Резонансный генератор свч-колебаний

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 8094637 А 5/00 зб 1) Н. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с н т оСССР С 8 Ч- но-ойисточ электр тич ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТ(,71) Орденмени инстиники АН СС,83. Бюл. У 30Белявский, П.А. БернаЦейтлина Трудового Красноготут радиотехники и элСР85 6 (088.8)торское свидетельствокл. Н 01 5 25/00, 196р ское свидетель ст во Скл. Н 01 У 23/16, 197 54 ) 67 ) РЕЗОНАНСНЫЙ ГЕНЕРАТО ОЛЕБАНИЙ, содержащий электроескую систему, образованну иком электронов и ускоряющим дом и формирующую ленточный электронный пучок, коллектор, открытый резонатор и периодическую структуру, расположенную в открытом резонаторе между ускоряющим электродом и коллект ром вдоль направления движения электронного пучка, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше" ния электронного КПД генератора за счет повышения эффективности использования энергии электронов по всей ширине пучка, источник электронов выполнен в виде электрически изолированных между собой эмиттеров, которые подсоединены к источнику напряжения с возможностью подачи на них,различных по величине потенциалов относительно ускоряющего электрода.10 Такой генератор имеет, сравнительнониз кий зле ктронный КПД, до сти га ющийв лучшем случае 15-174 при реальномКПД 4-54.Целью изобретения является повышение КПД генератора за счет повышения эффективности использованияэнергии электронов по всей ширинепучка,Это достигается тем, что в генераторе СВЧ-колебаний, содержащем электронно-оптическую систему, образованную источником электронов и ускоряющим электродом и формирующую ленточныйэлектронный пучок, коллектор, открытыйрезонатор и периодическую структуру,расположенйую в открытом резонаторемежду ускоряющим электродом и коллектором вдоль направления движенияэлектронного пучка, источник электронов выполнен из электрически изолированных между собой эмиттеров, которые подсоединены к источнику напряжения с возможностью подачи на нихразличных по величине потенциаловотносительно ускоряющего электрода.На фиг. 1 схематически показанвариант предложенного генератора;на фиг. 2 - вид по стрелке А нафиг, 1,1Генератор СВЧ-колебаний содержитоткрытый резонатор, образованныйвогнутым зеркалом 1 и плоским зеркалом 2 с устройством для вывода 55энергии в виде прорезей 3 в зеркале1, электронно-оптическую систему,образованную источником 4 электро 30 1 9463Изобретение относится к области электровакуумных приборов СВЧ.Известен генератор .СВЧ-колебаний; содержащий электронно-оптическую систему, открытый резонатор и перио дическую структуру 1 3 .Недостатком его является низкий коэффициент полезного действия прибора, равный 1-34.Известен резонансный генератор СВЧ-колебаний, содержащий электронно-оптическую систему, образованную эмиттером электронов и ускоряющим электродом и формирующую ленточный электронный пучок, коллектор, откры тый резонатор и периодическую структуру, расположенную в центральной части открытого резонатора между ускоряющим электродом и коллектором вдоль направления движения электрон ного пучка Г 23 нов и ускоряющим электродом 5, коллектор 6 и периодическую структуру 7, нанесенную в виде гребенки на поверхность зеркала 2 между электродом5 и коллектором 6 вдоль плоскости ЕБ движения электронного пучка.Источник электронов 4 выполнен в виде изолированных друг от другаэмиттеров 8 - 12. Количество эмиттеров выбирают, исходя их конкретныхтехнологических возможностей применительно к заданному диапазону частотгенерируемых колебаний и требуемойсуммарной ширины электронных лучей,образующих ленточный электронный пучок, ПослЕдняя обусловлена эмиссионными свойствами эмиттеров и необходимой величиной тока в прибореТак, при ширине электронного пучка примерно 0,6 д, где д - диаметр каустического пятна основного собственного колебания открытого резонатора в плоскости движения электронного пучка, целесообразно иметь не менее пяти эмиттеров (см. фиг. 1 ), Эмиттеры 8 - 12 соединяются между собой по признаку одинаковой удаленности от осевой линии 00 периодической структуры 7 Пара эмиттеров 8 и 12, наиболее удаленных от осевой линии 00", подсоединяется к выводу 13 источникас потенциалом Ч относительно электрода 5; пара эмиттеров 9 и 11 подсоединяется к выводу 15 источника 14 с потенциаломМ 2; центральный эмиттер 10 подключен к. выводу 16 указаного источника. К положительному выводу 17 источника 14 присоединен электрод 5.1Схема подключения эмиттеров 8, 12 к источнику 14 напряжения может отличаться от изображенной на фиг, например, тем, что эти эмиттеры не объединяются в пары по признаку одинакового удаления центров эииттеров .от продольной оси симметрии 00 а на каждый эмиттер подается собственно значение потенциала относительно электрода 5. Подобное подключение может быть использовано при несимметричном распределении поля в открытом резонаторе.Конструкция источника элеКтронов предложенного генератора зависит от частотного диапазона и необходимой ширины электронного пучка. Например, на общем металлическом основании могут быть укреплены изолиро946373 ванные от этого основания и разделенные между собой небольшими промежутками керны с вмонтированными в нихподогревателями, а на обращеннойк ускоряющему электроду поверхностикаждого керна нанесено эмиттирующеепокрытие .Генератор работает следующимобразом,При включении источника 14 напряжения электронно-оптическая система,состоящая из источника 4 электронови ускоряющего электрода 5, формирует ленточный электронный пучок, состоящий из пяти (см. фиг. 1 ) электронных лучей 18-22, которые фокусируются магнитным полем В,создавае-,мым внешним магнитом (на чертежене показан )Скорость электронов влучах 18 и 22 определяется потенциалом Ч, скорость электронов в лучах19 и 21 - потенциалом Ч , а скоростьэлектронов в луче 20 - потенциаломЧ относительно электрода 5, (аки во всех генераторах аналогичноготипа вблизи периодической структуры7 формируются медленные пространственные гармоники основного собственного колебания открытого резонатора.Эффективное взаимодействие электронных лучей 18 - 22 с одной из указанныхгармоник имеет место при скоростиэлектронов, близкой к фазовой скорости этой пространственной гармоники1т.е . при синхронизме электронных35луЧей 18 - 22 с пространственноигармоникой. При увеличении тока электронного пучкат.е. суммарного тока лучей 18 - 22 ) выше его пусковогозначения происходит самовозбуждение. системы, и в приборе возникают высокочастотные колебания, которые выводятся в нагрузку через прорези.45 3 в зеркале 1. Поскольку амплитуда высокочастотного электрического поля, взаимодействующего с электроннымилучами 18 - 22, уменьшается от оси симметрии 00 периодической структуры 7 к краям открытого резонатора,5 О электроны в луце 20, движующиеся вблизи оси симметрии 00 периодической структуры 7, взаимодействуют с более сильным высокоцастотным электрическим, полем, чем электроны в лучах 19 и 21, а последние, в, свое очередь, взаимодействуют с более сильным высокочастотным электрическим 4гюлем, цем электроны в лучах 18 и 22.Приведенные авторами теоретические исследования нелинейных режимов взаимодействия электронов с полем медленной пространственной гармоники, формируемой периодической структурой 7, показали, что с уменьшением амплитуды высокочастотного поля по ширине движущегося ленточного электронного пучка при неизменном по ширине пучка значении параметра обгона где Ч - скорость электронов,оопределяемая величиноиускоряющего напряженияЧ - скорость фазовая медленФной пространственной гармоники, определяемаяотношением периода периодицеской структуры кдлине волны колебания воткрытом резонаторе,эффективность взаимодействия электронов с указанной гармоникойпадает, Объяснить это можно следующимобразом. Как известно, величинаэнергии, которую электрон отдает высокочастотному полю в генераторахрассматриваемого типа, определяетсяразницей в скорости электрона в наца"ле и конце взаимодействия. При оди 3:наковой по ширине пучка начальной ско-рости электронов, оптимальной для.центральных электронов, движущихсявблизи оси симметрии 00периодической структуры 7, периферийные электроны, удаленные от оси симметрии .00, слишком быстро пролетают насвоем пути к коллектору 6 сквозьсравнительно слабое (по отношениюк полю на оси 00) высокочастотноеполе, не успев затормозиться этимполем в такой же степени как центральные электроны, и, следовательно,не успевают с ними эффективно провзаи-модействовать. Уменьшая параметробгона Ь в направлении уменьшенияамплитуды высокочастотного паля воткрытом резонаторе, т.е, по ширинепучка, можно подерживать электронныйКПД практически на неизмененномуровне по всей ширине электронногопучка при довольно значительных величинах ширины пучка.20 Л гг 6 Заказ 7969/1 Раж Л 3 одписное Проектная,В соответствии с этим в предложенном генераторе на эмиттеры 8- 12, удаленные от оси симметрии 00 подают потенциалы Ч и Ч 2, меньшие по абсолютной величине чем потен циал Ч, подаваемый на эмиттер 10, расположенный на оси 00 . При этом величина потенциала, подаваемого на каждый эмиттер, тем, меньше, чем более удален от оси 00, Разница между потенциалами Ч , Ч 2 и Ч определяется шириной 5 п .электронного пучка, т,е, суммарной шириной электронных лучей 18 - 22 и соответствующими промежутками между ними. При этом параметр обгона Ъ для минимального выбранного потенциала должен быть больше нуля, В частности, в генераторе, показанном на фиг. 1, где ширина пучка 5 п -- 0,6 д, потенциал Ч, подаваемый на эмиттеры 8 и 12 составляет 0,9 Ч, а потенциал Ч 2, подаваемый на эмиттеры 9 и 11, составляет 0,95 Ч; Соответственно скорость электронов в лучах 18 и 22 филиал ППП "Патент", г, Ужгоро меньше, чем скорость электроновв лучах 19 и 21, которая меньше,чем в луче 20, движущемся по оси00 , В результате время взаимодействия периферийных электронов ( т.еэлектронов в лучах 18 - 22 ) с относительно слабым электрическим высокочастотным полем увеличиваетсяпо сравнению с временем взаимодействия электронов в луче 20. За этовремя периферийные электроны успева.ют затормозиться указанным полемв достаточной степени для эффективного взаимодействия с ним, благодарчему увеличивается электронныйКПД прибора в целом.Как показали приведенные авторами исследования, в данном генераторвозможно получение электронного К 1 Дпорядка 40 при ширине электронногопучка, составляющей примерно 0,2 с 1,351 при указанной ширине, составляющей примерно О,М, и около 30/ приширине электронного пучка, составлящей примерно О,бд,