Высокочастотный автогенератор Советский патент 1991 года по МПК H05H7/02 

1

(21)4483736/21

(22)11.07.88

(46) 23.12.91.Бюл.Мг 47

(72)Л.Д,Лобзов, Ю.П.Мазалови Н.Г.ШУлика

(53)621.384:6(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР Ns 1366033, кл. Н 05 Н 1/00, 1985.

Попов В.А. Возбуждение резонатора линейного ускорителя ЛЦ-20 ЛВЭ ОИЯИ препринт 9-9061, Дубна, 1975.

(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР

(57)Изобретение может быть использовано при создании ВЧ-систем питания линейных

ускорителей ионов и плазменных установок, использующих высокочастотный нагрев. Целью изобретения является повышение устойчивости высокочастотного автогенератора, упрощение процесса его настройки и повышение КПД. Автогенератор содержит ВЧ-усилитель 1 с выходным контуром, тракт 2 передачи мощности, шлейф 3 согласования, элемент 4 возбуждения ре- зонаторной нагрузки 5, сумматор 6, первую цепь 7 положительной обратной связи (ПОС), элемент 8 связи, вторую цепь 9 ПОС с элементом 10 связи. Схватывание ВЧ-уси- лителя второй цепью ПОС обеспечивает его устойчивую работу. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

V

О

о VJ

00

СА

Изобретение относится к генерированию электрических колебаний, а именно к высокочастотным автогенераторам может быть использовано пои создании систем ВЧ-питания линейных ускорителей ионов и плазменных установок, использующих высокочастотный нагрев.

Целью изобретения является повышение устойчивости высокочастотного автогенератора, упрощение процесса его настройки и увеличение КПД.

На чертеже изображена блок-схема высокочастотного автогенератора.

Блок-схема содержит ВЧ-усилитель 1, имеющий выходной контур усилителя, сое- диненный с трактом 2 передачи мощности, выполненным в виде коаксиального фидера со шлейфами 3 согласования, который подключен к элементу 4 возбуждения резона- торной нагрузки 5. К входу усилителя 1 подключен сумматор 6, к входам которого подключены цепь 7 положительной обратной связи (ПОС) с элементом 8 связи, установленным в резонаторе 5, и вторая цепь 9 ПОС с элементом 10 связи, установленным в тракте передачи мощности в виде коаксиального фидера, на расстоянии п -1/4 от его конца, где Я - длина волны основной моды колебаний;

п - четное или нечетное число соответ- ственно для индуктивного или емкостного элемента 10 связи.

Автогенератор работает следующим образом.

При подаче электропитания на анод усилительной лампы ВЧ-усилителя 1 шумы, а затем и колебания основного и высших типов волн, усиленные в выходном каскаде, поступают по тракту 2 передачи мбщности в резонаторную нагрузку 5. С помощью эле- мента связи и шлейфа 3 согласования настраивают выход ВЧ-усилителя 1 на максимальную выходную мощность. При этом на элементе 10 связи второй цепи ПОС наводится напряжение, пропорциональное передаваемой мощности, а на элементе 8 связи, установленном в резонаторной нагрузке 5, наводится напряжение, пропорциональное ее эквивалентному сопротивлению на основной моде колебаний.

Величины напряжений от каждой цепи 7 и 9 ПОС, складываясь в сумматоре 6, определяют соответствующий вклад в величину сигнала возбуждения ВЧ-усилителя 1.

Частота автоколебаний ВЧ-усилителя, как по цепи 7 ПОС из резонаторной нагрузки 5, так и по второй цепи 9 ПОС, определяют частотой резонаторной нагрузки 5 и на

основной моде колебаний, и на частоте возмущенной нагрузки.

Нарастание автоколебаний ВЧ-усилителя 1 по замкнутым цепям 7 и 9 ПОС продолжается до возникновения паразитного резонанса в резонаторной нагрузке 5. При возникновении паразитного резонанса в резонаторной нагрузке 5 изменяются ее эквивалентные параметры, а следовательно, изменится и фаза сигнала возбуждения ВЧ- усилителя 1 по цепи 7 автоколебаний. В связи с этим происходит резкое рассогласование входного сопротивления резокатор- ной нагрузки 5 с волновым сопротивлением тракта 2 передачи мощности, при этом мощность, поступающая в нагрузку, резко уменьшается, в связи с чем амплитуда напряжения на элементе 8 связи, установленном в резонаторной нагрузке 5, являющейся частью сигнала возбуждения ВЧ-усилителя 1, резко уменьшается.

Автоколебательный же процесс нарастания выходной мощности ВЧ-усилителя по второй цепи 9 ПОС, на частоте резонаторной нагрузки 5, возмущенной паразитным резонансом, продолжается, а мощность ВЧ-усилителя 1, обусловленная сигналом возбуждения по этой цепи автоколебаний, поступает в резонаторную нагрузку 5, приводя к увеличению напряжений ее электромагнитных полей. Это приведет к нарушению условий резонансного существования паразитного резонанса, одними из которых являются, при заданных геометрических размерах внутренних элементов резонаторной нагрузки, напряженности электромагнитных полей.

С прекращением паразитного резонанса автоматически восстанавливаются эквивалентные параметры резонаторной нагрузки 5, такие как частота основной моды колебаний, эквивалентное сопротивление на основной моде олебаний и степень согласования входного сопротивления резонаторной нагрузки 5 с волновым сопротивлением тракта 2 передачи мощности, в том числе и значение сигнала ПОС на элементе 8 связи, установленном в резонаторной нагрузке 5, в связи с чем процессы нарастания выходной мощности ВЧ-усилителя 1 по каждой из цепей автоколебаний продолжены одновременно.

Если же по мере увеличения мощности, поступающей в резонаторную нагрузку, в ее объеме возникнет следующий паразитный резонанс с более высоким порогом существования, то он преодолен аналогичным образом благодаря не прекращающемуся автоколебательному процессу нарастания ёыходной мощности ВЧ-усилителя по в го

рой цепи положительной обратной связи, при котором мощность продолжает поступать в резонаторную нагрузку.

Величина связи элемента связи второй цепи ПОС с соответствующей составляю- щей электромагнитного поля тракта передачи мощности устанавливается такой, чтобы мощность ВЧ-усилителя, обусловленная возбуждением этим сигналом, превосходила порог развития высшего паразитного ре- зонанса. Дальнейший же рост выходной мощности ВЧ-усилителя до номинального уровня определяется сигналом ПОС из ре- зонаторной нагрузки. Элемент 10 связи второй цепи 9 установлен в тракте 2 передачи мощности на расстоянии, кратном А/4 от его конца. Этим самым устраняются возможные перенапряжения в высокочастотном автогенераторе в случае электрических пробоев в автоколебательной цепи, охваты- вающей ВЧ-усилитель 1 и резонаторную нагрузку 5, не резонансного характера.

Поскольку величина сигнала возбуждения ВЧ-усилителя по второй цепи ПОС определяется выходной мощностью ВЧ- усилителя, то и нарастание автоколебаний по второй цепи ПОС всегда устойчиво. В этом заключается основное преимущество от известного устройства, где напряжение с дополнительной петли ПОС, установленной в резонаторной нагрузке, зависит от ее эквивалентных параметров и может быть равным нулю при уменьшении до нуля ее эквивалентного сопротивления

Таким образом, схватывание ВЧ-усилителя второй цепью ПОС из тракта передачи мощности обеспечивает его устойчивую работу при работе на резонаторную нагрузку с возникающими в ней паразитными резо- нансами При этом увеличивается КПД ВЧ- автогенератора, поскольку не требуется предварительный усилитель, и упрощается процесс его настройки в рабочий режим.

Формула изобретения

2.Автогенератор по п. 1,отличающий с я тем, что элемент связи второй цепи положительной обратной связи установлен в точке минимальной связи со стоячими электромагнитными волнами основного типа колебаний тракта передачи мощности.