УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН ДЛЯ СИСТЕМ СВЯЗИ Советский патент 1995 года по МПК H01J25/10 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронным приборам, а именно к многорезонаторным усилительным клистронам, предназначенным для использования в радиорелейных, тропосферных и спутниковых станциях связи, в которых осуществляется одновременная передача двух или более высокочастотных сигналов, расположенных в одном рабочем диапазоне частот клистрона.

Целью изобретения является уменьшение содержания помех в передаваемом сигнале путем снижения уровня комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала многорезонаторного клистрона, работающего в режиме одновременного усиления двух и более высокочастотных сигналов, расположенных в одном рабочем диапазоне частот.

Цель достигается за счет введения дополнительного резонатора удвоенной частоты перед выходным резонатором клистрона и соответствующего выбора его местоположения и настройки.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого клистрона; на фиг. 2 показаны расчетные зависимости относительного уровня комбинационных составляющих от частоты f_ll настройки резонатора удвоенной частоты, расположенного перед выходным резонатором на расстоянии l_ll=0,33 длины последней трубы дрейфа; на фиг. 3 приведена расчетная кривая минимума уровня комбинационных составляющих в зависимости от выбора расстояния l_ll резонатора удвоенной частоты от выходного резонатора клистрона.

Клистрон состоит из электронной пушки 1, входного резонатора 2, промежуточных резонаторов основной частоты 3-5, резонатора удвоенной частоты 6, расположенного перед входным резонатором 7, труб дрейфа 8-12 и коллектора 13 (l_др длина последней трубы дрейфа, l_l расстояние от выходного резонатора 7, на котором располагается резонатор удвоенной частоты 6).

Устройство работает следующим образом.

Электронный пучок, формируемый электронной пушкой 1, модулируется по скорости в зазоре входного резонатора 2 в результате одновременного воздействия двух или более ВЧ-сигналов. Под действием ВЧ-напряжений промежуточных резонаторов 3-5 в трубах дрейфа 8-10 происходит преобразование первоначальной модуляции по скорости в модуляцию по плотности и преобразование сгустков электронов. Причем в силу нелинейности процессов группирования формирование электронных сгустков происходит под действием ВС-напряжений основных частот и их комбинационных составляющих. Резонатор удвоенный частоты 6, расположенный перед выходным резонатором 7 и настроенный на частоту f_ll, выбранную в интервале
2(F_o+ Δf_p) ≅f_II ≅ 2(F_o+2 Δf_р), где F_o центральная частота рабочего диапазона частот клистрона;
Δf_p- ширина рабочего диапазона частот клистрона.

Воздействуя на формируемые электронные сгустки, ухудшает условия группирования на комбинационных частотах, что обусловливает уменьшение относительного уровня комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала в несколько раз по сравнению с известным техническим решением. Коллектор 13 служит для рассеяния кинетической энергии электронов, оставшейся у них после прохождения ВЧ-зазора выходного резонатора 7.

При выборе местоположения резонатора удвоенной частоты в последнем пространстве дрейфа, где уровень вторых гармоник частот усиливаемых сигналов относительно велик даже в линейных режимах работы клистрона, в зависимости от частоты f_II настройки резонатора удвоенной частоты относительный уровень комбинационных составляющих может быть как выше, так и ниже этого уровня в клистроне, использующем известное техническое решение, т.е. без дополнительного резонатора удвоенной частоты (кривая 14 на фиг. 2 и фиг. 3).

На фиг. 2 кривая 15 соответствует интервалу между двумя ВЧ-сигналами 0,6 Δf_p; кривая 16 интервал между двумя ВЧ-сигналами составляет Δf_p, то есть частота первого сигнала f совпадает с низкочастотным краем рабочего диапазона клистрона, а частота второго сигнала f₁ совпадает с высокочастотным краем Δf_р рабочего диапазона частот; сечение F₁ соответствует удвоенной частоте первого ВЧ-сигнала; сечение F₂ соответствует удвоенной частоте второго ВЧ-сигнала; сечение F₁ и F₂ относятся к кривой 15, сечение F¹₁ соответствует удвоенной частоте первого ВЧ-сигнала; сечение F¹₂ соответствует удвоенной частоте второго ВЧ-сигнала; сечение F¹₁ и F¹₂ относятся к кривой 16. Из фиг. 2 видно, что при настройке резонатора удвоенной частоты в пределах 2 Δf_p уровень комбинационных составляющих резко нарастает по сравнению с известным техническим решением и максимумы этого уровня располагаются вблизи вторых гармоник частот передаваемых сигналов. Очевидно, что настройка резонатора удвоенной частоты не может быть рекомендована для одновременной передачи двух и более ВЧ-сигналов. При настройке резонатора удвоенной частоты выше 2 (F_o+ +Δf_р) уровень комбинационных составляющих резко уменьшается и становится ниже, чем в известном техническом решении. При этом существует значительный интервал частот от 2(F_о+ Δf_p) до 2(F_o+2 Δf_p), где уровень комбинационных составляющих ниже, чем в известном техническом решении на 4-7 дБ.

Уровень комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала клистрона зависит не только от частоты f_II настройки резонатора удвоенной частоты, но и от точного выбора его местоположения перед выходным резонатором клистрона. На фиг. 3 приведена зависимость минимума комбинационных составляющих от выбора величины .

Из фиг. 3 видно, что уровень комбинационных составляющих уменьшается по сравнению с известным техническим решением на 3-7 дБ в интервале от 0,05 до 0,6. Минимальный уровень комбинационных составляющих реализуется при выборе относительного расстояния = 0,3. В этой точке уменьшение уровня комбинационных составляющих по сравнению с известным техническим решением составляет около 7 дБ.

При уменьшении интервала между усиливаемыми сигналами (вплоть до 0,008 Δf_р) положительный эффект увеличивается и относительный уровень комбинационных составляющих может быть дополнительно уменьшен на 10-16 дБ по сравнению с интервалом, близким к ширине рабочего диапазона частот клистрона. Введение дополнительного резонатора удвоенной частоты позволяет уменьшить уровень комбинационных составляющих и при одновременном усилении не двух, а большего числа сигналов.

Уменьшение уровня комбинационных составляющих при введении дополнительного резонатора удвоенной частоты не сопровождается снижением коэффициента усиления на частотах основных сигналов.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в радиорелейных, тропосферных и спутниковых станциях связи. Цель изобретения уменьшение содержания помех в передаваемом сигнале. Клистрон состоит из электронной пушки 1, входного резонатора 2, промежуточных резонаторов 3 5 основной частоты, труб 8 12 дрейфа и коллектора 13. Размещенный перед выходным резонатором 7 на расстоянии 0,05 0,6 длины трубки 11 дрейфа резонатор 6 удвоенной частоты настроен на частоту, выбранную в интервале 2 (F_o+Δf_р)≅ f₁₁≅ 2(F_o+2Δf_р) где F_o центральная частота рабочего диапазона частот клистрона; Δf_р ширина рабочего диапазона частот клистрона. Введение резонатора 6 удвоенной частоты снижает уровень комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала клистрона, работающего в режиме одновременного усиления двух и более ВЧ-сигналов, расположенных в одном рабочем диапазоне частот. 3 ил.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН ДЛЯ СИСТЕМ СВЯЗИ, содержащий входной резонатор, выходной резонатор, промежуточные резонаторы основной частоты, по меньшей мере один резонатор удвоенной частоты и трубы дрейфа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения содержания помех в передаваемом сигнале путем снижения уровня комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала клистрона, работающего в режиме одновременного усиления двух и более высокочастотных сигналов, перед выходным резонатором на расстоянии 0,05 0,6 длины последней, считая от входного резонатора трубы дрейфа, расположен резонатор удвоенной частоты, настроенный на частоту, выбранную в интервале
2(F_o+Δf_p) ≅ f ≅ 2(F_o+2Δf_p),
где F₀ центральная частота рабочего диапазона частот клистрона;
Δf_p ширина рабочего диапазона частот клистрона.