УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН Советский патент 1973 года по МПК H01J25/10 

1

Изобретение относится к электрониым приборам типа «О.

Известны широкополосные усилительные клистроны, выходная система которых выполнена в виде лшогозазорного резонатора, в частности четырехзазорного, с пролетными труба-ми, .прикрепленными к корлусу металлическими стержнями. Вол-новое сопротивление таких резонаторов значительно превышает волновое сопротивление однозазорного резонатора, поэтому полоса пропускания клистрона может быть расширена.

Наиболее распространены многозазорные резонаторы, в которых сдвиг по фазе соседними зазорами составляет 0° или 180°, поскольку эти резонаторы имеют наибольшее волновое сопротивление по сравнению с резонаторами, работающими на других видах колебаний. Приближенно можно считать, что волновое сопротивление многозазорных резонаторов с синфазным (сдвиг по фазе между зазорами 0°) или противофазным (сдвиг по фазе между зазорами 180°) распределеиием полей йропорцнонально числу зазоров.

Однако использование многозазорных резонаторов, имеющих больще двух зазоров, для получения максимальной полосы пропускания прибора затруднено. Если резонатор работает на противофазных колебаниях, то можно получить низкие нагруженные добротности рабочего вида колебаний. Нагрузить резонатор можно, .например, коаксиальной линией, наружный проводник которой замкнут на корпус, а внутренний - на какую-либо трубу. Электрическое поле между промежуточными трубами и корпусом такого резонатора имеет максимальную величину в середине промежуточных труб, поэтому волновое сопротивление резонатора занижено из-за наличия емкостей между промежуточными пролетными трубами и корпусом. Если увеличить количество поддерживающих стержней, т. е. уменьшить связь между полями соседних зазоров, то емкость уменьшится и волновое

сопротивление возрастет. Однако при этом уменьшится разделение по частоте колебаний рабочего и соседних видов. Уменьшение разделения частот препятствует измерению низкой нагруженной добротности рабочего вида

колебаний и ограничивает применение в широкополосных приборах резонаторов п.ротивофазных колебаний с большим числом зазоров. При использовании резонаторов синфазных колебаний электрическое поле между промежуточными трубами и корпусом проходит через Нуль в середине промежуточной трубы. Волновое сопротивление такого резонатора весьма высоко и не зависит от количества стержней, поддерживающих промежуточные трубы, т. е. степени связи между полями смежных зазоров. Применяя наименьшее количество поддерживающих стержней, например два стержня, можно получить резонансные частоты соседних колебаний, лежащие за пределами рабочей полосы, без уменьшения .волнового сопротивления.

Недостатком резонаторов, работающих на синфазных колебаниях, является трудность достижения низких добротностей. Действительно, иапрузить такой резоиатор до добротности Q 10-H-15 с помощью коаксиальной линии, внутренний проводник которой замкнут на промежуточную трубу, а наружный на корпус, невозможно, так как электрическое поле между промежуточной трубой и кор-пусо,м мало. Другие виды нагрузки, например индуктивная петля в резонаторе, образованная внутренним проводником коаксиальной линии {наружный проводник замкнут на корпус щелевой волноводный вывод энергии), также не позволяют достичь величины нагруженной добротности Q 10-f-15, необходимой для получения полосы пропускания выходной системы, равной 7-10% и больше.

Цель изобретения - расширение полосы пропускания усилительного клистрона. Цель достигается за счет того, что в клистроне в качестве выходного используется многозазорный резонатор, средняя пролетная труба которого выполнена таким образом, что расстояние между поперечными осями прилегающих к ней зазоров в два раза меньше или больще расстояний между поперечными осями одного из средних и смежного крайнего зазоров. Рабочий вид колебаний резонатора выбран таким, чтобы обеспечить сдвиг по фазе между напряжениями на зазорах, разделенных большей пролетной трубой, равный 0°, а сдвиг по фазе между напряжениями на зазорах, разделенных малой пролетной трубой, 180°.

Размеры пролетных труб выбираются из условия получения максимального к. п. д., при этом угол пролета электронов между поперечными осями зазоров, разделенных большой пролетной трубой, близок к 360°, а угол пролета электронов -между поперечными осями зазоров, разделенных малой пролетной трубой, близок к 180°.

В такой конструкции имеются преимущества как синфазного, так и противофазного резонатора. Во-первых, благодаря применению пролетных трубок, разделяк щих зазоры с нулевым сдвигом фаз между напряжениями, обеспечивается |более высокое волновое сопротивление, чем в противофазном резонаторе. Во-вто,рых, количество поддерживающих стержней для трубок может быть минимальным, что обеспечивает большую связь полями зазоров и соответственно больший разнос частот рабочего и соседних видов колебаний, чем в резонаторах, работающих на

противофазных колебаниях. В-третьих, в резонаторе предложенной конструкции легко получить низкую нагруженную добротность Q 74-10. Для этого, как и в резонаторе с противофазным .распределением полей, в качестве нагрузки используется коаксиальная линия, внутренний проводник которой замкнут на пролетную трубу, разделяющую зазоры с противофазным распределением напряжений, а наружный - на корпус. Таким образом, в предложенной конструкции можно одновременно получить большое волновое сопротивление, достаточно хо.рО:щее разделение рабочего и соседних видов колебаний резонатора и низкую нагруженную добротность. На фиг. 1, 2 показан выходной резонатор, варианты.

Средняя пролетная труба 1 (фиг. 1) разделяет зазоры с синфазным распределением полей, крайние пролетные трубы 2, 3 разделяют зазоры с противофазным распределением полей (направление полей показано стрелками). Нагрузкой резонатора является коаксиальная линия, внутренний проводник 4 которой замкнут на пролетную трубу 2, а наружный проводник 5 - на корпус 6. В экспериментальном образце предложенной конструкции удалось получить нагруженную добротность и ниже и достаточный разнос

по частоте резонансных частот рабочего и соседних видов колебаний.

Средняя пролетная труба / (фиг. 2) разделяет зазоры с противофазным распределением полей, крайние трубы 2, 3 разделяют

зазоры с синфазным распределением полей. Нагрузкой резонатора является коаксиальная линия, внутренний проводник 4 которой замкнут на т.рубу /, а наружный 5 - на корпус 6.

Предмет и зобретения

:1. Усилительный клистрон, содержащий четырехзазорный резонатор, к корпусу которого металлическими стержнями прикреплены средняя и крайние пролетные трубы, разделенные зазорами, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы усиливаемых частот, средняя и крайние пролетные трубы выполнены разной длины.

2. Клистрон по п. 1, отличающийся тем, что средняя труба выполнена короче крайних так, что расстояние между поперечными осями прилегающих к ней зазоров вдвое меньше расстояния -между поперечными осями зазоров, прилегающих к крайним трубам.

3. Клистрон по п. 2, отличающийся тем, что средняя труба выполнена длиннее крайних так, что расстояние между поперечными осями прилегающих к ней зазоров вдвое больше расстояния между поперечными осями зазоров, прилегаюших к крайним трубам.

Фиг.1

Фиг. 2