КОМБИНИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ М-ТИПА Советский патент 1995 года по МПК H01J25/50 

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ магнетронного типа и может быть использовано при создании магнетронных усилителей, обладающих улучшенными выходными параметрами.

Известна конструкция усилителя магнетронного типа, содержащая коаксиально расположенные цилиндрический эмиттирующий катод и окружающую его разомкнутую анодную замедляющую систему (АЗС), согласованную с обеих сторон с входным и выходным СВЧ-трактами.

Основной недостаток такой конструкции магнетронного усилителя связан с малым коэффициентом усиления.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является конструкция комбинированного усилителя М-типа, состоящая из общей АЗС, с которой снимается ВЧ-сигнал, и двух катодов, формирующих электронные потоки, движущиеся в противоположных направлениях под действием скрещенных статических электрического и магнитного полей. Причем силовые линии электрического поля в обеих частях прибора имеют одинаковое направление, а направление силовых линий магнитного поля противоположно друг другу в каждом пространстве взаимодействия. Рабочие напряжения и величины магнитных полей в пространстве взаимодействия генераторной и усилительной частях прибора подбираются такими, чтобы в полосе рабочих частот прибора скорость электронного луча усилительной секции была одинаковой с фазовой скоростью прямой пространственной гармоники. В результате колебания, возбуждаемые в первой (генераторной) части прибора, передаются во вторую (усилительную) часть прибора, в которой электроны взаимодействуют с прямой волной, и происходит процесс усиления генерируемых колебаний.

Недостатками такой конструкции являются сложная геометрия пространства взаимодействия, связанная с необходимостью ввода дополнительных электродов для формирования ленточных электронных лучей, а также применение нескольких источников питания. Кроме того, линейная конструкция прибора не способствует уменьшению его габаритов.

Целью изобретения является повышение коэффициента усиления, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем два катода и АЗС, снабженную выводом энергии, размещенные в скрещенных электрическом и магнитном полях катоды выполнены в виде коаксиальных цилиндров, соосно которым между их эмиттирующими поверхностями размещена кольцевая АЗС, выполненная электродинамически разомкнутой и снабженной вводом энергии, а электрические поля между АЗС и катодами противоположно направлены.

На фиг.1 схематично представлен комбинированный усилитель магнетронного типа, поперечное сечение; дисперсионная характеристика общей АЗС усилителя приведена на фиг.2.

Усилитель содержит два катода 1 и 3, выполненных в виде коаксиальных цилиндров, соосно которым между их эмиттирующими поверхностями размещена кольцевая АЗС 2, образующая с вышеуказанными катодами внутреннее 4 и внешнее 5 пространства взаимодействия и имеющая устройства ввода 6 и вывода 7 ВЧ-сигнала. Данные устройства представляют собой стандартные конструкции, согласованные с разомкнутой АЗС, предназначенные для осуществления электромагнитной связи между внешними волноведущими системами (волновод, коаксиальная линия) и пространствами 4 и 5 взаимодействия усилителя. Для того, чтобы электродинамически развязать вход 6 и выход 7 в пространствах взаимодействия вводятся области 8 и 9 дрейфа.

Усилитель работает следующим образом.

Входной сигнал длиной волны λ_o подается на вход 6 АЗС и возбуждает в ней электромагнитное поле, которое взаимодействует с замкнутыми электронными потоками, образующимися благодаря эмиссии электронов с внешнего 1 и внутреннего 3 катодов. Данные электронные потоки под действием приложенных статических электрического и магнитного полей вращаются в противоположных направлениях, проходя поочередно пространства 4 и 5 взаимодействия и области 8 и 9 дрейфа соответственно. Рабочие напряжения и величины магнитных полей в приборе подбираются такими, чтобы скорости дрейфа невозмущенных внешнего и внутреннего замкнутых электронных потоков были равны фазовым скоростям прямой (S = 0) и обратной (S = -1) пространственным гармоникам ВЧ-поля АЗС 2 в рабочих точках А и В ее дисперсионной характеристики (фиг. 2). При этом фазовый сдвиг на ячейку для основной пространственной гармоники (S = 0) равен 0,5˙π≅ϕ<π. Синхронное вращение электронных потоков и ВЧ-волн приводит благодаря процессу фазовой группировки к образованию электронных спиц пространственного заряда, состоящих из электронов, которые двигаются по направлению к поверхности АЗС и отдают запасенную потенциальную энергию ВЧ-полю. Наличие двух электронных потоков и их взаимодействие с ВЧ-полем АЗС приводят к повышению доли потенциальной энергии, отбираемой от электронных потоков и преобразованию ее в электромагнитную энергию ВЧ-волны АЗС. В результате имеет место увеличение суммарной амплитуды ВЧ-волны, что обуславливает рост усиления в приборе.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что позволяет повысить коэффициент усиления прибора в результате увеличения доли потенциальной энергии, отбираемой от электронных потоков и преобразуемой в электромагнитную энергию ВЧ-волны АЗС, а также упростить конструкцию прибора за счет уменьшения количества управляющих электродов и уменьшить его габаритные размеры.

Использование: электровакуумные приборы СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: усилитель содержит два коаксиально расположенных цилиндрических катода, разделенных общей цилиндрической замедляющей системой. Для электродинамической развязки входа и выхода усилителя в пространства взаимодействия введены области дрейфа. 2 ил.

КОМБИНИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ М-ТИПА, содержащий два катода и анодную замедляющую структуру, снабженную выводом энергии, размещенные в скрещенных электрическом и магнитном полях, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления, упрощения конструкции и уменьшения габаритов, катоды выполнены в виде коаксиальных цилиндров, соосно которым между их эмиттирующими поверхностями размещена кольцевая анодная замедляющая система, выполненная электродинамическими разомкнутой, и снабженной вводом энергии, а электрические поля между анодной замедляющей системой и катодами противоположно направлены.