Изобретение относится к электронным приборам СВЧ.
Известные усилители магнетронного типа с катодом в пространстве взаимодействия характеризуются сравнительно невысоким коэффициептом усиления.
Предлагаемый усилитель обладает повышенным коэффициентом усиления. Кроме того, он может работать в импульсном режиме без модулятора. Особенность его состоит в том, что поверхность катода, обращенная в сторону пространства взаимодействия, представляет собой симметрично расположенные по азимуту сегменты с активной поверхностью из вторичноэмиссионного материала (например, монокристалла германия или кремния), эмиссия которого зависит от величины СВЧсигнала. Часть сегментов составляет внешний проводник коаксиального резонатора, а другая часть связана с его внутренним проводником.
Для изоляции катода от заземленного СВЧ тракта часть внешнего цилиндрического проводника, закороченного с обоих концов коаксиального резонатора, расположенная во входном волноводе перпендикулярно его широким стенкам, выполнена из диэлектрика.
Усилитель состоит из замедляющей системы 1 цилиндрической формы и катода 2 в пространстве взаимодействия, выполненного в виде коаксиального резонатора, закороченного с обоих концов металлическими элементами (поршнями) 3 и 4. Часть катода, обращенная в сторону пространства взаимодействия, состоит из чередующихся сегментов 5 и из вторичноэмиссионного материала, эмиссия которого зависит от величины СВЧ-сигнала. Сегменты 5 составляют внешний проводник коаксиального резонатора, а сегменты 6 связаны с его внутренним проводником 7 коаксиальной линии металлическими элементами 8.
Кроме того, усилитель содержит входной волноводный тракт Я выходной волноводный тракт 10, связанный с замедляюшей системой / согласующим устройством //; магнитные полюсные наконечники 12, создающие с магнитом 13 рабочую напряженность магнитного поля в пространстве взаимодействия; систему 14 жидкостного охлаждения катода.
Принцип действия предложенного усилителя основан на уменьшении шумов пространственного заряда и, следовательно, увеличении коэффициента усиления приборов магнетронного типа с катодом в пространстве взаимодействия путем увеличения амплитуды высокочастотного поля, создаваемого входным СВЧ-сигналом в прикатодной области, и введения непосредственно в эту область специального механизма сортировки электронов. Для этого предлагается входной СВЧ-сигнал подавать не на замедляющую систему, как это обычно делается, а на катод, состоящий из разделенных участков. В любой момент времени смежные участки катода находятся под высокочастотным потенциалом разных знаков. Электронный заряд начинает формироваться непосредственно у поверхности катода, что, как уже отмечалось, снижает уровень шумов в пространственном заряде. Эмиттерами могут служить все участки катода или часть их (через один). В последнем случае появляется возможность дополнительного снилсения уровня шумов, так как непосредственно у поверхности катода не будет сплошного электронного потока. Неэмиттирующие участки в этом случае изготовляют из антиэмиссионных материалов. Периодичность катодных участков соответствует периодичности высокочастотного поля, которое необходимо возбудить электронным потоком в замедляющей системе на рабочей длине волны усилителя.
Таким образом, высокочастотное поле проникает из внутренней полости катода в пространство взаимодействия и модулирует электронный поток непосредственно у поверхности катода. В этом случае амплитуда поля у катода, создаваемая входным СВЧ-сигналом, значительно больше амплитуды шумовых колебаний, пространственного электронного заряда и случайных (паразитных) колебаний, возбуждаемых в замедляющей системе и также могущих участвовать в формировании электронного заряда в прикатодной области.
Таким образом создаются условия для формирования электронного облака исключительно входным СВЧ-сигналом.
При наличии в усилителе катода, эмиссионная способность которого в значительной мере определяется высокочастотным полем, его режимом можно управлять посредством входного СВЧ-сигнала (импульсный модулятор не требуется). Для этого необходимо, чтобы катод не обладал термоэмиссией (холодный катод), а коэффициент вторичной эмиссии был умеренным.
Такими свойствами обладают некоторые полупроводники из элементов четвертой и соединения из третьей и пятой групп Периодической системы элементов Менделеева (например, монокристалл германия или кремния), в которых плотность эмиссии горячих электронов под действием высокочастотного поля достаточно велика (сотни ма/см). Амплитуда поля для эмиссии горячих электронов должна быть достаточно большой (порядка нескольких кв/см), поэтому подача СВЧ входного сигнала непосредственно на катод приобретает в данном случае особенно большое значение.
нечниками 12, и возбуждает коаксиальную линию, состоящую из внутреннего проводника 7 и внешнего проводника, образованного из двух металлических цилиндров 15 и керамического цилиндра 16. Второй керамический цилиндр 17, концентричный с цилиндром 16, является вакуумным уплотнителем и не должен вносить больших отражений в волноводе. Таким образом, коаксиальная линия, возбуждаемая входным СВЧ-сигналом, изолирована по постоянному току от всех частей прибора, имеющих контакт с землей. Поршень 18 во входном волноводе и поршни 3 и 4 в коаксиальной линии служат для подстройки передающего тракта, образованного входным волноводом 9 и коаксиальной линией 7 и 15, а также для достижения синфазности высокочастотных полей на катоде 2 и на замедляющей системе /.
СВЧ-поле, возбуждаемое в щелях, разделяющих сегменты 5 и 6, проникает в пространство взаимодействия, где вызывает описанную выше сортировку электронного потока. Сегменты, как уже отмечалось, могут быть изготовлены из материала, эмиссия которого в значительной мере определяется СВЧ-полем. Сгруппированный в спицы электронный поток вращается под действием постоянных скрещенных электрического и магнитного полей и
наводит СВЧ-сигнал в замедляющей системе /. Через вывод энергии этот сигнал направляется в выходной СВЧ-тракт 10.
Не исключена также возможность подачи на катод лишь части входного СВЧ-сигнала,
а другой его части - на замедляющую систему через входной волноводный тракт, который в этом случае уже не имеет согласованной внешней нагрузки. Входной СВЧ-сигнал через тройник и фазовращатель подается одновременно на катод и замедляющую систему. Нужную фазу входного сигнала в замедляющей системе относительно фазы входного сигнала на катоде устанавливают с помощью фазовращателя. Данный способ подведения
СВЧ входного сигнала обладает дополнительными достоинствами, так как появляется
возможность модуляции электронного потока
на заданной частоте по всему пространству
от катода к аноду.
Описанный усилитель магнетронного типа позволяет получить повыщенный коэффициент усиления и осуществить импульсный режим работы без модулятора, лищь за счет входного сигнала при постоянном напряжении на
аноде (замедляющей системе).
Предмет изобретения
1. Усилитель магнетронного типа, содержащий цилиндрическую замедляющую систему и катод типа коаксиального резонатора в пространстве взаимодействия, являющийся одновременно элементом СВЧ входного волноводного тракта, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления и обеспе
