УСИЛИТЕЛЬ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ЦИКЛОТРОННОГО ТИПА Советский патент 1968 года по МПК H05H7/02 

Изобретение относится к классу электровакуумных приборов сверхвысокочастотного диапазона.

В известных мощных усилителях миллиметрового диапазона циклотронного типа с гладкими электродинамическими системами возможно самовозбуждение на встречной волне.

Предлагаемый усилитель позволяет ликвидировать самовозбуждение и повысить коэффициент усиления.

Это достигается тем, что поперечные размеры волноводной системы плавно (адиабатически) возрастают от середины волновода к вводу и выводу мощности. При этом напряженность продольного магнитостатического поля, направляющего спирализованный электронный поток, плавно уменьшается от середины к краям волноводной системы, что обеспечивается соответствующим распределением ампер-витков соленоида. Этому условию, в частности, удовлетворяет распределение поля соленоида с равномерной плотностью ампер-витков при определенном соотношении длины соленоида и его диаметра.

На чертеже показан предлагаемый усилитель.

Усилитель включает волновод 1 с изменяющимся вдоль длины поперечным размером, устройства ввода 2 и вывода 3 мощности, основной соленоид 4, устройство формирования 5 поливинтового (спирализованного) электронного потока 6 с большой энергией во вращательном движении и коллектор 7 электронов.

Известно несколько типов устройств, пригодных для формирования поливинтового потока. На чертеже показан один из возможных вариантов такого устройства, состоящего из кольцевого катода 8 с фокусирующим электродом, анода пушки 9, вспомогательного соленоида 10, внутреннего и внешнего магнитопроводов 11, образующих кольцевой зазор 12 для пропускания электронного потока.

Устройство формирования 5 и коллектор 7 могут быть изолированы от волновода 1 керамическими изоляторами 13 и 14, причем зазор между коллектором и волноводом снабжается дросселем, препятствующим излучению.

На чертеже показана также зависимость 15 индукции магнитного поля B_Z от продольной координаты Z.

Усилитель работает следующим образом.

Электронный поток, эмиттируемый катодом 8, отклоняется поперечным магнитным полем в зазоре 12 между внутренним и внешним магнитопроводами 11 и попадает в продольное магнитное поле основного соленоида 4. В нарастающем краевом магнитном поле этого соленоида поперечные скорости электронов спирализованного потока 6 возрастают за счет уменьшения продольной скорости. Поступающий через устройство ввода 2 сигнал модулирует электроны по поперечным скоростям, и в результате дальнейшего взаимодействия электронного потока с бегущей попутной волной происходит усиление последней. Отработанные электроны улавливаются коллектором 7. Поскольку коллектор изолирован, возможно применение рекуперации.

Эффективное взаимодействие электронного потока с попутной волной обеспечивается согласованием законов изменения диаметра волновода и напряженности постоянного магнитного поля по соотношению:

где е - заряд электрона; m - его масса; ω_к(Z) - «локальное» значение критической частоты волны выбранного типа; ω₀ - средняя частота рабочего диапазона; Δ - малая величина, обеспечивающая оптимальную величину рассинхронизма.

При взаимодействии электронного потока со встречной волной разность допплеровской частоты и циклотронной частоты будет существенно изменяться вдоль волновода, что приведет к увеличению стартовых токов. Устройство волноводной системы, кроме того, затрудняет возбуждение ее как единого «резонатора», которое могло бы иметь место в регулярном волноводе на частоте, близкой к критической. Указанные факторы обеспечивают устойчивую работу предлагаемого усилителя.

Напряженность продольного магнитостатического поля, направляющего спирализованный электронный поток, плавно уменьшается от середины к концам волноводной системы, обеспечивая условия оптимального взаимодействия электронов с полем незамедленной попутной волны при некоторой отстройке от синхронизма циклотронных колебаний и встречной волны.

Усилитель миллиметрового диапазона циклотронного типа, состоящий из волновода, устройства ввода и вывода мощности, соленоидов, создающих магнитное продольное поле, и коллектора электронов, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления и устойчивости против самовозбуждения, волновод выполнен с плавно (адиабатически) изменяющимися поперечными размерами с возрастанием размеров от середины волновода к его концам.