Лампа обратной волны Советский патент 1978 года по МПК H01J25/40 

(54) ЛАМПА ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ

Изобретение относится к электровакуумной электронике СМЧ, точнее к устройству ламп обратной волны и может быть применено в приборах радионавигации, радиолокации, диагностики плазмы для генерирования радиоволны миллиметрового и субмиллиметрового дианазонов. Известны источники СВЧ колебаний типа «лампа обратной волны (ЛОВ). Такие источники обладают наряду со средней мощностью достаточно широким диапазоном перестройки частоты. Они допускают перестройку частоты автоколебаний в широком диапазоне. Однако перестройка достигается только путем изменения напряжения, приложенного к периодической замедляющей структуре по отношению к катоду, т. е. с затратой мощности 1. Известна также лампа обратной волны с продольным магнитным полем для генерации радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, содержащая вакуумноплотный корпус, электроннооптическую систему, формирующую параксиальный электронный ноток, периодическую замедляющую структуру, например «гребенку, в волноводе, составляющую с ним пространство взаимодействия и расположенную под острым углом к оси электроннооптической системы, и вывод энергии 2. В этой лампе частотная модуляция и электронная перестройка частоты осуществляются изменением высоковольтного напряжения на замедляющей структуре, что исключает управление частотой выходного сигнала без дополнительных затрат мощности. Цель изобретения - обеспечение возможности перестройки частоты генерируемых колебаний без затраты мощности. Для этого в пространстве взаимодействия над периодической замедляющей структурой параллельно ее поверхности установлен управляющий электрод, например, в виде изолированной от корпуса металлической пластины, который подключен к источнику управляющего сигнала. С целью обеспечения однозначности изменения частоты и увеличения крутизны частотно-вольтовой характеристики прибора при безмощностной перестройке частоты ламели плоской периодической структуры, например «гребенки, предлагается выполнять перпендикулярными к поверхности структуры и под углом к ее профилю оси. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый прибор, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - векторная диаграмма скоростей электрона в системе координат «косой гребенки. Предлагаемая ЛОВО с продольным магнитным полем для генерирования миллиметровых и субмиллиметровых волн содержит ЭОС (электроннооптическую систему) 1, формирующую параксиальный ленточный электронный поток 2, плоскую периодическую замедляющую структуру 3, например «гребенку, составляющую вместе с волноводом 4 прямоугольного сечения пространство 5 взаимодействия и расположенную под острым углом ао к оси электроннооптической системы 1, волноводный вывод 6 энергии с вакуумноплотным окном 7, внешний цилиндрический вакуумпонлотный корпус 8, управляющий электрод 9, сыполнепный в виде металлической пластины, рещетки или сетки с выводом 10, устапопленный над замедляющей периодической структурой 3, параллельно ее поверхности взаимодействия и изолированный от корпуса 8 изолятором //, магнитную фокусирующую систему 12, создающую продольное магиитное поле. Еслн на электрод 9 через вывод 10 подается управляющий сигнал, изменяющийся по заданному закону, то электрон е, двигающийся со скоростью V над периодической замедляющей структурой 3 в продольном магнитном поле Я и поперечном управляющем электрическом поле упр, иснытыиает воздействие силы Лоренца F .(1) Под действием силы Лоренца произойдет отклонение электронного иотока 2 в плоскости структуры 3 от первоначального нанравлення движения на угол 6. При fynp о электронный поток движется со скоростью УО- Так как электроны взаимодействуют с электромагнитным полем поверхности взаимодействия замедляющей периодической структуры посредством составляющей скорости V, то при изменении напряженности управляющего поля .Гупр h изменится и составляющая скоРОСТИ Уг. Для ТОГО, чтобы зависимость изменения составляющей скорости V., от угла поворота ф электронного иотока 2 была однозначной, необходимо применить «косую гребенку, т. е. при нарезке периодической замедляющей структуры 3 задать начальный угол ро между образующими ламелей структуры и ее продольный осью z. Величина угла ро определяется, исходя из необходимой крутизны частотно-вольтопой характеристики прибора по напряжению управляющего сигнала. Чем больще угол РО, тем больще крутизна частотнопольтовой характеристики, предложенной ЛОВ. «Косая гребенка, рассчитанная для работы в 8-миллиметровом диапазоне при РО 10° обеспечивает крутизну частотновольтовой характер1 ст1И1КИ v dffdVo 3,3 МГц/В. Изменение частоты выходного сигйал,а ЛОВО с тажой «гребенкой при повороте электролиаго лотока над структурой L ф относительно z лри Vo 1670 В определяется .из соотнощения А/ Наличие управляющего электрода над периодической замедляющей структурой в пространстве взаимодействия лампы обратной волны, позволяет осуществлять безмощпостную электронную перестройку частоты ее выходного сигнала, составляющую 0,5-1% от средней частоты колебаний. Такая перестройка практически безынерционна, не требует затраты мощности и достигается изменением напряжения на управляющем электроде. Крутизна перестройки составляет доли или единицы МГц. Предложенная лампа обратной волны может быть применена в качестве генератора с безмощностной модуляцией частоты, генератора качающейся частоты, гетеродина приемника в режиме поиска при управляющем сигнале пилообразной формы. Она обеспечивает изменение частоты колебаний в режиме «меандр. При импульсной работе в предложенной ЛОВ обеспечивается безмощностная перестройка частоты внутри импульса. Формула изобретения 1. Лампа обратной волны с продольным магнитным полем для генерации радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, содержащая вакуумноплотный корпус, электроннооптическую систему, формирующую параксиальный электронный поток, периодическую за-Медляющую структуру, например «гребенку, в волноводе, составляющую с ним пространство взаимодействия и расположенную под острым углом к оси электроннооптической системы, и вывод энергии, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности перестройки частоты генерируемых колебаний без затраты мощности, в пространстве взаимодействия над периодической замедляющей структурой параллельно ее поверхности установлен управляющий электрод, например, в виде изолированной от корпуса металлической пластины, который 11одключен к источнику управляющего сигнала. 2. Лампа по п. 1, отличающаяся ем, что, с целью обеспечения однозначности изменения частоты и увеличения крутизны частотно-вольтовой характеристики прибора при безмощностной перестройке частоты, ламели плоской периодической структуры, например «гребенки, выполнены перпендикулярными к поверхности структуры и под углом к ее продольной оси. ; 2 3

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

2.Авторское свидетельство СССР ЛГз 341113, кл. Н 01 J 25/00, 1956. .2