Свч-усилитель

(72) Л.Л.Ананьев, Ю.В.Андриянов, В.А.Башилов, М.М.Богатский, Д.А.Борисов, А.А.Кантонистов и Г.Н.Фурсей (71) Ленинградский злектротехнически институт связи им.проф. М.А.Бонч- Бруевича и Опытно-конструкторское бюро "Горизонт"(56) 1. Авторское свидетельство ССС М 137545, кл, Н 03 В 5/18, 1958.2. Ненакаливаемые катоды. Под ред.проф. М.И.Елинсона, М., "Сов. радио", 1974, с. 241.3. Шарбонье, Барбур, Гаррет, Дай Исследование природы и прикладных свойств холодной эмиссии на СВЧ. Труды ТИИЭР, 1963, т. 51, Р 7,с.990 (прототип). й. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ "СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54)(57) СВЧ-УСИЛИТЕЛЬ, содержащийрезонаторы с сеткой, коллектор имногоострийный автокатод в виде концентрйческих,колец-гребенок, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения средней мощностиусилителя, в неро введен генераторпрямоугольных импульсов, причем колца-гребенки закреплены на концентрически расположенных пьезокристаллахсоединенных с генератором прямоуголных импульсов.Изобретение. относится к электронной технике, в частности к усилителямСВЧ.Известно устройство для генерирования кратковременных электронныхпакетов под действием СВЧ-поля. Вэтом устройстве теоретически автокатод приочень сильных полях способен обеспечить плотность токов до10 ф А/смОднако практически достигаемыеплотности тока оказываются меньшимивследствие нестабильности актокатода при большиХ плотностях тока, приводящих к возникновению вакуумнойдуги. Разрушение эмиттера связано с 15, перегрузкой его собственным эмиссионным током 23,Применение одиночного эмиттера сплотностью тока 101-10 8 А/см оказывается эффективным, когда наряду с 2 Обольшими токами требуются высокиеэнергии пучка. Например, для получения токов с острия в 104 А необходим эмиттер с радиусом кривизны равным 10сми разность потенциалов 25более 10 В.Для получения больших токов призначительно меньших напряжениях (всотни и десятки киловольт) необходимо тем или иным образом увеличитьэмиттирующую площадь при сохранениималого радиуса кривизны катода, Одной из таких возможностей .являетсясоздание многоострийных систем.Наиболее близким к предлагаемомупо техничесокй сущности являетсяСВЧ-усилитель, состоящий из двух резонаторов с сетками, прозрачными дляэлектронов и экранирующих СВЧ-поле,многоострийного автокатода в видеконцентрических колец-гребенок и 40коллектора 31.СВЧ-поле вводится во входной резонатор, настроенный таким образом, что в районе автокатода создается пучность электрической составляющей поля. Эмиттируемые электроны, получая дополнительную энергию от высо" ковольтного источника постоянного гока, проходят в выходной резонатор, отдают энергию СВЧ-полю и собираются 5 О коллектором. Длительность импульса автоэмиссионного тока и его амплитудное значение ограничено собственно автокатодом. Кроме того, авто- эмиссионный ток ограничивается неод нократностью геометрической формы кончиков острий, что приводит к различным значениям напряженности поля у острия при одинаковой входной мощности СВЧ и неодновременной работе 60 автокатодов,а также к эффекту экранирования, т.еуменьшение полл у вершины одного эмиттера нз-за наличия соседних острий. Коэффициент зкранирования в основном зависит от 65 расстояния катод - выходная сетка резонатора и расстояния между кончи.ками острий. Эффект экранирования приводит к уменьшению максимально достижимого первеанса для каждого острия (в пределе он равен 0,2 А/ф).Недостатком многоострийных автокатодов является также технологическая сложность изготовления, связанная с очень жесткими требо" ваниями к геометрии каждого острия. Небольшие отклонения формы острия от оптимальной приводят к резкому уменьшению автоэмиссионного тока. В результате эффективно змиттирует лишь небольшая часть острий, что приводит к уменьшению первеанса катода в целом.Цель изобретения - увеличения средней мощности СВЧ-усилителя,Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-усилителе, содержащий резонаторы с сеткой, коллектор и многоострийный автокатод в,виде концентрических колец-.гребенок, введен генератор прямоугольных импульсов, причем кольца-гребенки закреплены на концентрически расположенных пьезокристаллах, .соединенных с генератором прямоугольных импульсов.На фнг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 конструкция автокатода; на фиг, 3 устройство входного резонатора; на фищ, 4 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.СВЧ-усилитель (Фиг.1) с источниками питания состоит из многоострий 1 ного автокатода 1, коллектора 2, входного резонатора. 3 и выходного резонатора 4, СВЧ-генератора 5, нагрузки 6, генератора 7 прямоугольных импульсов и высоковольтного источника 8 постоянного напряжения.Автокатод (Фиг.2) состоит из концентрических колец-гребенок с остриями 9, расположенных на проводящих основаниях, которые закрепляются на торцах пьезокристаллов 10 12 и соединяются с генератором прямоугольных,импульсов. На боковые стенки пьезокристаллов нанесенс проводящее покрытие, соединенное с генератором прямоугольных импульсов вводами 13.Вариант конструкции входного резонатора представлен на фиг. 3.Полуволновый резонатор с автокатодом 1, расположенным в пучностн электрической составляющей СВЧ-поля, имеет экспоненциальное сужение 14 для увеличения напряженности поля в зазоре, перекрытом проводящей сеткой 15. Вводы 13 вакуумно-плотные и изолированные от корпуса устройства соединяют автокатод 1 с генератором прямоугольных импульсов н высоковольтным источником.Величина входного СВЧ-сигнала подбирается такой, чтобы .напряженвост электрическогполя, созданного.у поверхности катода за счет высоковольтного источника и СВЧ поля. была до- статочной для возбуждения заметной автоэлектронной эмиссии, т.е. сОставляла не Менее 3 .10 В/см. ЖогЮа в направлении. коллектора будут ис пускаться автоэлектроны, возбуждая выходной резонатор. Для увеличения 1 О средней мощности. усилителя иа пьезокристаллы подается управляющее напряжение такой полярности,что внешнее кольцо и внутренняя шайба выдвигаются,а среднее кольцоопускается.Эвжссия ав тоэлектронов пойдет с внешнего кольца и внутренней шайбы, среднее же кольцо будет экранировано соседними кольцами и выведено из области автоэмисеионного поля. Затем полярность 2 п управляющих импульсов меняется,:и в область автоэмиссионвого поля вводится среднее кольцо. Крайние кольца при "этом экранируются средним кольцом и ие эмиттируют. Количство. 25 автоэмиттеров ва средней кольце равно количеству автоэмиттеров на внешнем кольце н внутренней шайбе. В ре зультате длительность импульсов автоэмиссионного тока с каждого острия З 0 укорачивается в два раза.Это позволяет увеличить плотность автоэмиссионвого тока с каждого ост. рия, а следовательно, и полный ток автокатрда в два. раза при сохранении стабильности рабОты автокатода и его надежности. Кроме того, открываютсявозможности увеличения плотностиупаковки острий в многоострнйном катоде, что эквивалентно увеличениюпервеанса катода.В экспериментальной конструкциирасстояние катод-сетка равняется10 мм,.длина острий 1 мм, расстояниемежду остриями 5 мм,Пьезокристалл обеспечивает смешение концентрических колец-гребенокна 0,05 мм относительно друг другапрн подаче ва него управляющего напряжения от генератора типа Г 5-54.При таком смещении опустившееся кольцо. в достаточной степени экранируется поднявшимся и выводится изэлектрического поля, способноговызвать автоэмиссию. В качестве высоковольтного тока используют источник с напряжением 4 кВ прн токе до10 мА.ЮПредлагаемое устройство по сравнению,.с прототипом имеет увеличенную среднюю мощность усилителя засчет увеличения тока многоострийного автокатода без увеличения габаритов усилителя, плотность острийна единицу поверхности катода, а сле -довательно, и первеанс предлагаемого многоострийного автокатода выде,что позволяет увеличить крутизнупроходной характеристики усилителя,технология изготовления многоострийных автокатодов упрощается что позволяет снизить их себестоююость.107 г 145 Составитель И.Артюхактор С,Квятковская Техред Ж.Кастелевич Корректор В.Бутяга лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,э 136/46 Тираж ИНИИДИ Государственно по делам иэобретени 113035, Москва, Ж, 683 Подписно комитета СССР и открытий Раушская наб., д. 4/5