СВЧ-прибор О-типа с азимутально-неоднородной рабочей волной Советский патент 1992 года по МПК H01J25/00 

Итобрстсимп относится ь п : -трон- ным СВЛ-лрнборам 0-типг. .

Ит15бретр1 ;|р ч.чибг)П.:0 эффективно гюже | 1мть 1 1 -- ;1ттопп;:с1 в качест)-; ус и лчеля, гпш раторл ипи нреоОра: о-- СП 1- ми ргии .

ИсЛг. н M- dHpo т ОНИЧ ЧПЛЧОТСЯ

шрииг КГГ I f)f ii iMOi; ти ну иборов О-тнпо

г ,Ч ; .мутг:льчо нег1лно;1о/1нг и рлбочр полной.

Конструклип гк-д ьч г ас- ; : п (;i)4- лрибора лрелст.чглона ч,;- fbir. 1,2.

СВЧ-лрнбг р п-типа сглг р н г (:- тронн ЛО пуп;к I, ; . л -ч-лл ij.vK 2, коллектор i и м;п ит и Л - сисггму Д. Замедляющая cuci,. , ;:: nvi-i i ii-vv-ojib-

ко секпиП (а, п, д) с попьш гнны 1 со- протнплемигм спти, образующих iipn- страистрп взпимодеПстлия, крайняя из которых с:о сторонм коллекторп (д) расткупоженя в секциях млгиитиой снс- теьп, А, индукция магнитного поля () KOTopiitx mhfe ineTCfr в напрапле- HtiH от пушки к коллек огу (ипменение сопротирчлеиия спязи и магнитного пол углонно показано соответстпенно как изменение диаметра спирали и внутреннего диаметра фокусирующей систеьп О . На фиг. 7- притн ден вариант выполнения коигтрукпии прибора с: реверсом магнитного поля, что условно показан изменепигм полярности магнитов,

СВЧ-приОор рпботяот следующим образом.

На вход прибора подается сигнал, мощность которого (Рр, ) но порядку величины грапнима с MODJ.HOCTMO -электронного пучка на входе. Из-за того, что на участках дреГ1фа б, гмзамЕ для- lomeii системти (ЗС) сопротивление свя зи R является сравнитепыю малой величиной, амплитуда Е поля бегущей полны в обпасти пучка имеет небольшое значение но срапненшо с корот ки- ЬП1 секциями (а, в) поэтоьгу на уча{. Т ке (а, б, в, Т ) осуществляется обычн каска,цная группировка, т.е. формируются cT-ycTKir электронов со срапГ1Ител но небольпшм разбросом скоростей. Пр входе в секп,и10 (дГЗС за счет резкого увелп1че1 ия ттарпмстра спязи R. itojte Е сильно увеличивает,.: (пропорционально VR). Так как группа электронов формируется вблизи узлов поля Е на перехоле из торГ оз нце1 1 фазы в уск оря ющую, то при увеличении Е на входе и секцию (л ) она автоматтюски О1 а: мрлет ся в пртепциллт.цпй яме, со далас мой нолем б сгу;црй по.Ш ч. При этом п секции (д) ЗС возникает рс;ким аптофатпров ки эдектг оиоу) по отношет1ию к бет ущей волне, тлк 1;ак tn-за срая1Пгге тт.но не большо cKOp u THoff модуляции тпоктро ны не мотл т BhrffTH из потенциаш-Н А ямы. ТРК 1:пк рабочая волна азимуталь но неси тметрична, то введение в секцию (д) t .dHoTOHHo изменяюш.ет оси продольного fnrifiiTHoro поля приводит к ипменепип o -HorHTejTiiHoi4 скорос1и ази ,П( - 1С11ли(1рпдпой и ст устк к c f ченщо С гуситка как п.елого в сторону зкстрс чума (максимума и.ии минимума) псчя iii:-), что ПРИВОДИ к 1} фекгги иг. 1нергог|Г М(ну. При нлав

0

5

0

5 j

иом изменении амплитуды () 6erv- щей водны знерг ия колебаний электронов в сгустке изменяется пропор- Г1ионально -/Е, в то время как энер- гия постуггательного движения сгустка в целом из теняется пронорциональ- но -Е , т.е. значительно быстрее, При этом практически вся э1гергия поступательного движения сгустка участвует в энергообмене с ВЧ-полем волны, что обеспечивает значительно более высокое значение КПД и выходной юганости по сравнению с прототипам.

Нерелятивистское уравнение дчиже- )1ия периодической последовательности протяженных сгустков, захвяченньпс продольной составляющей электри чес- кого 1ЮЛЯ Е . бет ущей вдоль оси Z азимутальне-несимметричной электромагнитной волны большой амплитуды в статическом продольном магнитном поле (В) при пренебрежении силами пространственного чаряда имеет сдедую- шпЧ вид:

г . j(wf - в-Ьо2) dt

- ,.iEe

i .(Z)

u5()

2

5 j

5

0

0

5

где

С

9

m текущее время; азиг-гутзльняя координата злектро а;

номер азимутальной неоднородной волны;

GI.) - азимутальная скорость вращения потока в магнитном поле (предполагается, что поток на катоде полностью экранирован от магнитного поля),

w

постоянная раснростра Ф

неиия волны;

U - круговая частотл сигнала; V jr - фазовая скорость волны.

Подстановкой x uH;-hoZ-n0 система урпрненит) приводится к слааук чдему виду:

d X 1 ,. / , . sinv. dXv иТ f-nh,b(sin ),

,--.

V,

ш;Л« v;

dt

где V ,

, in 1

2чЬ„

при i

I u)

EI

dx

d dZ

(I)

«b

что имеет место.

S 1 Ц о

m 6 dt i когда частот колебаний осциллятора в поле волны , можно пре

dx

небречь в (1) членом с -- . При этом

d t

уравнение (1) переходит в урпвпеии для автофазной ЛБВ с экнивапентиым электростатическим нолем.

Для сохранения высокой эффективности взанмадействмя необходимо, чтобы выполтччлось следчт щее соотногаен 1е:

fл -I f / f-lfjz .

(2)

где

Rpj- глпротняпеине связи в ЗС;

Р - входная мощность. OmимяJtьн п яакон нтменення магнитного поля -южно получить ич соответст вукипего оптимп П Ного закона и }меномня электростатического поли F, (7.) в ап- тофаянон ЛБВ. Аналогично можно получить зако1 распрр-делснип соттротипле- ния связи и уряпнение бстллнса мощное- тей

Z

(3)

E E%2RI F,,dZ,

где R - - плрлмртр спяти замсдпяющр(| гис1емм; IP - полный ток электронного

нотока.

Из (3) лолу нТ1, электронный КПД вяаиьюдгйстр.ия

mlB

гтВиЛ

,(,-.. у (,..Ь)

()

где В(,Е, - индукция магнитного поля

}i начяле if конце участка изменения.

(4) справедливо до появления остановок электронов.

На практике оС.1Чно Аокусирующее поле выбирают из инте.-шала -- 0,1-0,3,

Например, при т -1, -j 0,3 получаем

что

2,П 3,0 4,0 5,0

39% 48% 53%

59%

1е при га- -2

1,3 1,5 1,7 2,0 2,2

IE 45/; 60% 75% 86% 92%

При положительных m значения г, близкие к 100%, спжно получить толтжо

ю

15

-дps

30

35

40

45

м,

50

55

при больших нереиапах M.-U-HMI нпго полч (Поле, возрастает к конлекюру). Ич этих примеров BIUIHO, что при отрицательных п (Вр и BL положительны) можно получить высокие чначення КИП уже при tn -/ и при двукратном перепаде магнитного полл по длине прибора (поле уменыпаетси по направлению к коллектору) .

Предлагаемое изобретение может быть пгпользопано в качестве усили- те:1п, генератора или преобразователя СВЧ-; нергии в энергию постоянного тока с высоким значением КПД, значительно превышающем КПД прототипа,

Режим уст лення. Фазовая Уф и груп- п jBHR Vff скорости волны имеют одт1нако-, чй знак .Амплитуда магнитного поля мед- jieHHO Нарастает к коллектору. Вывод энергии - на ко.ллекторном конце прибора .

генерации (V и V имеют разные знаки). Амплитуда магнитного ноля возрастает от пушки к коллектору. Механизм обратной связи такой же, как и в лампах обратной волны типа О, режим возбуждения генерации - жест- Knii (в тличие от с бьшных ЛОВ-0). В1-1ВОД -тер Ш1 - на пушечном конце при- 6f)i-,n .

Режим pereiiepaTHprioro усиленич - TtjT же, что и r eHopainni, за ис- к.т11 ;чен1-;нм глубины обратной связи и pa6o4ei i частоты.

Ргжим преобра с вания ВЧ- нергин в энергию постоянштго токл ( р имеют одинаковые знаки). A ;плитyдa магнитного поля умещ.шается от пушки к коллектору. Ввод iincprun - на пушечном конце прибора.

Режим преобразовании ВЧ-энерг т в

энерппо постоянного тока (V и V ,.- имеют разш.к знаки). Лг-тлнтуда магнитного поля у -1ен1. от nyiriKH к коллектору, ввод Turpj-ini - на коллекторном конце прибора.

Плавное умпнынснио сопуш гнвления связи К на ньп- . участко IC eVipn- водит к передаче части колебательной энерпп электронов бегуиим HOJIHC, что также спосог гтпует I .oi-.i.inTMinio КПД.

Для упеличения РШД нпзмож- но нспользопаниг- регсрсл м.пшпного

поля (см. фиг. 2), KOTOjililt Х-ДОНЛСТворяет условию (2). I , обиастн рсперса период ЗС догг-ген измошпыл гклчком от значения 1 перед р. jm -таifitun +i fioc.no Herri. jTpif чтом ПРПИ- чипя й1 опредетгяртгя ич углпппп

Vtг-Vфc,лf V r+ фГлР

где ф Л /,f4.p (Ьлчопая скорость полт п ЗС до и после репер- са соответственно, а

В, - МЛГИИТНЯЯ ИМДУКЦИЛ до

рёперса поля.

Изменение периода ЗС п области ре- цгрса 11ояро1гяет сохранить синхронизм т олны п сгустка, которьо марупгается при cvMibKOM злм дпеиип (ускорении) naTOFca, Тем слмым и пптофазном режиме удлетсп сфпзчропать сгусток л требуемой фазе РОЛЯ п при более глубоком его тормпжеиип (ускорении), упе.1П1чи- ная :)Hepi-oo6N eH, Конструкция с реверсом мат нитпого поля может пспольэо- }кчться rt л пифл:ипр1х приПорах совместно с и зменоиием тяга спирали с п.елью более пысокпх значений И1Д, OI j)aHFi4t Hnf.rx не1юзь:ожност1)Ю дальнейшего уменылення гаяга ЗС. В та- кпх приборах шаг ЭС и области реверса снопа г осстанап.1П{пается.

Формула изобретения

1 . СВЧ-прпбо О-типа с азимутлль- но-игодпорпдпой рабочее волной, со- элсктр(:1ПМ 1 путку, замедля- |тдук1 систему, o6pa;i iniuyKi пространство Г1заим(1дейстпия, коллемстор и магнитную cHCTefry, о т л п ч а ю щ и й- с я тем, что, с повьппения КПД и МО1ДИОСТИ, замодляю1дая система име- ет несколько участков дрейфа с пониженным сопротивлением связи, расположенных между , образуюп1и№1 пространстпо изат1МодеГ1ГТВия, МЛ1- нптная система по крапне1( мере rt об- ластп расположения одной из секций пыпг)лпепа формирующей продольное маг- нптпор поле, удовлетворяющее условию

(д))

2th

/Я

RcePb,

1, (1)

0

1 Де

,, - ffi

VV Z

(I) V

m

продольная координата, м; рабочая частота, рад/с; Фазовля скорость волны в замедляющей системе, м/с, помер азимутально пеодпород- пой волны;

отношение заряда к массе электрона, fjt/Kr; индукпия маг питпого поля, Т сопротивление связи и замедляющей системе, Ом; Р - входная MoijiHocTb, Вт,

Cft

2. СВЧ-прибор По п. 1, от л и- ч а ю |д и и с я тем, что маМтитная система nbrnojaiena формирующей продол пое магнитное поле с реверсом, причем на участке до области реверса и после него период замедляющей сис- TeN4i отли 1ается на величину 1, удо- HJ г отворяющую соотношению

17

mlBji , де

-Т- - vj-Tv; -:;;

где 1| - период замедляющей систем)

до реверсу;

В - магнитная индукция до реверса;

,, лг базовые скорости п замед- ляюп1е.й системе с периодом 1, и 1,+ill соответственно,

дзиг.2