Генератор свч-колебаний

О П И С А Н И Е (и)938333ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтсиикСфциалистичесииаРеспублик(23) Приоритет Н 01 1 25/00 1 Ьвудврстюай кемитвт СССР ао девам изобретевиЯДата опубликования описания 23.06.82 Г. И. Ежов, Е. И. Нефедов, К. И. Палатов, . М.Российскийи Н. П. СанталовфОрдена Трудового Красного Знамени институ радиотехникии электроники АН СССР(5 Й) ГЕНЕРАТОР. СВЧ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к радиофизике и радиотехнике миллиметрового и субмиллиметрового диапазонаэлектромагнитных волн,Известен генератор СВЧ колебаний(отражательный клистрон ), состоящийиз катода, металлических сеток, входящих в состав закрытого резонатораи отражателя электронов 1 1.Недостатком этого класса генераторов СВЧ колебаний является сравнительно широкая линия излучения,поскольку здесь используется закрытый резонатор, имеющий большиеомические потери. Попытка увеличитьобъем резонатора, а вместе с тем изапасенную энергию, с неизбежностьюприводит к генерированию широкогоспектра паразитных частот, подавление которых представляет сложнуюи нерешенную техническую задачу.Известен также генератор СВЧ колебаний, содержащий катод, модулирующий каскад, отражатель и два зер 2кала, образующий открытый резонатор,одно из зеркал которого выполненов виде полого усеченного конуса 21."Вследствие наличия открытого ре 5зонатора данный генератор имеетболее разреженный спектр генерируемых колебаний, но система фокусировки прибора более сложная. Крометого, прибор не обеспечивает высокого КПД,Цель изобретения - повышениеКПД и упрощение конструкции.Указанная цель достигается тем,что в генераторе СВЧ колебаний,содержащем катод, модулирующий каскад, отражатель и два зеркала, образующие открытый резонатор, одноиэ зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса, второе20 зеркало открытого резонатора выполнено в виде выпуклого гиперболического зеркала, расположенного коаксиально первому и имеющего переходноеустройство в виде щелей, модулирую"3щий каскад выполнен в виде металлических сеток, сопряженных со щелями переходного устройства, а катод и отражатель расположены по осиоткрытого резонатора.На чертеже показан генератор,разрез,Генератор СВЧ колебаний содержиткатод 1, металлические сетки 2, отражатель 3, внешнее коническое зеркало ч открытого резонатора, внутренее гипербслическое зеркало 5 открытого резонатора, переходное устройство б,Внешнее коническое и внутреннеегиперболическое зеркала 4 и 5 образуют открытый резонатор. Катод 1, мталлические сетки 2 и отражатель 3расположены на одной оси. Иеталличекие сетки 2 размещены. внутри полоствнутреннего гиперболического зеркала, Переходное устройство б в видесистемы щелей прорезано во внутреннем,гиперболическом зеркале 5 и охвчена полостью, образованной металлическими сетками 2, Генератор СВЧколебаний образует конструкцию, симметричную относительно продольной оСистема, образованная катодомметаллическими сетками 2, отражателем 3, переходным устройством б ивнутренним зеркалом 5 открытого резонатора, выполнена вакуумноплотнойГенератор СВЧ колебаний работаетследующим образом.Поток 7 электройов, испускаемыхкатодом 1, проходит через системуметаллических сеток 2 и попадает вобласть отражателя 3, на которыйподано отрицательное напряжение, вовращающее электроны в область сеток2, Время прояета электронов в прямои обратном направлениях подобранотак, чтобы выполнялось условие синхнизма - вовзращающиеся электроны попадают в область сеток 2, когда вэтой области для них имеется тормозщее поле, и электроны отдают своюэнергию высокочастотному полю. Высокочастотные колебания из пространства между сетками 2 проходят черезпереходное устройство б, представлящее собой систему щелей, выполненную в виде сотовой структуры, квждячейка которой осуществляет повороплоскости вектора Е на 90 , что прводит к возбуждению в резонансномобъеме (между зеркалами 4 и 5) магнитных колебаний Нп,9 (я = 1,2,938333 4азимутальный индекс, 1 - радиальный,а д=1,2,-продольный индексы колебаний ). ОР образован коническимзеркалом 1 и зеркалом 5 в виде выпуклого гиперболЬида вращения. Индексы в и д в принципе могут принимат любые значения, однако предпочтительным является режим работы сединичным продольным индексом (д=1).ю При этом добротность рабочего типаколебаний максимальна,Колебания Нвд обладают уникальнымсвойством разреженности спектра собственных колебаний.,Добротные колеба 15 ния Нщд "удерживаются" в пространстве между критическими сечениями нае- чертеже они показаны штриховыми линиями) открытого резонатора, образос- ванного зеркалами 1 и 5. Колебаниеи 20 Нщ д образуется из двух встречныхНщ квазисобственных волн слабонерегулярного биконического рупора, отражающихся последовательно от критических сечений, Модуль коэффициента отражения квазисобственной волныНщ, ы =1,2, биконического рупора от критического сечения весьмаси, близок к единице (с точностью,допреобразования в волны высших номеров. Зфективность этого типа преобразования пропорциональна квадрату малого параметра - степени отклоненияпрофиля гиперболического зеркала отрегулярности ). Последовательные от 35ражения квазисобственной волны откритических сечений формируют в итоге высокодобротное колебание. Волны других номеров магнитного и всеэлектрические волны не имеют крити 3- ческих сечений в расширяющихся участ 40ках ОР и поэтому не удерживаются вм генераторе СВЧ колебаний и не усиливаются. На участок спектра шириной вро- октаву генератор СВЧ колебаний имеет одно добротное колебание, что45и обеспечивает разрежение спектрая- генерируемых колебаний,Коэффициент отражения высокочастотного поля из пространства междуметаллическими сетками 2 для пере 5 О ходного устройства б,выполненногою- в виде системы щелей шириной , имеет вид1 цвк55 ЬЫЫ,Х)В 4 ЪОгде 5 - коэффициент связи между пря а мой и отраженными волнами938333 13й цЛфе в 1 п 5 п(2) - продольная постоянная распространения,Приближенно приведенную формулу можно представить в видегде о,п - средние величины.1 ОПри выборе ширины щелейиэ условия Ь=2 эл, п=1,2, обеспечивается минимум коэффициента отражения, что способствует увеличению добротности ОР генератора СВЧ колебаний, 1 з а следовательно, увеличению излучаемой им мощности. Частота генерируемых колебанийопределяется расстояниями между эер калами(4 и 5) 31:.и , с=2 37/Л, Л -длина волны. Выполнение внешнего зеркала подвижным относительно продольной оси генератора СВЧ колебаний позволяет осуществить механическую под стройку получаемой частоты. 6Формула изобретенияГенератор СВЧ колебаний, содержащий катод, модулирующий каскад, отражатель и открытый резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых выполнено в виде полого усе" ченного конуса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, второе эерке" ло открытого резонатора расположено коаксиально первому, имеет выпуклую гиперболическую поверхность и переходное устройство в виде щелей, модулирующий каскад выполнен в виде металлических сеток, сопряженных со щелями переходного устройства, а катод и отражатель расположены по оси открытого резонатора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Федоров Н. Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ. Н Атомиздат 1974, с, 38.2. Авторское свидетельство СССР М 641817,кл. Н 01 д 25/09, 1976 (прототип). НИИПИ Заказ 4473/75Тираж 761 Подписное филиал ППППатент",г.ужгород,ул.Проектная