ПРИБОР СВЧ-ДИАПАЗОНА Советский патент 1973 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к электронным лр -iборам, ,преобразуюш. энергию постоянного тока IB СВЧ-зн0ргию.

Известный ОВЧ-прибор содержит электронную пушку, ВХОДНОЙ и ВЫХОДНОЙ резонаторы и расположенную между ними систему пространственного разделения модулированного по скорости электронного потока.

Однако в известно.м приборе отражен-ньг.-; электроны не участвуют в энергообмене с СВЧ-:полем и нагружают входной резонато)) по постоянному току, что снижает выходную

МОЩНОСТЬ.

Целью .изобретения является повышение щыходной мощности и к. п. д. лрибора в генераторнол режиме при повторном взаимодействии медленных электронов со входным резонатором.

Для этого оистема разделения вьгаоЛНена в виде замкнутой ка1Мвры с отверстиями на стенках, обращенных к обойм резонаторам, а расстоя1н-ие :Между входным резонатором и 10ИСте.мой разделения 1соответствует иути, проходимому электронами за четверть период:высокочастотных .колебаний.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 лриведена схема конструкции Пр;;бора; -па фиг. 2 - характер распределения поля, если пространственный заряд невелик

или отсутствует; на фиг. 3 - xapaiKTep расприделения поля, если пространсрвенный заряа велик; на фиг. 4 - распределение электронов по энергиям В разных сечениях пучка по его движению; на фиг. 5 - схема оптической ici -стемы прибора малой или средней мощности. Прибор содержит катод / с фокусирующим электродом, входной резонатор 2, выходной резонатор 3, систему разделения 4, канал связи 5 между резонаторами, выводы 6 электромагнитных волн, коллектор 7.

В работе прибора используют принцип огсечки тока. Если пр0странственнь1й заря.ч невелик или отсутсивует, то характер распределения поля будет иметь вид, приведенный на фиг. 2, где 8 - эквипотенциали, 9-траектория отражаемого электрона, 10 - траектория проходящего электрона.

Если электронный пучоК тормозится до нуля в середине системы разделения 4, то вследствие большого Пространст1венного заряда значительная часть проходящих электронов фонтанирует и оседает на внутренних стенках ка.меры (iCM. фиг. 3).

Н фиг. 3 11 - эквипотенциали, 12 - траектория электрона.

Прибор работает -следующим образом.

Пусть потенциалы катода / и системы разделения 4 равны нулю, а резонаторов - единице. При этом протяженность системы разделения 4 такова, -что потенциал в плоскости ее симметрии, перпендикулярНОЙ .направлению движению иучка, близок к нулю. Пусть также канал :овязи 5 между резонаторами 2, 3 и они сами отрегулированы таким образом, что амплитуда высокочастотного напряжения во входном резонаторе равна 0,5, а в выходном 1,5. Предположим, что углы (пролета во входном 2 и выходном 3 .резонаторах близки к нулю, а расстояние от резонатора до системы разделения 4 электроны проходят за четверть периода :колебаний.

Обратимся к распределению электронов по энергиям (см. фиг. 4). Перед входным резодатором 2 пучок не Идмеет модуляции ;по энергии (прямая cf). Мощности пуч.ка соответствует квадрат acfg (а1бС|Ци1оса имеет размерность тока, ордината - напряжения). После прохождения входного резонатора 2 распределинию по энергиям соогвегствует кривая bde. Пр.н этом мощность пучка (ллощадь фигуры abdefg) не изменилась. Группа замедленных электронов (кривая bd) отражается от системы разделения 4 фокусирующим зеркалом и возвращается во входной резонатор через половину периода колебаний. При этом картину полей в системе разделения 4 целесообразно сделать такой, -как сильно замедленные, так и слабо замедленные электроны возвратил.ись точно через половину периода. Это принципиально :возможно, ибо сильно замедленные электроны отражаются раньше и проходят меньшее расстояние. Проходя второй раз через входной резонатор 2, электроны отдают площадь фигуры abh. СВЧ-полю энергию, -которой (соответствует

Групяа ускоренных электронов (кривая de) проходит сквозь систему разделения 4, фокусируется бю и отдает часть своей энергии полю выходного резонатора. Этой части соответствует площадь фигуры hefg. В результате электронный «. п. д. составляет 64%. Для повышения к. п. д. целе1соо1бразно применять рекурацию.

Коллекторами, в которых осуществляется рекуперация, могут служить -как 10И1стема разделения. 4, так и оконечный коллектор 7. Система разделения 4 может быть коллектором электронов (см. фиг. 3), энергия которых мало изменялась при прохождении сквозь входной резонатор. В этом случае ее потенциал следует несколько повысить. Ожонечный коллектор 7 работает обычньгм образом. Таким образом, устройство -имеет меньшую длину, чем пролетно-отражательный клистрон и не требует специальной фокусирующей системы.

Из числа возможных применений изобретения можио указать следующие.

1.Низковольтный генератор большой мощности дециметрового диапазона для промышленного применения. В этом случае прибор должен иметь развитую катодную систему, например множество расположенных по кругу параллельно друг другу ленточных катодов.

2.Генератор .малой или средней мощности, в частности сантиметрового диапазона. Такой генератор может иметь один катод, где эмиттирующее покрытие нанесено на дно выдавленных в нем канавок. Оптическая система такого генератора приведена на фиг. 5. Система содержит катод 13, эмиттирующее покрытие J4, сетки 15 входного резонатора, систему распределения 16, сетки 17 выходного резонатора, коллектор 18.

Предмет изобретения Прибор СВЧ-диа1пазона, содержащий электронную пушку, входной и выходной резонаторы и расположенную между иими систему разделения быстрых и медленных электронов, имеющую Потенциал, близкий к потенциалу катода, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности и к. п. д. прибора в генератор,но.м режиме при повторном вза гмодействии медленных электронов со входным резонатором, система разделения выполнены в 1виде замкнутой камеры с отверстиями н-i стенках, обращенных « обоим резонаторам, а расстояние между входным резонатором и системой разделения соответствует пути, проходимому электронами за четверть периода высокочастотных колебаний.

Фиъ 2

Фиг. 3

а.

15 16

фцг. 5