Способ формирования шумового сигнала в СВЧ-приборах пролетного типа Советский патент 1992 года по МПК H01J25/00 H03B29/00 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано при создании радиоприемной и радиопередающей аппаратуры.

Целью изобретения является расширение полосы частот выходного шумового сигнала.

Воздействие на электронный пучок дополнительным низкочастотным шумовым сигналом, амплитуда которого удовлетворяет приведенным в формуле изобретения соотношениям, приводит к тому, что, не влияя в первом приближении на характер формирования каждого отдельного сгустка, этот дополнительный сигнал меняет среднюю скорость пучка, г,е. меняет скорость тех невозмущенных регулярным высокочастотным сигналом электронов, вокруг которых происходит формирование сгустка. Действительно, первое из неравенств 11шум Uo, где U0 - постоянное напряжение; Кщум

щ

Ё

2 У- /fU (t)2 d t - амплитуда шумового 1 о

сигнала, говорит о том, что напряжение пучка при подаче дополнительного шумового сигнала меняется в среднем меньше, чем на ±50%. Это обеспечивает в среднем небольшие (± 25%) изменения скорости потока и времени пролета пучком трубки дрейфа. Учитывая плавность зависимости степени группирования частиц в сгустки от времени пролета, можно полагать, что. если условие формирования сгустков при отсутствии дополнительного сигнала выбрано оптимальным, то интегральная по полосе частот мощность сохраняется, а спадание спектральной плотности мощности к краям диапазона не превышает в среднем 10%.

О

Јь

О 4Ьь

t

На практике обычно имеет место силь-ное неравенство Ушум « Uo. так что неравенство в формуле изобретения фактически ясегда выполняется.

Однако при подаче дополнительного (пудового сигнала в цуге сгустков, которые влетают в пространство взаимодействия во йремя нарастания низкочастотного сигнала, последующие слустки будут иметь скорость выше.чем прг- пыдущие. Следовательно, влекмшше позже сгустки будут догонять предыдущие, т.е. расстояние между ними будет уменьшаться по сравнению с тем, которое было между ними при воздействии одного лишь регулярного высокочастотного сигнала. В цуге сгустков, попадающих на спад низкочасто HOIQ напряжения, расстояния между сгустками будут наоборот увеличиваться.

Для того, чтобькэтот процесс изменения периода формирующихся сгусгков был достаточно сильно выражен и уширониг; полосы выходного сигнала превышало ее расширение при обычном смешении частот, как это имеет место в прототипе, должно выполняться второе неравенство, приведенное в формуле изобретения.

Действительно, если рассматривать низкочастотный шумовой сигнал как совокупность синусоидальных сигналов со случайными фазами, го, применив обычную кинематическую теорию дрейфа частиц к раечоту смещения частоты следовании сгу- сгкоп под действием cm нала частоты И и

напряжения иЩум. приняв, что частота Q есть высшая частота в спектре низкочастотного шума и потребовав, чтобы смещение частоты dat превысило уширение полосы при смпшипании моно ромагического сигнала на частоте f/ui шумового с полосой , ДО, придем к второму норавенству в формуле изобретения.

Непротиворечивость этих двух неравенств, т.е. возможность подобрать такое

значение Уш ум, чтобы оба неравенства одновременно выполнялись, обеспечивается на практике тем, что отношение крайних величин в этих неравенствах составляет обычно не менее 2 3 порядков. Так для частот (О. соответствующих длинам вплн, ле, (О

жащим в мил пимет ропом диапазоне (т)-

- 30 ГГц), отношение - , рабочее напряжение для MHOIHX усилительных приборов не превышает (1 -2} W В. т.е. ,2

ж Угт;

о . 1Г|-2 fli Ti С

(Uo- -2e

а величина ;,- где

с - скорость света; L - длина пространства взаимодействия в пролетном приборе, оказывается порядка единицы, В силу этого при наличии достаточно мощного и широко- полосного усилителя шумового сигнала оказывается возможным подобрать такое знз- чогие, кпторое лежит между величинами

.. AQ.. JU0 с Uo и -7-г и0)щ .

0 Способ иллюстрируется чертежом.

К высокочастотному входу пролетного прибора 1 подключен выход высокочастотного генератора 2 регулярного сигнала. В пролетных приборах типа ЛБ8 высокоча- 5 стотный входной тракт связан с замедляющей системой, выполненной обычно в виде спирали. В случае использования твистрона входной тракт соединен с модулирующим резонатором.

0В рассматриваемом примере к низкочастотному входу пролетного прибора 1 подключен сумматор 3, к сумматору подключены генератор 4 постоянного (или импульсного) напряжения и низкочастотный усили- В толь 5. к входу которого, в свою очередь, подключен выход генератора 6 низкочастотного шума. Роль сумматора 3 в схеме сводится к согласованию выходных сопротивлений генератора 4 и усилителя 5 с входным 0 сопротивлением низкочастотного входа пролетного прибора 1.

Выбор конкретного выполнения диктуется особеностями конструкции пролетного прибора 1 и его мощностными характери- 5 стиками. Так генератор 4 постоянного {или импульсного) напряжения может быть подключен k катоду электронной пушки усилительного прибора 1 (полярность его должна быть при этом изменена). Генератор б низ- 0 кочастотного шума может быть при этом подключен к управляющему э/тектроду пушки усилителя или вместе с генератором А через сумматор 3 к катоду. В варианте с использованием твистрона оба эти генера- 45 тора могут быть подключены к корпусу входного модулирующего резонатора.

Для улучшения спектральных свойств шума на выходе усилительного прибора 1 к высокочастотному его входу может быть до- 50 полмительно подключен генератор высоко- часютного шума подобно тому, как он подключен к прибору в прототипе.

На электронный пучок воздействуют регулярным СВЧ-сигналом от генератора 2, 55 имеющего выходную мощность 5мВ т и

,.- - - 38 ГГц, что при подаче от генератора 4

постоянного напряжения обеспечивает в результате оптимальную группировку электронов в сгустки как при отсутствии дополнительного низкочастотного сигнала, так и при его наличии.

Дополнительно на прибор 1 подают низкочастотный (с верхней полосой в спек- О

тре 600 МГц) шумовой сигнал от генератора б, предварительно усиленный низкочастотным усилителем 5. В результате амплитуда шумового сигнала достигает 30 В, что обеспечивает выполнение неравенства

UH4 s it шум Uo.

Под действием этого дополнительного сигнала в электронном пучке происходит смещение формирующихся сгустков относительно друг друга, причем при указанных параметрах выполняется второе неравенство и согласно формуле это смещение, пересчитанное в эквивалентное смещение возбуждаемых сгустками частоты, составляет

с

- ±4 %. Следовательно, предлагаемый

способ позволяет получить на выходе СВЧ- пролетного прибора высокочастотный широкополосный шумовой сигнал,

Формула изобретения Способ формирования шумового сигнала в СВЧ-приборах пролетного типа, вклю0

5

0

5

чающий модуляцию электронного потока основным высокочастотным сигналом частоты (О и дополнительным шумовым сигналом в начале пространства взаимодействия и отбор энергии выходного шумового сигнала, отличающийся тем, что. с целью расширения полосы выходного шумового сигнала, в качестве дополнительного шумового сигнала используют низкочастотный шумовой сигнал, при этом выполняют следующее соотношение:

ДО.. с ..нч V..

fиГ 2QL UujyM Uo где и0 - постоянное напряжение:

UuiyM - амплитуда напряжения низкочастотного шумового сигнала;

L-длина пространства взаимодействия в пролетном приборе, м;

Q - верхняя частота спектра низкочастотного шумового сигнала, рад/с;

ДО- ширина спектра низкочастотного шумового сигнала, рад/с; .2

Ue

m с

2е

с - скорость света, м/с; m - масса электрона, кг; е - заряд электрона, Кл.

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано при создании радиоприемной и радиопередающей аппаратуры. Целью изобретения является расширение полосы частот при генерации СВЧ-шумового сигнала. Цель достигается дополнительной модуляцией электронного потока в пролетных СВЧ-приборах низкочастотным шумовым сигналом, амплитуда которого удовлетворяет соотношению, указанному в формуле изобретения. 1 ил.

Выход

-