Многосекционный электронный усилитель

Союз Советских Социалистических РеспубликЗаявлено 19.04.73 (21) 1907987/26(51) М. Кл. Н 011 рисоединением заявкиударствеииый комитет 3) Приоритет Совета аи 1 истров СССпо делам изобретеиийи отхрвтий Опубликовано 30,09,75. Бюллетень36Дата опубликования описания 04.01,7 б(71) Заявитель ННЪЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛ(54) МНОГО й 5 ци- лом1 О по- ии при этом оса элек- односту- рскуперагь между ящаяся всекции 1) Дополнительное к явт Изобретение относится к области СВЧ электроники, в частности, к многосекционным устройствам для усиления электромагнитныхколебаний.Известен многосекционный электронныусилитель, содержащий на входе секции ЛБВО - типа с рекуперацией и на выходелиндрическую секцию М - типа, причем колектор входных секций совмещен с катодвыходной секции.Его достоинствами являются сочетание высокого к.п.д. с большим коэффициентом усиления, широкой рабочей полосой частот,вы щенной фазовой стабильностью, отностельно низким рабочим анодным напряженем. Однако цилиндрическая конструкция выходной секции этого усилителя препятствует уменьшению его поперечных габаритов (при 20 сохранении высокой выходной мощности) . Вместе с тем, для некоторых применений, в частности в радиолокационных системах с активными фазированными антенными решетками, поперечные габариты прибора имеют 25 решающее значение (в идеале они ограничены поперечником порядка половины рабочей длины волны), Выходные импульсная и средняя мощности при этом желательны максимяльи ые. 30 Целью изобретения является уменьшение поперечных гаоаритов такого усилителя при сохранении всех остальных его достоинств,Дополнительной целью является сокращение длины пространства взаимодействия (продольного габарита) и улучшение стабильности переднсго фронта импульса при работе прибора в так назыгаемом рекиме безмодуляторпого питания.Сущность изобретения состоит в следующем.Для уменьшения поперечных габаритов (при сохранении большой выходной мощности при относительно низком аподном напряжении) в качестве выходной секции прибора использован линейный усилитель М-типа с вторично-эмиссионным катодом в пространстве взаимодействия, последовательно соединенный по СВЧ с входной секцией прибора, являющейся по принципу действия многосекционной ЛБВО с ленточным электронным потоком и соотвстствующпмп пушкой и системами фокусировки.Длина выходной секции ЛБВОуменьшена для уменьшения разбртронов ио скоростям, а в качествепенчятого коллектора с глубокойцией использована переходная облассекциями О и М-типов, находкраевом поле магнитной системыМ-типа, которое нарастает примерно по закону сйЛ. Коллектор выполнен из двух электродов, поверхности которых изогнуты также по закону сгйЕ Электрическое поле между ними нарастает по такой же зависимости, Один из электродов, являющийся продолжением замедляющей системы секции М-типа, как и все анодные системы, заземлен, а другой - имеет участок с вторичноэмиссионным материалом и является продолжением катода секции М-типа.На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции многосекционного усилителя; на фиг. 2 - сечение по Л - Л на фиг. 1; на фиг. 3 - форма электродов коллекторного узла.Предложенный усилитель (фиг. 1) содержит на входе две секции ЛБВО с магнитной периодической фокусировкой, состоящие из электронной пушки 1, заземляющей системы 2, магнитов 3, полюсных наконечников 4, и коллектора 5.Выход одной из секции по СВЧ сигналу связан коаксиалом 6, со входом замедляющей системысекции М-типа. Коллектор 5 состоит из двух электродов, расстояние между которыми в области краевого поля магнитной системы М-типа уменьшается по закону сгйЛ, причем один из электродов является продолжением замедляющей системы , а другой электрод является продолжением вторичноэмиссионного катода 8 секции М-типа. Магнитная система состоит из магнитов 9 (см. фиг. 2) и магнитомягкого экрана 1 О, общего для всех секций прибора, одновременно являющегося вакуумной оболочкои прибора. Магнитная система 9 и экран 10 могут размещаться и вне вакуума, тогда вакуумная оболочка располагается между ними и внутри- вакуумными элементами конструкции, а магнитная система становится самостоятельным элементом конструкции,Принцип действия усилителя следующий.Поданный на вход (фиг. 1) сигнал усиливается в ЛБВО по обычному принципу и затем поступает для дальнейшего усиления в выходную секцию, представляющую собой по принципу действия усилитель М-типа с вторичноэмиссионным катодом, Усиленный сигнал через выход поступает в полезную нагрузку.Режим работы выходного конца секции ЛБВО выбран ближе к линейному, чем к режиму насыщения. При этом разброс скорости электронов от средней относительно мал и достижима достаточно глубокая одноступенчатая рекуперация.Потенциал коллектора выбирается на 20 - 30% более высоким, чем потенциал катода пушки ЛБВО-секции, и параметры секции М-типа рассчитаны на работу при этом потенциале.Как уже указывалось выше, краевое поле магнитной системы секции М-типа без специальных магнитных экранов на торцах на 510 15 20 25 30 35 4 з 45 50 55 60 65 растает примерно по закону сй Л, где Л - продольная ось симметрии прибора. Исходя из эгого закона, параметров пучка и формы электродов коллекторного узла, можно рассчитать траектории элементов. 1 акие расчегы показали, что при изменении расстояния между электродами по закону, близкому к зависимости вида с 1 Й Л возможно большинство вторичных электронов направить в пространство взаимодействия секции М-типа, и одновременно получить умеренную, достаточно равномерную удельную тепловую нагрузку на коллекторе,Дополнительно к этому, вторичноэмиссионныи поток из коллектора играет роль поджигателя для секции М-типа и она может иметь вторичноэмиссионный катод и работать в импульсном режиме при постоянном анодном напряжении на ес катоде 1 режим безмодуляторного питания) с высокои стабильностью переднего фронта импульса и одновременно уменьшеннои длине, на которой формируются спицы пространственного заряда, что при учете потерь в замедляющей системе также ведет к увеличению общего к.п.д. усилителя.На фиг. 3 показана форма электродов коллекторного узла 5, а также пять наиболее характерных траекторий электронов, полученных путем моделирования на ВМ для указанного режима коллектора.Скорость электронов 1, 11, 111 при влете в коллекторную область равна средней скорости потока. Электрон 1 Ч имеет на % меньшую скорость, а электрон Ъ - на 5% большую по сравнению со средней скоростью. Ь,онечная скорость всех электронов после торможения достаточна для получения коэффициента вторичной эмиссии оольше единицы.111 ри использовании в качестве вторичноэмиссионного эмиттера, например, платины в среднем поток электронов в данном случае увеличится примерно в 1,5 раза, а удельная нагрузка при токе пучка порядка 2 а составиг приолизительно 5 вт 1 см-),ьольшинство вторичных электронов 1 см. фиг. 2) направляется в сторону входного конца секции М-типа и под действием ускоряющего ( ЫЧ поля приводит к быстрому размножению электронов и формированию сгустков спиц пространственного заряда на малои протяженности участка этой секции.Ы противном случае оез такого поджига процесс формирования спиц, как известно, нестабилен и может занимать 11 д полезной длины пространства взаимодействия, что приводит к необходимости увеличения на 30"% этой длины и к соответствующему уменьшению к.п.д, секции М-типа и к нестабильности переднего фронта СВЧ импульсов усилительного сигнала.Поскольку подавляющее большинство электронов пучка, формируемого пушкой ЛБВО- секции, попадает на отрицательный электрод коллектора 5, являющийся одновременно ка486398 5 Б 7 тодом 8 секции М-типа, то источник питания ЛБВО расходует свою энергию в основном на питание секции М-типа, имеющей высокий к.п.д. (за вычетом энергии, преобразованной в полезный СВЧ сигнал в ЛБВО-секции и доли, рассеиваемой в виде тепла на коллек. торе и других элементах конструкции).В результате общий к.п.д, усилителя получается близким к высокому к.п.д. Выходной секции М-типа.В данном случае высокий электронный к.п.д. ЛБВО-секций не ооязателсн, поэтому ее фазовая стабильность может быть выше обычной, а общая фазовая стабильность предлагаемого усилителя существенно более высокой, чем в ЛБВО с аналогичным коэффициентом усиления и рабочей полосой частот.Расчет показывает, что предлагаемьш усилитель выгоднее обычной ЛБВО и в том отношении, что способен обеспечить при заданном анодном напряжении на порядок большую импульсную выходную мощность. 1-1 апример, при напряжении 10 - 15 кв возможно получение мощности более 100 квт в импульсе при общем к.п,д.)40%. При этом выходная секция ЛБВО должна обеспечивать выходную мощность порядка 3 квт, к.п.д. порядка 15% и микропервеанс 0,7 0,8.Общий коэффициент усиления при этом может Оыть более 40 до, а полоса больше 10 ф 0.Зтп параметры в десятисантиметровом диапазоне длин волн могут быть получены при поперечных габарита.; порядка 5 см. Предмет изооретсппч Многосекциочный электронный усилитель,содержащий на входе секции ЛБВ О-типа, на выходе секцию М-типа с замедляющей системой и катодом, ко.лектор секции О-типа, сов 1 еценнь 1 с катодом В.ходпой секции. Отл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения поперечных гаоарптов и увелпчения стабиль Ости переднего фронта пм:ульса, коллектор секции О-пша Вы:олпеп из двух электродов, 20 1:ОВерх 10 ст 1 котопых 113 ОГуть 1 по 3 конусй Л В Ооласти краеВОГО;1 Оля Гнитп 01 системы линейной секции М-типа, причем продолжением ОдпОГО из электродов 51 ВЛ 51 стся вторпчноэмисспоппьш катод секции М-типа, а 25 другого - замедляющая система секцииМ-типа.486398 тавитель Л. Фролов Текрсд Т. Миронов Коляда кт 844 Тираж 833 Пого когвите:и Совета Министров СССРизобретений и открытий35, Раушская нао., д, 4/5 Лак иисное ииогра рии, ир. Сан нова,3171/12 Иад. М Ц 1-1 ИИПИ Государе", веш по дслаги Москва, К