УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА В КЛИСТРОНАХ Советский патент 1941 года по МПК H01J25/02 

Самым важным преимуществом клистронов является высокое входное сопротивление их, являющееся следствием особого метода управления электронным потоком. В то время, как в классическом триоде управляющий электрод-сетка воздействовал на эмиссию, здесь производится воздействие на скорость электронов. Поэтому, если в триоде на управление потоком затрачивается энергия (в случае уменьшения периода прикладываемых колебаний вплоть до величин, соизмеримых с временем пролета), в клистроне затрата энергии на ускоряемые электроны почти компенсируется выделяемой энергией затормаживаемых электронов.

Однако конструкция клистронов связана со сложным физическим процессом и, даже при неудобно больших размерах, дает малый к.п.д. В известном клистроне (фиг. 1) электронному пучку, созданному электронным прожектором А и модулированному по скорости модулятором В, предоставляют значительную длину пролета ВС для образования уплотнений электронного потока и только затем пропускают через второй контур С, который мы назовем резонатором.

В предлагаемом устройстве получение пучка, модулированного по плотности, из пучка, модулированного по скорости, сделано иначе. Непосредственно вслед за модулятором В (фиг. 2) можно отсеивать более быстрые электроны от менее быстрых и пользоваться одними из них. Если поставить на пути электронного луча специальный электрод D (названный автором селектором), в виде сетки или цилиндра, имеющий потенциал катода, то этот селектор свободно пропустит сквозь себя ускоренные модулятором электроны и отразит замедленные. Таким образом, за этим селектором пучок будет модулирован по плотности, причем в течение одного полупериода ток сквозь сечение трубки будет проходить, в течение другой половины периода он будет отсутствовать. Если снова ускорить эти проскочившие селектор электроны и затем заставить их пронизывать второй контур - резонатор С, то в последнем пучок вызовет колебания.

Так как ток будет идти только в течение части периода, то получающиеся колебания, по аналогии с ламповыми трехэлектродными генераторами, автор называет колебаниями второго рода, т.е. колебаниями с отсечкой. Угол отсечки будет регулироваться потенциалом селектора. Так, если потенциал селектора равен потенциалу катода, электроны будут в течение одного полупериода проходить и в течение другого полупериода не проходить; угол отсечки будет равен 180°.

Если довести потенциал селектора до U_c, то он будет пропускать те электроны, которые при модуляции получили прирост скорости больше, чем на U_c вольт (начальной скоростью электронов пренебрегаем они затуманят рассуждение, но не изменят существа дела). Таким образом, селектор пропустит только заштрихованные части кривой модуляции пучка (фиг. 3). Угол отсечки будет в этом случае α.

По пути от селектора к резонатору пучок будет в силу электростатического расталкивания электронов отчасти демодулироваться. Ввиду этого угол отсечки будет расти.

Поэтому, чтобы получить в самом резонаторе угол отсечки не больше 180°, на селектор следует подавать относительно катода некоторый отрицательный потенциал.

К.п.д. генератора зависит от угла отсечки и может достигать, по предположениям изобретателя, больших значений, чем этот генератор будет выгодно отличаться от клистрона. В свою очередь, высокий к.п.д. позволит строить лампу, на большие мощности.

Как и у большинства современных ламп здесь для увеличения общего к.п.д. лампы можно подавать на коллектор пониженный потенциал.

Подбирая время пролета электронов на пути селектор-модулятор при помощи соответствующего потенциала на модулятор, можно заставить отраженные селектором электроны снова пронизывать модулятор и опять в замедленном состоянии. Тогда эти электроны выделят дополнительную энергию, компенсирующую потери входного контура, т.е. дадут некоторый элемент регенерации, чем еще выше поднимут входное сопротивление.

Устройство для модуляции электронного потока в клистронах, отличающееся применением цилиндрического или сетчатого электрода, помещенного между двумя резонаторами и изменяющего плотность электронов в скоростных стоячих волнах электронного луча.