Свч-прибор

СВЧ-ПРИБОР, содержащий входную и выходную двухчастотные резонансные системы с активными резонаторами, входное и выходное устройство связи, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочей полосы при работе в двухполосном режиме и раздельного вывода мощности в каждой из полос, входная резонансная система содержит дополнительный активный резонатор, связанный с первым резонатором через щель связи в металлической стенке, разделяющей оба резонатора, активные резонаторы выполнены двухзазорными с размещенной внутри корпуса втулкой, а выходная резонансная система содержит два пассивных резонатора, выполненных в виде четвертьволновых отрезков, связанных через щель в общей металлической перегородке и снабженных раздельными устройствами связи с внешними выходными трактами для каждой полосы частот, причем втулки во входной резонансной системе закреплены на корпусе проводниками, параллельными внутреннему проводнику коаксиальной линии входного устройства связи, размещенному в щели связи и соединенному со стенкой, разделяющей резонаторы, а втулка выходной резонансной системы закреплена через проводник на элементе связи с пассивным резонатором, размещенном в щели связи и соединенном с общей металлической перегородкой.

Изобретение относится к радиоэлектронике сверхвысоких частот, а более конкретно - к конструкциям многорезонаторных СВЧ-приборов, предназначенных для усиления (или генерирования) сверхвысокочастотных колебаний одновременно на разных рабочих частотах (на разных типах колебаний). Главное преимущество таких приборов - возможность работы одного устройства в двухполосном режиме без увеличения количества ламп и без превышения потребляемой мощности.
Известны СВЧ-приборы, например клистроны с однозазорными цилиндрическими резонаторами, рассчитанными на одновременное усиление сигналов на двух частотах Е₀₁₀ и Е₀₁₁ (разных видах колебаний).
Известны также клистроны с двухзазорными резонаторами, одновременно работающие на двух типах колебаний.
Известны многорезонаторные клистроны, содержащие резонаторные системы, предназначенные для одновременного усиления группы сигналов. В каждом резонаторе, соответствующем определенной компоненте, на входе и выходе образуют петли связи. Во всех резонаторах, кроме одного, существуют колебания практически всех компонент.
Наиболее близок по технической сущности является прибор СВЧ клистронного типа, содержащий входную и выходную резонансные системы. Выходная резонансная система состоит из двух однозазорных клистронных цилиндрических резонаторов, электрически связанных между собой щелью связи. Мощность выводится из второго резонатора, в выходной тракт (волновод) через индуктивную диафрагму. Эта система имеет два типа резонанса. На одной (более высокой) резонансной частоте поля обоих резонаторов в области ВЧ зазора синфазны (2 -вид), а на более низкой частоте поле противофазны ( -вид) параметры резонансной системы выбраны так, чтобы резонансы обоих видов перекрывались в заданной полосе частот.
Недостатком такого прибора является то, что прибор может работать только в одной полосе усиливаемых частот (при одном входном сигнале).
Цель изобретения - расширение рабочей полосы частот при работе в двухполосном режиме и раздельный вывод мощности в каждой из полос.
Указанная цель достигается тем, что в СВЧ-приборе, содержащем входную и выходную двухчастотные резонансные системы с активными резонаторами, входное и выходное устройства связи, входная резонансная система содержит дополнительный активный резонатор, связанный с первым через щель связи в металлической стенке, разделяющей оба резонатора, активные резонаторы выполнены двухзазорными с размещенными внутри корпуса втулкой, а выходная резонансная система содержит два пассивных резонатора, выполненных в виде четвертьволновых отрезков, связанных через щель в общей металлической перегородке и снабженных раздельными устройствами связи с внешними выходными трактами для каждой полосы частот, причем втулки во входной резонансной системе закреплены на корпусе проводниками, параллельными внутреннему проводнику коаксиально линии входного устройства связи, размещенному в щели связи и соединенному со стенкой, разделяющей резонаторы, а втулка выходной резонансной системы закреплена через проводник на элементе связи с пассивными резонаторами, размещенном в щели связи и соединенном с общей металлической перегородкой.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".
При изучении других известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, не была выявлена и поэтому авторы считают, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 представлен СВЧ-прибор, содержащий двухзазорные активные резонаторы; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика входной (выходной) резонансной системы.
СВЧ-прибор содержит электронную пушку 1, входную резонансную систему, включающую последовательно расположенные активные резонаторы 2 и 3, связанные между собой через щель 4 в общей металлической перегородке 5. Устройство связи 6 с внешним входным трактом 7 выполнено общим для двух разных частот. Внутренний проводник 8 коаксиальной линии введен в щель связи 4 резонаторов и укреплен на металлической перегородке 5, разделяющей входные активные резонаторы 2 и 3. Выходная резонансная система содержит активный резонатор 9, имеющий элемент связи 10 с двумя пассивными резонаторами 11 и 12. Элемент связи 10 в виде проводника закреплен на общей металлической перегородке 13 со щелью 14, разделяющей пассивные резонаторы 11 и 12, представляющие собой два укороченных емкостью четвертьволновых отрезка 15 и 16 резонансных линий, связанных через щель 14. Активные резонаторы 2, 3 и 9 двухзазорные и содержат размещенные внутри них втулки 17 - 19, соответственно соединенные с проводниками 20 - 22. Проводники 20 и 21 входной резонансной системы укреплены на стенках параллельно внутреннему проводнику 8 устройства связи 6. Проводник 22 является продолжением элемента связи 10. Пассивные резонаторы 11 и 12 снабжены раздельными устройствами связи 23 и 24 с внешними выходными трактами 25 и 26 для каждой полосы. За активным резонатором 9 выходной резонансной системы расположен коллектор 27.
СВЧ-прибор работает следующим образом.
Цилиндрический электронный поток, сформированный электронной пушкой 1, вводится по оси активных резонаторов 2 и 3 входной резонансной системы. Через входной внешний тракт 7 вводятся два сигнала f₁ и f₂ (две разные рабочие частоты), которые через устройство связи 6 возбуждают систему связанных через щель 4 в общей металлической перегородке 5 активных резонаторов 2 и 3, настроенных каждый на две рабочие частоты, выбранные так, чтобы резонансы обоих резонаторов перекрывались соответственно в двух разных полосах (фиг. 2).
Конфигурация, геометрические размеры резонаторов, а также размеры щели связи 4, обеспечивающие эффективную скоростную модуляцию, могут быть рассчитаны на ЭВМ по стандартным программам.
Входные активные резонаторы выполнены двухзазорными 2 и 3, т.е. внутри корпуса входных резонаторов 2 и 3 размещены дополнительно втулки 17 и 18, соединенные с проводниками 20 и 21, которые закреплены на корпусе параллельно внутреннему проводнику 8 устройства связи 6, сигналы разных частот f₁ и f₂, также подаваемые через щель 4 в общей металлической перегородке 5 активных двухзазорных резонаторов 2 и 3, настроенных каждый на две рабочие частоты, из которых нижняя соответствует Т Е М колебаниям, определяемым длиной проводников 20 и 21 и емкостью втулок 17 и 18 на корпус (противофазные напряжения на зазорах), а верхняя - колебаниям вида Е₀₁₀, которые обычно присутствуют в цилиндрических резонаторах (синфазные напряжения на зазорах). Сигналы частот f₁ и f₂ подаются через устройство связи 6, возбуждают два связанных через щель 4 активных двухзазорных резонатора 2 и 3, каждый из которых работает в двухчастотном режиме и в совокупности они обеспечивают модуляцию электронного потока по скорости в двух разных полосах усиления.
Электронные сгустки в активном двухзазорном резонаторе 9 выходной резонансной системы, у которой внутренний проводник 22 является продолжением элемента связи 10 с пассивными резонаторами 11 и 12, выполненных в виде двух четвертьволновых резонансных отрезков 15 и 16, возбуждают колебания, соответствующие двум типам колебаний, из которых нижняя частота соответствует Т Е М колебаниям, определяемым длиной проводника 22, длиной элемента связи 10 и емкостью втулки 19 на корпус (противофазные напряжения на зазорах), а верхняя - колебаниям Е₀₁₀, которые обычно присутствуют в цилиндрических резонаторах. Токи ВЧ, протекающие по стержню, состоящему из проводника 22 и элемента связи 10, возбуждают через щель 14 пассивные резонаторы 11 и 12, разделенные металлической перегородкой 13, из которых через устройства связи 23 и 24 выводится СВЧ-мощность во внешние выходные тракты 25 и 26. Отработанный электронный поток собирается коллектором 27. Если система входных резонаторов 2 и 3 связана положительной обратной связью (которая на фиг. не показана) с выходной системой на соответствующих частотах, то СВЧ-прибор может работать в генераторном режиме. Резонаторы 2 и 3 при этом должны работать в области отрицательной электронной проводимости, что обеспечивается оптимальным выбором параметров электронного потока и геометрических параметров области взаимодействия.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое техническое решение обладает следующими преимуществами - оно обеспечивает одновременное усилие двухкомпонентного сигнала в более широкой для каждой компоненты полосе усиления. Это достигается тем, что на каждой рабочей частоте образуется двухконтурная система с частотами f₁ и f₂ (см. фиг. 2), обладающая "двугорбой" частотной характеристикой с небольшой величиной провала между "горбами".
Упрощается вывод и ввод компонент СВЧ-сигнала. Это достигается тем, что по входному тракту подаются одновременно два сигнала, а с выходного осуществляется раздельный вывод мощности на каждой частоте.
Применение такого устройства позволит осуществить одновременно усиление группы сигналов, т. е. практически вместо двух приборов используется один прибор, СВЧ-прибор может быть использован для работы в генераторном режиме. Применение такого прибора целесообразно в системах СВ Ч-нагрева, т.е. одновременный нагрев на двух частотах обеспечит большую равномерность нагрева и повысит интенсивность процесса, что дает экономический эффект в народном хозяйстве.
Использование: радиоэлектроника СВЧ, СВЧ-нагрев. Сущность изобретения: СВЧ-прибор содержит входную и выходную двухчастотные резонансные системы с активными резонаторами, входное и выходное устройства связи. Активные резонаторы 2 и 3 выполнены двухзазорными. Пассивные резонаторы 11 и 12 выходной резонансной системы выполнены в виде двух четвертьволновых резонансных отрезков 15 и 16 и снабжены раздельными устройствами 23 и 24 связи с внешними выходными трактами 25 и 26 для каждой полосы частот. 2 ил.