Электродинамическая система Советский патент 1979 года по МПК H01J23/24 

1

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к электродинамическим системам СВЧ приборов О-тина.

Известны разнообразные конструкции электродинамических систем, среди которых наиболее широкополосными и эффективными оказываются системы, составленные из отрезков (секций) замедляющих систем (ЗС), параметры которых изменяются по длине. Так например, известны электродинамические системы на основе секций ЗС, фазовая скорость волн в которых изменяется в пределах одной из секций либо от секции к секции 1. Таким образом, электродинамическая система оказывается составленной из расположенных друг за другом в пространстве по ходу электронного потока участков ЗС с различными свойствами.

Пространственная разнесенность этих участков ЗС обуславливает ряд существенных недостатков таких электродинамических систем:

результат воздействия на электронный поток предыдущего участка ЗС в значительной степени снижается за время прохождения потоком следующего участка; участки ЗС с различными свойствами находятся в существенно разных условиях (на разных расстояниях от начала

ЗС); реализовать оптимальные режимы взаимодействия для разных частот рабочего диапазона трудно, а подчас и невозможно;

полоса частот, в которой возможно эффективное взаимодействие, может лишь незначительно превышать полосу взаимодействия отдельных участков ЗС; расширение полосы рабочнх частот секции за счет взаимной расстройки ио частоте отдельных ее участков ограничено необходимостью обеспечить «прозрачность всей секции для всех частот рабочей полосы (т. е. обеспечить согласование всех учаетков ЗС в рабочей иолосе частот);

степень изменения параметров ЗС от участка к участку внутри секции усилительного прибора (например, величина скачка фазовой скорости) также ограничена необходимостью согласования секции во всей рабочей полосе частот.

Известна и электродинамическая система для СВЧ-прибора О-типа, составленная, по крайней мере, из двух секций резонаторных ЗС таким образом, что, по крайней мере, один из резонаторов одной из секций расположеи между резонаторами другой секции 2. При этом указанные секции относятся только к группирующей

части электродинамической системы. В этой

системе те секции, в которых происходит группирование электрониого тока, оказываются частично либо полностью совмещенными в пространстве, но могут быть не связаны друг с другом по высокой частоте.

Существенной чертой этой электродинамической системы является то, что в ней пространственно совмещаются лишь секции группирователя, а выходная секция (устройство) располагается отдельно. Тем самым положительный эффект достигается лищь только за счет улучшения условий группирования электронного потока вплоть до выходного устройства. Это является существенным недостатком данной системы, поскольку известно, что в ряде случаев уровень основных параметров усилительного прибора (КПД, полоса частот) ограничивается именно процессами, происходящими в выходном устройстве, и это ограничение не может быть снято какими-либо усовершенствованиями группирующей части электродинамической системы.

Цель изобретения - увеличение КПД и расширение полосы рабочих частот прибора.

С этой целью, по крайней мере, одна из секций электродинамической системы имеет связь по высокой частоте с выводом энергии прибора. При этом, по крайной мере, одна из остальных секций может быть настроена на частоту, кратную частоте усиливаемого сигнала. Тем самым секция, имеющая связь с выводом энергии, используется в качестве выходной секции (устройства )усилительного прибора. В отличие от известных систем группирующее и выходное устройства данной системы, не будучи связаны друг с другом по высокочастотному полю, оказываются, по крайней мере, частично совмещенными в пространстве. Процессы отбора энергии и группирования (подгруппирования) в таком устройстве могут происходить на одном участке пространства взаимодействия.

На фиг. 1 изображена схема построения предлагаемой электродинамической системы; на фиг. 2 - один из примеров ее возможного конструктивного выполнения.

Электродинамическая система, состоит из двух секций ЗС. Первая из них образована резонаторами 1, 2 и 3, соединенными волноведущими элементами 4 и 5. Вторая секция ЗС образована резонаторами 6, 7 и 8 и элементами 9 и 10. Выход одной из систем (например - первой системы, элемент 5) соединяется с выводом энергии прибора (с нагрузкой). Выход второй системы и входы обеих систем могут соединяться с различными устройствами в зависимости от конкретного использования такой системы.

Возможно также более простое конструктивное воплощение предлагаемой системы (фиг. 2). Резонаторы ЗС образованы здесь отрезками волнообразно изогнутого волновода, периодически нагруженного зазорами взаимодействия. Таких волноводов два, и они периодически пересекают ось электронного потока. Выходная часть одного из них

служит выводом энергии прибора.

Физические процессы, протекающие в такой электродинамической системе, могут быть рассмотрены на примере системы, состоящей из двух отрезков ЗС, резонаторы

которых чередуются друг с другом. В этом случае одна из парциальных ЗС используется в обычном режиме выходной секции ЛЬВ. Параметры другой системы (или других систем) выбираются таким образом,

чтобы обеспечить дополнительную подгруппировку электронного потока в выходной секции. При этом поле группирующей ЗС препятствует разрушению сгустков силами пространственного заряда.

Это поле как бы «сопровождает сгустки по мере их продвижения от начала секции до тех пор, пока в основной ЗС нарастающая волна поля не достигает амплитуды, достаточной для эффективного отбора энергии от сгустков.

Полосы пропускания парциальных ЗС выходного устройства могут быть также разнесены друг относительно друга по частоте, что соответственно расширяет полосу рабочих частот устройства в целом. В этом случае в одной части диапазона нарастающая волна поля формируется в одной парциальной ЗС, а в другой части диапазона - в другой парциальной ЗС. Сигналы

в этих системах могут быть впоследствии суммированы, либо каждая из них может работать на свою нагрузку.

Очевидно, что возможны также и другие комбинации парциальных систем. В общем

случае предлагаемая ЭДС представляет собой аналог многосекционной ЗС с тем лишь отличием, что группирующие и выходная секции расположены не последовательно друг за другом, а совмещены в пространстве.

Одна либо несколько секций ЗС, служащих для подгруппирования электронного потока, могут быть настроены на частоты, кратные частоте усиливаемого сигнала (например в районе второй гармоники). Принцип модуляции на второй гармонике известен и широко используется в настоящее время в приборах клистронного типа. В предлагаемой системе этот эффект может

быть использован в широкой полосе частот.

Возможны и другие варианты использования предложенной электродинамической системы.

Такая система может использоватьсн как в сочетании с предварительным группирователем обычного типа (например, в виде последовательности несвязанных резонаторов), так и самостоятельно, используя лишь

собственные группирующие секции.

Применение данной ЭДС в выходной секции с учетом подгруппирующего действия одной или нескольких парциальных ЗС может позволить увеличить максимальный КПД мощных ЛБВ с 25-30% до 35-40% и более, т. е. приблизить его к КПД клистронов.

Формула изобретения

1. Электродинамическая система для СВЧ-прибора 0-типа, составленная, по крайней мере, из двух секций резонанторных замедляющих систем таким образом, что, по крайней мере, один из резонаторов одной 113 секций расположен между резонаторами другой секции, отличающаяся тем.

ЧТО, с целью увеличения КПД и расширения полосы рабочих частот прибора, по крайней мере, одна из секций имеет связь по высокой частоте с выводом энергии прибора.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна из секций настроена на частоту, кратную частоте усиливаемого сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3614517, кл. 315-3.6, опубл. 1971.

2.Авторское свидетельство СССР №по заявке № 2139647/18-25, кл. И 01J 25/10, 1975 (прототип).