Клистронный усилитель мощности Советский патент 1990 года по МПК H01J25/10 

Изобретение относится к СВЧ электронике больших мощностей и может

быть использозайо в СВЧ энергетике и технике связи.

Изобретение направлено на создание мощного усилителя, уст ойчивого в короткоимпульсном режиме и обладающего высоким коэффициентом уснйения. Обеспечение .в усилителе высокого коэффициента усиления позволяет снизить требования на мощйость внет. него (запитывающего) генератора, что особенно актуально при создании сверхмощных СВЧ приборов, например приборов, использующих электроййые пучки сильнотбчнь1х ускорителей. ,

В настоящее время для получения . высокого коэффициента усиления в клистронных усилителях использую|:гся промежуточные резонаторы, установленные междУ входным резонатором и выходной секцией. Различные варианты усилителей отличаются как конструкциями, так ирежимными особенностями промежуточный резонаторов.

Известен также клистронный усилитель, содержащий электронную пушку,

| запитываемый внешним генератором

4 входной резонатор, соединенный касо ю vj налом дрейфа с промежуточными резонаторами и выходной секцией.

Недостатком усилителя является

CD неврзможность дальнейшего повышения коэффициента усиления по мощности без потери устойчивости. Это связано С тем,что повьппение коэффициента усиления путём Увеличения длины пространства взаимодействия ограничивается ий--Эа. наличия собственного пространственного заряда электронного пуч:ка. А дальнейшее повьпаение . , циентаусиления за счет повышения добротности резонаторов или исполь: зования дополнительных промежуточгних резонаторов приводит к увеличению времени пёрехсгйнЬго процессС и к потере устойчивости усилителя в тсороткоимпульсном режиме. Устранениё указанного недрстатка особенно важно при создании мощных усилителей на сильноточных электронных пучках, поскольку в этом случае ос о бенно велик разрыв между мощностью генераторов, применяемых в настоящее время для залитки усилителей,и ожидаемой от использования сильноточных- пучков выходной мощностью усили T-ej.-:.v /-,:; J:-,..-..;,,......,.; Цель изобретения - повьшёнйе ко;эффйциента усиления по мощности без потери устойчивости в«мощных крротко импульсных усилителях, .,Дпя достижения поставленной цели : в усилитель, д6прлнительнЬ в1ейён : короткозамкнутый на одном конце от;резок волновода, электродинамически ;связанней другим концомс входным резонатором. .; На фиг. 1 и 2 цред ставленыдве воз : мржные конструкции усилителя . Усилитель срдержит электронную пушку 1 , входной резона.тор 2, электродинамически связанный посрёдстйом диа фрагмы 3 с короткозаМкнутым отр ком волновода А, и.выходную секцию .5, соединенную с резонатором 2 кана-Лом 6 дрейфа.Резонатор 2 запитывае ся внешним генератором 7 через волно вод 8. ; . Волновод 4 выпблнен.ойнбмодрвым, а его длина L определяется длитель-ностью токового импульса, формир Mjarp пушкой 1, и скоростью V перено сй энергии вдоль волновода 4 ;т.ё. его ДЛИНА намного превышает длину резонатора 2 (при С с длина волновода 4 П1)ёвьтаетдлину ;резонатора 2 примерно в 100 раз), ;. в общем случае волновод 4 мРжет быть устайовлен относительно резона тора 2 произвольно. В усийителе, изображенном на фиг. 1,-.волновод 4 установлен между резонатором 2 и во ;Новодом 8, а функйгню кЬроТ козамыКаю ;щегЬ элемента выполняет диафрагма 9 В усилителе. Изображенном на фиг.2, волновод 4 короткозамкнут ПОДстроеч HiSi поршнем 10. Характерной особенностью усилителя является то, что функция входного резонатора 2 заключается в согласовании сопротивления злектронногр пучка (по отношени о к высокочагтотному полю) и волнового сопротивления волновода 4. В ч1аетном случае при равенстве указанных сопротивлений диафрагма 3 может отсутствовать. Усилитель работает следующим образом. . , . До инжекции электронногр пучка в резонатор 2 волновод 4 представляет собой высокодобротный резонатор,причем доброТНойть этог.о резонатора значительно превышает добротность резонатора 2. В течение интервала времени ц , предшёствуюп еГо инжекции в волновод 4 электронного пучка, поступает энергия от внешнего генератора 7. Интервал времени С выбирается близким ко времени l/pp переходного процесса в резонаторе, образрванном врлноводом 4 (С ,ьСпп)« При согласРВании этого резонатора с за.питывйющим волноводом 8 егр омичес- кая добрртность Q gjy в два раза преBbmiaeт загруженную добротность и (GD V частота -- о5 генератора 7), т.е. -. с„5: рр - 39лм. fV ««. В момент окончания переходного процесса, в резонаторе, образованном волноводом А, в резонатор 2 инжекти-. руетсяэлектронньй пучок, нагружающий волновод 4. В течение токового импульса волновод 4 работает в режиме длинной линии, нагруженной на согласованное сопротивление (согласова-. ние обеёпёчй;еа.ется резонатором 2). Благодаря выбору соответствующей дливолновода 4 (L длительнРсть токового импульса t-g согласована со Временем распространения энергии вдоль волновода 4 и за время - вся энергий, посту-пившая в волновод 4 от генератора 7, тратится на ; модуляцию электронного пучка. При этом мощность Р, затраченная на моду лядйюпучКа, связана с мощностью Р запйтйвающего генератора 7 ко.эффициентрм проперцйШальньетй, зависящим от отношения времени Сц и длительности токового импульса в 5 Р i Е р 2ij« р 3 0 0 - СО Са выигрьш в коэффициенте усиления п мощности при фиксированной частоте и длительности токового импульса о ределяется омическими потерями в стенках волновода А При выполнении волновода 4 из меди, что соответствует QQ, -10 н частоте СО бМО Гц при длительности токового импульса (/Q 10 с К 15, а при 6 2 с К 75. Таким образом, введение в клистрониьй усилитель короткозамкнутого волновода 4, элекфродинамически свя занного входным резонатором 2,позво ляет повысить эффективность моДуляции пучка во входном резонаторе 2 при сравнительно маломощном.запитывающем генераторе 7 и решить тем са мьм проблему создания мощного усили теля на сильноточном электронном пу ке (включая релятивистские пучки). К тому же повышение коэффициента усиления по мощности не приводит к потере устойчивости усилителя,поскольку эффективйая модуляция пучка обеспечивается и без дополнительных резонаторов, а добротность входного резонатора 2 невысока, так. как функция резонатора 2 состоит только в согласовании сопротивления пучка и волновогосопротивления волновода 4. Время переходного процесса в резонаторе мало, так что даже в короткоимпульсном режиме усилитель устойчив. Для повышения коэффициента усиления по мощности усилитель может содержать два отрезка волновода,один из которых установлен в соответствии с фиг.1, а другой - в соответствии с фиг.2.В усилителе коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов .длин ролН волновод 4 может быть выполнен в виде одномодового рупора, а короткозамыкающий элемент - в виде сферического зеркала (чертеж не приведен). В этой конструкции величина И не зависит явно ни от Длительности импульса, ни от рабочей частоты, а определяется лишь коэффициентами трансформации RJ и Rg рабочей моды резонатора (образованного рупором и. короткозамьгкающими элементами) в саму себя при отражении от рупора и ксроткозамыкающих элемёнтов.

749279

КгаСТРОПНЫЙ УСИЛИТЕПЬ МОЩНОСТИ, содержащий электронную пушку, записываемый внешним генератором входной резонатор и рыходную секцию, соединенную с входным резонатором какйлом дрейфа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, d цельютгъвьгаспия коэффициента усиления по мощности без потери устойчивости усилителя, S него дополнительно введен отрезок волиоводй, электродКнамичрски связ 1тый с входным резонатором одним концом и коротйозамкнутый нп друге конце.1

Q