Генератор дифракционного излучения Советский патент 1992 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к электронике СВЧ, а именно к электровакуумным приборам миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, и может найти применение в радиолокации, системах связи, спектроскопии и других областях науки и техники, где наряду с большой мощностью источника эле1стромагнитных колебаний требуются высокая стабильность частоты и устойчивость генерации.

Целью изобретения является поньше-- кие стабильности частоты генера11,ии и улу Ш1ение спектральных характеристик, одновременно достигается увеличение срока (утужбы генератора дифракционного излучения (ГДИ).

На фиг. 1 изображен общий вид ГДО; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг. 3 - ГДИ с многими электронными потоками; на фиг. Д и 5 - амплитудно- частотные характеристики (АЧХ) открытых резонаторов предложенного ГДИ и ГДи-прототипа; на фиг. 6 - перестро . ечные кривые ГДИ /цифрами обозначе-.: на мощность излучения в милливаттах),

ГЛИ содержит открытый резонатор, образованный зеркалами 1 и 2, диодную пуш1су 3, ко-члектор 4, на который собирается электроит)й пучок 5. В зеркале 1, выполненном, насфимср, в виде ропнутой части сферической попорхЮ

СЮ

««

постп расположен вывод СВЧ-энергин. Щелевой вывод 6 СВЧ-энг рг-ии располо- . жен п шюскости, перпендикулярной граням эшелеттов 7 и В„ Зеркало 2 представллет собой комГЗннацию из двух прямоуголы ых эшелетто:з 7-н 8, размещенных зеркально-симметрично относительно гаю скости симметрии прибора а грани 9 эшелеттов, обращена в сторону зеркала 19 расположены в плос- костях перпендоисулярзшт оси резонатора и центрапьиой части 10 с периодической структурой 1,

ГДИ, выполнен1а.1Й по п. 2 формулы изобретения, содержит дополнительные rtepиoдичecкиe структуры 12, размещенные на гранях 9 эшепеттов 7 и 8, Вблизи допошштельных периодических структур 12 пропускаются дополнительные электропньте пущси 13, фop 5иpyeмыe элeктpoнны ш пушками и собираемые .«v па общем коллекторе.

Для проверки селективных свойств открытого резонатораJ образованного сферическим зеркалом 1 и эшелеттами /, 8, были проведены сопоставительные измерения АЧХ такого резонатора, резонатораJ образованного сферичес- . КИМ зеркалом и уголком, и резонатора, образовайИого сферическим и гашским зеркалами. При этом параметры резона торов подбирались , чтЪбы сов падали области частот и размеры апертур. АЧХ 1 резонатора, образованного плоским и сферическим зеркалами, содержит близкорасноложениые разонап- , более разреженной является АЧХ

)ероуголкопого резонатора,

16резонатора с двумя зшелеттами еще более разрежена,

; Резонансные кривые 17-21 зависимости напруженной добротности колебаний резонаторов от продольного числа 2L

q-y-.

где 7 дтшна волны

. L - расстояше меноду зеркалами . показывают, что кривгш Г/, соответст- вующая основному типу колебаний открытого резонатора с эшелеттами, более узкая, чем 1фивап В относящаяся к резонатору с плоским и сферическим зеркалами, внешние типы колебаний (кривые 19-21) вЬзбу)вдаготся. горазда , слабее, чем основной тип колебаний.

ГДИ работает следующим образом.

Ие юдулировпнпый электронный пучок 5,, двигаясь пдапь г ериодической струк

5

0

5

туры 1 , возГ уждает дифракционное излучение, уходящее к зеркалу I. При совпадении частоты излучения с собственной частотой колебания в открытом резонаторе, имеющего Е-поляризацию, в последнем происходит возбуждение высокодобротного колебания. Это при- водит к пойвлению сильных СВЧ-полей как в объеме резонатора, образованного зеркалами 1 и 2, так и вблизи пе- риодической структуры 11 и появлению модуляции по плотности в электронном пучке. Модулированный электронный пучок возбуждает мощное когерентное .дифракционное излучение, часть кото- ;рого и выводится через вывод СВЧ-энер- гии в зеркале I.

. Особенность селективньтх свойсФв данного открытого резонатора определяется свойствами двух симметрично расположенных зшелеттов. Такой выбор конструкции открытого резонатора связан с тем, что в ГДИ может быть использован ТОЛЬКО Е-поляризова2| 1ьгй эшелетт (и этом случае вектор.Е направлен вдаль граней эшелетта, обра- щеншх в CTopo iy первого зеркала, на этих гранях размещены периодические структуры), отличительной особенностью которого является практически пол лое преобразование первой гармоники (основной в автоколлимационной схеме) в нулевую, которая практически полностью высвечивается в свободное пространство. В результате потери энергии в открытом резонаторе с од- шм эщелеттом могут достигать 100%. Предложенная конструкция лишена этого недостатка, так как гyлeвaя гармоника, преобразуемая в первую на второй Части уголкового эшелетта, и попадает на сферическое первое зеркало Существование добротных Е-поля- ризованных колебаний в сфероуголко- воэшелеттном открытом резонаторе подтверждено экспериментально полу- чен1ыми результатами.

Выбор ширины центральной части, равной продиктован необходимостью проникновения Е-поляризо- ванной относительно образующих решетки волны в полость-волновод с центральной дифракционной решеткой, вблизи которой локализован электронный пучок, одномодовым режимом рзспрёде- ле1-шя волн в полост);--1Н;11ц.1поде, малыми омическими потер;и-гн в . ПОЛО с ти-вол ново да.

А-А

фиг 2

Изобретение относится к электронике СВЧ, а именно к электровакуумным приборам м шлиметровогд и.субмиллиметрового диапазонов длин волн. Целью изобретения является повьпиение стабильности частоты генерации и улучшение селекции колебаний. Цель достигается тем, что периферийные части одного из зеркал генератора дифракционного излучения образованы двумя эше- леттами, раснапоженными в соотпетст- ВИИ с формулой изобретения. Открытый резонатор, образованный сферическим и эгаанетто-утолковым зеркгшами, имеет значительно более разреженшлй спектр собственных колебаш1й, чем резонатор с апоским и сферическим зер- каиами или pe3oitaTop со сферическим и уголковым зеркапаьт. Возможно также расположение дополнительных периодических решеток и дополнительных электронно-оптических систем на гранях эшелеттов. Максимальная мощность генератора может достигать 7 5т в непрерывном режиме. 6 ил. с Ш

Фиг.1

Фиг л

к т 38 4

Фа.З

mo

x/w Х/Ш яда

«ч

Ji250

JtBOO х

1

e,

.лог {й

;ь.

°- «3ffff хГ (.. да .

0 M

..

-- fffO --.,

-ojso - «-LfiTsZ - л

Г70

X//0.

- .

,37.

.-

l/ffU

800д- °°

З гЛ 4SilfffSР7Р5 99 f, Ггц

«ч

Ji250

JtBOO

ssi ;ь.

°- «3ffff хГ (.. да .

-

l/ffU

800д- °°

б«Я

Фиг. 6