Широкополосный клистрон Советский патент 1992 года по МПК H01J25/10 

НОИ минимальной частоты полосы усиления, а другой располагают непосредственно перед выходным резонатором клистрона и настраивают на частоту выше удвоенной максимальной частоты полосы усиления. Перепад амплитудно-частотной характеристики регулируется настройкой резонаторов линейного усилителя и нелинейного группирователя. При этом выравнивание амплит дно-частотной характеристики широкополосного клистрона достигается путем уменьшения выходной мощности в максимальных точках, что снижает эффективность клистрона. Известен также широкополосный кли строн, содержащий входную и выходную электродинамические системы и промежуточные резонаторы линейного усилителя, настроенные в пределах полосы усиления. В известной конструкции широкополосного клистрона увеличение КПД достигается тем, что длины пролета между зазорами соседних резонаторов клистрона выбираются так, что в линейном усилителе они уменьшаются, а в нелиней ном группирователе растут с увеличением номера резонатора. При этом для уменьшения перепада амплитудно-частотной характеристики резонаторы линейного усилителя настр иваются в пределах полосы усиления. Классической в линейном усилителе является настройка первого резонатора вблизи центральной частоть полосы усиления, второго резонатора - на длинноволновом, а последнего резонатора линейного усилителя - на коротковолновом краю полосы усиления. Однако в существующей конструкции нельзя получить достаточно малые перепады амплитудно-частотной характеристики линейного усилителя, что о раничивает возможность увеличения КП клистрона в точках минимальной мощности. Частично это обусловлено тем что реальный входной резонатор имее конечную величину Добротности, а сл довательно, неравномерную в полосе усиления модуляцию электронного пуч В результате этого амплитудно-часто ная характеристика на выходе линейн го усилителя- имеет достаточный пере пад . Целью изобретения является умень шение перепада амплитудно-частотной характеристики клистрона и увеличение его КПД в точках минимальной мощности. Указанная цель достигается тем, что в широкополосном клистроне, содержащем входную и выходную электродинамические системы и промежуточные резонаторы линейного усилителя, настроенные в пределах полосы усиления, входная электродинамическая система содержит по крайней мере один пассивный резонатор и настроена так, что крайние максимумы ее амплитудночастотной характеристики приходятся на крайние частоты полосы усиления, каждый последующий резонатор линейного усилителя настроен на частоту выше предыдущего и не совпадающую с максимумами амплитудно-частотной характеристики входной электродинамической системь. Другое отличие состоит в том, что выходная электродинамическая система содержит по крайней мере один пассивный резонатор и настроена так, что крайние максимумы ее амплитудно-частотной характеристики не совпадают с максимумами амплитудно-частотной характеристики входной электродинамической системы. Кроме того, добротности резонаторов линейного усилителя уменьшаются с увеличением номера резонатора, начиная со второго.; Введение дополнительных резонаторов, располагаемых вне электронного потока, во входную электродинамическую систему и настройка крайних максимумов амплитудно-частотной характеристики входной электродинамической системы на крайние частоты полосы усиления позволяет приблизиться к реализации идеального входного резонатора, который модулирует электронный пучок постоянным в полосе частот высокочастотным напряжением при подаче на его вход постоянной в полосе частот входной мощности. Одновременная перестройка второго и последнего резонаторов линейного усилителя с крайних частот полосы усиления на частоты внутри полосы усиления уменьшает перепал амплитудно-частотной характеристики линейного усилителя- и всего клистрона в целом, что приводит к увеличению КПД в точках минимальной мощности. На фиг, 1 изображен широкополосны клистрон, вepтик: льный разрез; на фиг. 2 и 3 диаграммы добротности и настройки семирезонаторного клист- . рона с шириной полосы усиления 6 (на фиг„ 2 - обычно используемая нас ройка ; на фиг, 3 - настройка в соответствии с даным изобретением, в кру ках обозначены порядковые номера резонаторов); на фиг. - амплитудночастотные характеристики этих клистронов. Широкополосный клистрон (фиг.1) состоит из катода 1, фокусирующего электрода 2, линейного усилителя, включающего входную электродинамическую систему с активным входным резонатором 3| дополнительным резонато ром вне потока, вводом 5 энергии, настроенную так, что максимумы ее амплитудно-частотной характеристики приходятся на крайние частоты полосы усиления мин и макс, и три промежуточных резонатора клистрона. Резонатор 6 настроен на частоту выше минимальной частоты полосы .усиления Р мин, но ниже центральной частоты полосы Рц. в его добротность максимальна в линейном усилителе. РезонаTqp 7 настроен на частоту- выше центральной Фц , а его добротность снижена по сравнению с резонатором 6 нагрузочными пластинами 8 с потерями. Последний резонатор 9 линейного усилителя настроен на частоту выше частоты настройки резонатора 7, но ниже максимальной частоты полосы усиления jj,g. Резонатор 9 имеет минимальную добротность. Это достигается его связью с коаксиальным резонатором 10 с внесенными потерями. Стенки данного резонатора имеют погл щающее покрытие. . . Нелинейный группирователь состоит из резонаторов 11 и 12, настроенных на частоты выше максимальной частоты полосы усиления. Выходная электродинамическая система состоит из активного резонатора 13, связанного с дву мя дополнительными резонаторами 1, 15 вне потока, и вывода 1б энергии. Система настроена так, что максимумы ее амплитудно-частотной характеристи ки не совпадают с максимумами амплитудно-частотной характеристики вход-6ной эпектродинамической системы. Отработавший электронный поток оседает на коллекторе 17. На фиг.2, 3, по оси абсцисс отложена частота г . Полоса усиления клистрона лежит в пределех до «окс с центральной частотой Рц и составляет 6%. По оси ординат отложены значения приведенных добротностей резонаторов клистрона Qjn/QMaKc QH добротность н резонатора, QMQICC добротность предвыходного резонатора, а также величины относительной амплитуды сигнала входной и выходной электродинамических систем клистрона А(Р)/Ад,. где А(Р) значение сигнала на частоте , Адаакс максимальная амплитуда сигнала в полосе частот. Кривые 18 и 19 - настроечные характеристики выходной электродинамической системы. Как видно из сравнения диаграмм (фиг.2., 3) амплитудно-частотная характеристика 20 (фиг.З) входной электродинамической системы, в которую введен один дополнительный резонатор, имеет два максимума, настроенные на крайние частоты полосы усиления ;иии и а частоты настройки второго, третьего и четвертого резонаторов сдвинуты внутрь полосы усиления, причем их добротности последовательно уменьшаются с увеличением номера резонатора. На фиг.4 представлены амплитудночастотные характеристики клистронов с обычной настройкой - кривая 21 и в соответствии с данным изобр1етением - кривая 22. Сравнение приведенных характеристик показывает, что увеличение КПД широкополосного клистрона от использования изобретения в.точках минимальной мощности составляет около 12, а перепад амплитудно--частотной характеристики уменьшился до 0,4 дБ. , Испытан1 я клистронов опытно-конструкторской разработки подтвердили возможность увеличения КПД клистрона вточках минимальной мощности на 10- 12 при уменьшении перепада амплитудно-частотной характеристики с 1,5 дБ до 0,4 дБ.

и IQмакс, A

I

Фмии

Фц

Фиг. 2

(,А W

I

@

0.1

Фи.

Фмин

Фиг.З

Ж W

Ф

Фмакс 20 Ф .

Фмакс

Ф п