СВЧ прибор "О" - типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн Советский патент 1991 года по МПК H01J25/00 

39 выраженными и эффективность их умень шается . Наиболее близким техническим решением является известный прибор О типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, содержащи по крайней мере один открытый резонатор , расположенный соосно отрезок замедляюп1,ей системы с пролетным каналом, и электронно-оптическую систему. Прибор содержит систему взаимодей ствия, представляющую собой открытый резонатор, состояпщй из двух зеркал вогнутого сферического и плоского гофрированного и электронно-оптическую систему, которая формирует прямолинейный электронный поток. Вблизи плоского гофрированного (гребенчатого) зеркала возникает сложное поле, которое содержит замед ленные пространственные гармоники, экспоненциально затухающие при удале нии от зеркал. Над гофрированным зеркалом пропускают электроны, которые при синхронизме с попутной замед ленной гармоникой отдают полю свою энергию. По механизму взаимодействия электронов с полем оротрон представляет собой резонансную лампу с бегущей волной. Применяя последовательно два оротрона, связанных только общим электронным пучком, можно в принципе получить усилитель, аналогичный двух резонаторному клистрону с распределенным взаимодействием. Недостатком описанного прибора является то, что система взаимодействия, например гофрированное (гребенчатое) зеркало, совмещает две функции: во-первых, оно участвует в формировании собственного колебания открытого резонатора и, во-вторых. оно создает замедленные пространственные гармоники, с которь1ми взаимодействуют электроны., Совмещение ука занных; функций накладьгаает о.пределе ные ограничения на типы систем замедления , которые можно было бы использовать для повьппения эффектив ности взаимодействия электронов с п лем, что ограничивает мощность и КПД устройства. , Целью изобретения является увели чение выходной мощности и КПД. Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-приборе 0 -типа мил лиметрового и субмиллиметрового диа пазонов длин волн, содержащем по крайней мере один открытый резонатор, расположенные соосно отрезок замедляющей системы с пролетным каналом и электронно-оптическую систему, открытый резонатор выполнен в виде фокусирующего резонатора, содержащего экранирующую оболочку, вогнутое зеркало и зеркало в виде рупора, соединенного с отрезком волновода с пролетными отверстиями, расположен перпендикулярно отрезку замедляющей системы и соединен с ним с помощью согласующего устройства, при этом отрезок замедляющей системы ограничен закорачивающими стенками с пролетными отверстиями, а ось пролетного .канала замедляющей си&темы совпадает с осями пролетных отверстий волновода рупора и закорачивающих стенок. С целью повышения точности регулировки резонансной длины волны к одному концу замедляющей системы подключен с помощью согласующего устройства отрезок волновода с подвижным перестраивающим поршнем. Изобретение иллюстрируется фиг.18, где схематически изображены варианты исполнения электронных приборов с открытьми резонаторами. Прибор содержит сферическое зеркало 1, экранирующую конусообразную оболочку 2 из материала, поглощающего электромагнитные волны, рупор 3 с отрезком волновода, отрезок замедляющей системы 4, коллектор 5, настраивающий плунжер 6, вакуумную оболочку 7, электронную пушку 8, сильфон 9, выходной волновод 10 с окном вывода энергии, электронный поток 11, магнитный экран 12, магнит 13, входной волновод 14 с окном ввода энергии, волновод15 открытого резонатора. На фиг. 1 изображен генератор типа резонансной ЛБВ. Принцип действия предложенной конструкции заключается в следующем. Волна5распространяющаяся в волноводе 15 при согласовании волновода с замедляющей системой,, беспрепятственно входит в замедляющую систему 4 и распространяется в ней в соответствии с законом дисперсии. Дойдя до конца замедляющей системы волна отражается и распространяется в сторону волновода. Выйдя из замедляющей системы, она распространяется в волноводе, в рупоре. Излучивпмсь из рупора, волна доходит до I зеркала 1, отражается от него и распространяется в сторону рупора. Войд в него, движется в сторону волновода затем по волноводу входит в замедляю щую систему и т.д. Между замедляющей системой и волноводом необходимо согласующее устро ство для того, чтобы создать единую колебательную систему, состоящую из отрезка замедляющей системы и фокуси рующего открытого резонатора и обеспечивать оптимальный режим работы ге нератора. Конструкции согласующих устройств весьма разнообразны и хоро шо известны. Это могут быть щели, диафрагмы, штыри, выступы, тройники с плунжером, плавные или ступенчатые отрезки волноводов, отрезки замедляющих систем с переменными параметрами и др. элементы, которые подбираются для каждой конкретной конст рукции замедляющей системы и волново да. Добротность системы определяется величиной потерь в каядцом элементе тракта: в зеркале, в зазоре на дифракцию, в рупоре, в волноводе, в замедляющей системе, в закоротке, и величиной запасенной энергии, главна часть которой содержится в объеме между зеркалом и волноводом. Величина потерь на участке резона тора, где включена замедляющая систе ма, будет такой же как и в отдельно взятом отрезке замедляющей системы, в то же время величина запасенной энергии будет определяться не только объемом замедляющей системы, а главным образом, объемом вне замедляющей системы. Поэтому добротность резонатора будет значительно больше, чем . в закороченном отрезке замедляющей системы. Добротность можно еще более увеличить, если расположить с двух сторон отрезка замедляющей системы перпендикулярно к его оси согласующие устройства и волноводы, подсоеди ненные к рупорам экранированных фокусирующих открытых резонаторов, (фиг. 4). Резонансная длина волны в предложенной колебательной системе определится из условия равенства нулю суммы реактивных проводимостей, пересчитанных к какому-либо сечению волновода. Регулировка длины волны может быть осуществлена с помощью подвижного закорачивающего плунжера 6, расположенного в отрезке волновода 15, который через согласующее устройство (не показано) подключен к отрезку замедляющей системы (фиг.1,5). Преимущества предложенной конструкции генератора заключаются в следующем. Во-первых, появляется возможность выбирать конфигурацию замедляющей системы независимо от конфигурации зеркала. Это свойство позволяет использовать замедляющие системы, в которых электроны могут эффективно взаимодействовать не с гармоникой поля гребенчатой системы, как в случае оротрона, а с полем основной волны в таких системах как спираль, меандр, встречные щтыри, цепочка связанных резонаторов и др. (фиг. 2, 3), что позволит повысить эффективность взаимодействия электронов с полем замедляющей системы, так как сопротивления связи на основной волне выше, и это позволит работать не только на виде колебаний с одной полуволной вдоль замедляющей системы (что обусловлено характером колоколообразного поля основного вида колебаний открытого резонатора в оротроне), но и на видах колебаний с несколькими полуволнами, укладывающимися, вдоль системы, что позволит в несколько раз повысить сопротивление взаимодействия электронов с электромагнитным полем, снизить пусковой ток, повысить КПД и выходную мощность. Во-вторых, резонансную длину волны резонатора можно перестраивать не только с помощью перемещения зеркала 1 (фиг. 1), но и путем перемещения короткозамыкающего плунжера 6, расположенного в отрезке волновода, подсоединенного ко второму концу замедляющей системы (фиг. 5), что значительно упрощает механизм перестройки. Следует такжеотметить, что разделение функции в открытом резонаторе позволяет раздельно регулировать ве ичину обратной связи плунжером 6 и резонансной длины волны перемещением зеркала 1 (фиг. 1). В-третьих, можно увеличить добротость, если подключить ко второму концу замедляющей системы еще один окусирующий открытый резонатор (фиг. 4). Повышение добротности позолит снизить пусковой ток генерато-, 9 pa к тем caMiiiM разгруя1 ть катод и повысить его долговечность. В-четвертых, в предложенной конструкции генератора масса фокусируюш,его магнита 13 может быть значитель но меньше, чем у оротрона при одной и той же величине магнитного поля в рабочем зазоре. Объясняется это тем, что в оротроне магнитное поле в pa6o чем зазоре определяется расстоянием анод-коллектор, которое равно.размерам гофрированного зеркала, а рабоче пространство заметно меньше размера зеркала. В предложенной конструкции генератора магнитное поле в рабочем jзазоре определяется расстоянием анод коллектор, которое практически равно длине отрезка замедляющей системы. Таким образом, в предложенной конструктдии более рационально использует,ся рабочее пространство, что приводи к уменьшению массы и габаритов магни ной фокусирующей системы. Предлож гнная колебательная система может быть использована не только для построе;ния резонансных генераторов, но и для построения усилительны клистронов с распределенным взаимодействием. tla фиг. 6 схематически покаяан двухкаскадный усилительный клистрон, в котором использованы экранированные фокусируюи1ие открытые резонаторы с замкнутыми секциями замедляющих систем 4. В резонаторах предусматривается подстройка частоты. В случае нескольких каскадов усиления резонаторы, благодаря поворотной симметрии можно расположить по винтовой линии. На фиг. 7 показан усилительный клистрон с распределенной системой взаимодействия, в котором замедляющая система 4 ггервого входного каскада расположена внутри волновода 15 (фиг. 8). Плавные скосы длиной X/Z на пластинах гребенчатой замедляющей системы выполняют функцию согласующего устройства между замедляющей системой и волноводом открытого фокусирующего резонатора. Предложенные генераторы и усилители миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн на основе экранированного фокусирующего резонатора с отрезком замедляющей системы повыщают эффективность указанных типов приборов, поднимают их выходную мощность, поднимают КПД .

1, СВЧ-ПРИБОР О -ТИПА МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЯПИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ ДЛИН ВОЛН, содержащий по крайней мере один открытый резонатор, . расположенные соосно отрезок замедляющей системы с пролетным каналом, и электронно-оптическую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности и КПД, открытый резонатор выполнен Изобретение относится к области электровакуумных приборов сверхвысоких частот, в частности, к усилителям и генераторам О типа миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, использующим открытые резонаторы. Известны приборы с распределенной системой взаимодействия, содержащие электронно-оптическую систему формирующую прямолинейный электронньш поток, систему взаимодействия, состоящую из нескольких резонаторов, образованных из отрезков замедляющих Ь,.;::.;;--1: СНЕ8Ш I с :-:. в виде фокусирующего резонатора, содержащего экранирующую оболочку, вогнутое зеркало и зеркало в виде рупора, соединенного с отрезком волновода с пролетными отверстиями, расположен перпендикулярно отрезку замедляющей системы и соединен с ним с помощью согласующего .устройства, при этом отрезок замедляющей системы ограничен закорачивающими стенками с пролетными зтверстиями, а ось пролетного канала замедляющей системы совпадает с осями пролетных отверстий волновода рупора и закорачивающих стенок. 2. СВЧ-прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулировки резонансной длины волны, к одному концу замедляющей системы подключен с помощью согласующего устройства отрезок волновода с подвижным перестраиваюСО щим поршнем. 00 N5 4 00 систем, замкнутых-По высокочастотному полю, через которые проходит элек,тронный поток. Входной и выходной резонаторы с помощью специальных устройств согласованы с входным и вы.ходным волноводами, по которым в клистрон вводится и выводится СВЧ-энергия. Недостатком прибора является то, что по мере укорочения длины волны в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн резонансные свойства закороченных отрезков замедляющих систем становятся менее