Электронный прибор Советский патент 1991 года по МПК H01J25/00 

Поскольку частота усиливаемого (генерируемого) сигнала близка к циклотронной, то продвижение в область Бысохих частот возможно только путем увеличения напряженности .магнитногополя (при работе на основной гармонике) в электронно-оптической системе.

Электронно-оптические системы, Q формируюпще криволинейные электронные пучки при работе МДР в миллиметровом и субмиллйметровом диапазонах громоздки, обладают большим весом и стоимостью (как правило, в таких систе- 15 мах используют соленоиды со сверхпроводящими обмотками, что и обусловливает указанные недостатки плюс необ содймость использования спехщальньгх криогенных систем). Трудности при 20 формировагши требуемых электронных пучков при работе в верхней части субмиллиметрового диапазона настолько серьёзны, что не преодолены до настоящего времени.25

Габариты приборов и источни1 ов питания, а также стоимость их, даже если ры такие устройства бьти реализованы, пр ёвьшййт практически разукные величины.30

Указанный недоста:ток является одним из главных препятствий для широкого использования MITP в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. ч,35

Целью изобретения является .уменьшение веса и габаритов прибора, а также расширение рабочего диапазона частот в область высоких частот.

Для этого в прёдлагаёмом электрон- Q ном приборе электронно-оптическая система выполнена так, что она формирует прямолинейный электронный пучбк, а генератор накачки подключен к волноведущей линии с противополож- д йдао (ЭтнЬсительно электронно-оптичес.кой системы конца. . ,

Па фиг. 1 показан прибор, общий вид; на фиг. различные варианты йСполяёния, отличаюшиесп исполнением развязывающих устройств,

Электронньй прибор содержит электронно-оптическую систему 1, формирующую линейный электронный пучок 2, коллектор 3, волноведу1иую линию 4, генератор 5 накачки. Развязка между 55 сигналами йа:качки и усиливаем 1м (или генерируемым) сигналом ос Т1ест- : вйяётся одним из известных способов.

На фиг. 2-3 приведены примеры конструктивных вариантов, реализующихдва таких известных способа и отличающихся исполнением развязывающих элементов 6 и 7 .J,

На фиг, 2 развязка вьтолнена в виде СВЧ-циркуляторов. Выбор такого конструктивного варианта наиболее удобен в случае, когда частота сигнала накачки и усиливаемого (или генерируемого) сигнала лежат в одном диапазоне.

В случае, когда частоты сигналов Лежат в разных: диапазонах (например, сигнал накачки - в сантиметровом, а ускпиваемый сигнал - в субмиллиметровом) более приемлем вариант, изображенный на фиг. 3. При этом развязываюш 1е элементы выполнены в виде отрезко1в волноводов (запредельных для сигнала накачки). Усиливаемый или генерируемь|й сигналы могут формироваться в виде узких лучей, распространяющихся в объеме волноведущнх линий 4, 6 и 7, как в открытом пространстве.

Прибор работает следуюид м образом.

Электронньтй п-учок 2, как показано на фиг. 1, формируется электронной пушкой 1, попадает в вапноведуЕ1ую линию 4 и оседает затем на коллекторе 3 электронов. Генератор 5 накачки возбуждает в волноведущей линии 4 интенсивную электромагнитную волну, бегущую навстречу электронному пучку 2.

Электроны в поле интенсивной волны могут вынужденно излучать (вынужденное комптоновское рассеяние). Следовательно, слабый усиливаемый сигнал, распространяющийся в вояноведущей линии 4 в направлении движения электронов пучков 2, усиливается.

Условие максимума усиления можно сформулировать как примерное равенство частот усиливаемого сигнала и сигнала накачки в системе координат, связанной с потоком электронов.

Вследствие встречного распространения сигналов доплеровское С1#ещение частоты для каждого из них имеет разные знаки. Поэтому генератор накачки должен бытьрасстроен в длинноволновую сторону, а источник усиливаемого сигнала - в коротковолновую

В случае, когда обе волны поперсчные, это условие можно выразить в ви де Формулы n гл 1 + нт где C0(. - частота усиливаемого сиг / нала; СО, - частота сигнала накачки л V „ . / , р -р ; V - продольная скорость электронов; С - скорость распространени плоских волн. Для релятивистских пучков ( 1) расстройка может достигать значитель ной величины (сигнал накачки - в сан тиметровом диапазоне, усиливаемый сигнал - в субмиллиметровом), ч Таким образом, в отличие от прото типа, в котором вопрос продвижения в область высоких частот связан с проблемой создания ультрасильных магнитных систем, в предлагаемом (устройстве продвижение в область {высоких частот обеспечивается исполь ; зевание релятивистских электройных пучков. Технически эта проблема в настоящее время решена в технике ускорителей. . Следовательно, нет принципиальных трудностей для перекрытия предлага4емым ;электронным мазером диапазона частот от СВЧ до инфракрасных волн. Изобретение может служить в качест. ве усилителя и генератора электромагнитных сигналов миллиметрового и суб миллиметрового-диапазонов. В случае усилителя источник усиливаемого сигнала подключают к входу прибора (см.фиг. 1-3). В слзгчае применения изобретения в качестве генератора на вход устройства подключается возбуждающий генератор (т.е. генератор с внешним возбуждением) или между BxofioM и выходом 6су1щестзля.ется обратная связь (генератор с самовозбуждением) . В последнем случае связь может осуществляться, например, с помощью резонатора (см.фиг. 4), где позицией 8 обозначен открытый квазиоптический резонатор, рабочий объем которого не з.атенен конструктивными элементами. Благодаря более простой конструкии применяемой электронно-оптической истемы такой электронный прибор обадает меньшим весом, габаритами стойкостью, а также способен рабоать в более широком диапазоне .часот.

ЭЛЕКТРОННЬГЙ ПРИКОР для усиления и генераций электромагнитных колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, содержащий элект- ' ронно-оптйческую систему, формирующую электронный пучок, распросТ^^аняющий- Ся вдояь врлноведущей линии, к которой подк;ЛК)чен генератор накачки, о т- л и -ч; а ю щи и с я тем, что, с цедьй уменьшения веса и габаритов прибора, а также расшрения рабочего диапазона частот. 6 область высоких частот, элект- р1онно'-оп'Т1Иеская система вьтолнена так, ^то она формирует прямолинейный электронный пзНЬк, а генератор накач- 'кИ подключен к в'олноведущей линии с противоположнбгб относительно • ' электронно-оптической системы конца.0) сИзобретение относится 'к электрои- ной технике, в частности к элек^трон- ным лазерам для усиления и генерации электромаг нктнызс сигналов в миллимет- ровом и субмшшиметровом диапазонах длин волн.Известны устройства типа Мазер на циклотронном резонансе (МЦР) для .получения эффектов усиления и генера~ ции, в которых используется явление индуцированного синхронного излучения.Электронно-оптическая система формирует в йространстве взаимодействия (волноводе) вращаюсщйся с цикло- трониой частотой поток электронов. Усш1иваемь1й сигнал с частотой, близ*' кой к циклотронной, вводится в входное устройство и усиливается за счетэффекта вынужденного синхротронного излучения. После усиления сигнал выводится из устройства.Наиболее близким к изобретению является электронный мазер, содержащий электронно-Оптическую систему, формирующую электронный пучок, распространяющийся вдоль волноведущей линии, к которой подключен генератор накачки с частотой, близкой к циклотронной. 'Для всех конструкций МП,Р принципиально наличие электронно-оптической системы, формирующей криволинейный и вращающийся или трохоидальный электронный пучок. Поперечная скорост^ электронов при этом всегда много больше продольной скорости.о'ыОн^1^

Фиг. 1

705914

Фиг.