление меняется незначительно. Второй резонатор усилителя мощности в конкретном техническом решении настраивается также за верхней границей полосы усиления с перепадом его сопротивления в полосе усиления не более 10. В этом случае ВЧ-напряжение на нем постоянное и. может быть о тимальное в большинстве точек полосы усиления. Таким образом при изменений амплитуды входного сигнала выходная мощность изменяется равномерно в полосе усиления, т.е. крутиз на амплитудной характеристики на разных частотах полосы усиления одинаковая. Перед и после усилителя мощности могут быть расположены резонаторы, настроенные на одну из гармоник вход ного сигнала. Их цель обеспечить .(в случае необходимости) достаточную степень нелинейности процессов группирования на низкочастотном (резонаторе 2 до усилителя мощности) и высо .кочастотном (второй резонатор 2 после второго резонатора основной частоты усилителя мощности) краях полосы усиления. Резонаторы второй гарт МОНИКИ настраиваются известным образом: 1-й ниже, удвоенной частоты длин новолнового края полосы усиления, 2-й выше удвоенной частоты коротковолнового края полосы усиления. При малых уровнях входного сигнала резонаторы гармоник не работают, поэтому в линейном pewni e амплитудны характеристики на разных частотах по лосы усиления не искажаются. При больших уровнях входного сигнала в силу указанных .расположения и настройки резонаторы 2 увеличивают КПД каждый на своем краю полосы усиления При этом процессы группирования на других частотах полосы усиления не ухудшаются, так как нули усиления резонаторов 2 находятся за гра.ницей полосы усиления. Так как амплитуда высокочастотного напряжения в зазоре предпоследнего резонатора должна .пр максимальных значениях КПД составлять примерно 0,3-0,и,, то длина последней трубы дрейфа должна быть минимальной. Задачу необходимой фазировки и обеспечения постоянства амплитуды напряжения в первом зазоре усилителя мощности выполняет (аналогично разобранному случаю) пролетная труба дрейфа, разделяющая секцию линейного усиления и усилитель мощности, длина которой должна быть также минимальной. В некоторых случаях Длины труб дрейфа секций предварительного усиления и усилителя мощности могут быть равны между со-, бой, также как и длины труб дрейфа, разделяющих секции линейного усиления и усилитель мощности,, усилитель мощности и выходную электродинамическую систему. Симметричная относительно центра полосы усиления форма амплитудночастотных характеристик входной и.выг ходной электроднамических систем позволяет обеспечить оптимальное взаимодействие этих систем как с немодулированным, так и со сгруппированным электронным потоком при оптимальном в большинстве точек полосы значении их сопротивлений. Этого нельзя было добиться в ранних конструкциях. Неравномерность токовых характеристик требует для выравнивания интеграль- ; ной выходной амплитудно-частотной i характеристики мощности, соответствующей с обратным перекосом настройки электродинамических систем. В ре-; зультате большинство точек в полосе усиления оказывается не оптимальным, i что снижает КПД прибора в целом. Испытания, результаты которых приведены на фиг. 3, , 5 показывают, что предлагаемый прибор.обладает по сравнению с известными рядом достоинств, КПД в полосе усиления увеличен примерно на 10%, получена практически одинаковая крутизна амплитудной характеристики на разных частотах полосы усиления (у аналога уровень выходной мощности при выходе в насыщение отличается на разных частотах полосы усиления в 7 раз) . Изобретение не создает экономии, но.при одинаковых затратах в произ9110895010.

волстве позволяет значительно улуч- тронных приборов О-типа (клистроны, шить выходные характеристики элек-ЛБВ или их гибриды),,

«I 5б 7 ff 9 10 Ji / /5 /4

1. ШИРОКОПрЛОСНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СВЧ-ПРИВОР 0-ТИПА, включающий входную электродинамическую систему, секцию линейного усиления, усилитель мощности и выходную элеКтрЬдинамическую систему, разделенные трубами дрейфа, о т л и ч а ю. щ и и с я тем, что, с целью увеличения КПД в полосе усиления, уменьшения перепада амплитудно-частотной характеристики при различных уровнях входного сигнала и получения одинаковой крутизны амплитудной характеристики на всех частотах полосы усиления, усилитель мощности содержит два каскада основной Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к конструкции СВЧ-приборов О-типа,-таких как клистроны, ЛБВ и их гибриды. Известны конструкции клистронов, в которых реализуется принцип секционного конструирования электронных приборов. За счет оптимального конструирования каждой из секций клистрочастоты с трубой дрейфа между ними, длина которой, меньше или равна длине трубы дрейфа, разделяющ ей входную электродинамическую систему и секцию линейного усиления, но больше длин всех остальных труб, длина трубы дрейфа, разделяющей секцию линейного усиления и усилитель мощности, больше или равна длине трубы дрейфа, разделяющей усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, но меньше длин всех остальных труб дрейфа. 2„ СВЧ-прибор О-типа по п.1, отличающийся тем, что входная электродинамическая система выполнена из отрезка замедляющей системы. 3.СВЧ-прибор О-типа по пп.1 и 2, (Л отличающийся тем, что секция линейного усиления состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усиления, длины .труб дрейфа между которыми уменьшаются с увеличением номера резонатора. 4.СВЧ-прибор О-типа по пп.. 1 и 2,отличающийся тем, что секция линейного усиления выполнена,из отрезка замедляюще системы. оо со СП на увеличивается КПД в полосе усиле:НИя. - Известен клистрон, состоящий из линейного усилителя, усилителя мощности (нелинейного группирователя) и выходной Электродинамической системы. Длины труб дрейфа между соседними резонаторами линейного усилителя уменьшаются, а усилители мощности