Генератор СВЧ-колебаний Советский патент 1982 года по МПК H01J25/00 

(5) ГЕНЕРАТОР.СВЧ КОЛЕБАНИЙ

1

Изобретение относится к радиофизике и радиотехнике миллиметрового и субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн.

Известен генератор СВЧ колебаний (отражательный клйстроу), состоящий из катода, металлических сеток, входящих в состав закрытого резонатора и отражателя электронов 11.

Недостатком этого класса генераторов СВЧ колебаний является сравнительно широкая линия излучения, поскольку здесь используется закрытый резонатор, имеющий большие омические потери. Попытка увеличить объем резонатора, а вместе с тем и запасенную энергию, с неизбежностью приводит к генерированию широкого спектра паразитных частот, подавление которых представляет сложную и нерешенную техническую задачу.

Известен также генератор СВЧ колебаний , содержащий катод, модулирующий каскад, отражатель и два зеркала, образующий открытый резонатор, одно из зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса 2,

Вследствие наличия открытого резонатора данный генератор имеет более разреженный спектр генерируемых колебаний, но система фокусировки прибора более сложная. Кроме того, прибор не обеспечивает высокого КПД,

10

Цель изобретения - повышение КПД и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в генераторе СВЧ колебаний, содержащем катод, модулирующий кас15кад, отражатель и два зеркала, образующие открытый резонатор, одно из зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса, второе

20 зеркало открытого резонатора выполнено в виде выпуклого гиперболического зеркала, расположенного коаксиально первому и имеющего переходное устройство в виде щелей, модулирующии каскад выполнен в виде металлических сеток, сопряженных со щелями переходного устройства, а катод и отражатель расположены по оси открытого резонатора. На чертеже показан генератор, разрез. Генератор С8Ч колебаний содержит катод 1, металлические сетки 2, отражатель 3, внешнее коническое зеркало k открытого резонатора, внутренее гиперболическое зеркало 5 открытого резонатора, переходное устройство 6. Внешнее коническое и внутреннее гиперболическое зеркала k и S образуют открытый резонатор. Катод 1, м таллические сетки 2 и отражатель 3 расположены на одной оси. Металличе кие сетки 2 размещены.внутри полост внутреннего гиперболического зеркала. Переходное устройство 6 в виде системы щелей прорезано во внутрен нем гиперболичесГком зеркале 5 и охв чено полостью, образованной метал1лическими сетками 2. Генератор СВЧ Колебаний образует конструкцию, сим Нетричную относительно продольной о I Система, образованная катодом 1, металлическими сетками 2, отражателем 3, переходным устройством 6 и внутренним зеркалом 5 открытого резонатора, выполнена вакуумноплотной Генератор СВЧ колебаний работает следующим образом. Поток 7 электройов, испускаемых катодом 1, проходит через систему металлических сеток 2 и попадает в область отражателя 3, на который подано отрицательное напряжение, возвращающее электроны в область сеток 2. Время пролета электронов в прямом и обратном направлениях подобрано так, чтобы выполнялось условие синхр низма - вовзращающиеся электроны попадают в область сеток 2, когда в этой области для них имеется тормозя щее поле, и электроны отдают свою энергию высокочастотному полю. Высокочастотные колебания из пространства между сетками 2 проходят через переходное устройство б, представляю щее собой систему щелей, выполненную в виде сотовой структуры, каждая ячейка которой осуществляет поворот плоскости вектора Е на ЭО, что приводит к возбуждению в резонансном объеме (между зеркалами k и 5) магнитных колебаний (т f,2,...3. 4 азимутальный индекс, 1 - радиальный, а q),2,...-продольный индексы колебаний). ОР образован коническим зеркалом k и зеркалом 5 в виде выпуклого гиперболЬида вращения. Индексы гл и g в принципе могут приниматъ любые значения, однако предпочтительным является режим работы с единичным продольным индексом (). При этом добротность рабочего типа колебаний максимальна. Колебания Hm,,g обладают уникальным свойством разреженности спектра собственных колебаний..Добротные колебания удерживаются в пространстве между критическими сечениями (на чертеже они показаны штриховыми линиями) открытого резонатора, образованного зеркалами k и S. Колебание образуется из двух встречных „ квазисобственных волн слабонерегулярного биконического рупора, отражающихся последовательно от критических сечений. Модуль коэффициента отражения квазисобственной волны Нт, гп 1 ,2,.... биконического рупора от критического сечения весьма близок к единице (с точностью .до преобразования в волны высших номеров. Эфективность этого типа преобразования пропорциональна квадрату малого параметра - степени отклонения профиля гиперболического зеркала от регулярности. Последовательные отражения квазисобственной волны от критических сечений формируют в итоге высЬкодобротное колебание. Волны других номеров магнитного и все электрические волны не имеют критических сечении в расширяющихся участках ОР и поэтому не удерживаются в генераторе СВЧ колебаний и не усиливаются. На участок спектра шириной в октаву генератор СВЧ колебаний имеет одно добротное колебание, что и обеспечивает разрежение спектра генерируемых колебаний. Коэффициент отражения высокочастотного поля из пространства между металлическими сетками 2 для переходного устройства 6,выполненного в виде системы щелей шириной L, имеет вид 2 I. iK(ZM2 (ot,z;B ° cjz. где S - коэффициент связи между прямой и отраженными волнами