Свч-усилитель с длительным взаимодействием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (31)Н 015 23 24 Е ИЗ БРЕТЕНИ 16 МУ СВИДЕ ЬСТ где тной сек рона заряд алек е напряжен частота, с низкочасто чего диапа э й твет ному о Пирса; венного сидения ростран СВЧ лите. по п.м, чтовиде замй меньшвходно 1, отлипролетная яющега е выход,т л и. тель по п.тем, чтоцилиндричезакрепленме. пролетная скую металную на за ГОСУДЮ СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 762629, кл. Н 01 5 25/34, 12.07.782. Патент Франции Р 2.122.463,кл. Н 01 3 25/00, 1972 (прототип).(54)(57) 1. СВЧ-УСИЛИТЕЛЪ С ДЛИТЕЛЬНЫИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ, содержащий входную и выходную секции с замедляющей системой, между которыми расположен оптимизатор амплитудно-,фазовых соотношений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения ИЩ в полосы усиливаемых частот, уменьшенйя уровня паразитных высших гармоник мощности, оптимизатор амплитуднофазовых соотношений выполнен в виде усилителя волн пространственного заряда с пролетной секцией, выполнен- .ной в соответствии с соотношением4 яГЬ=(пйь)осЯ длийа прол0,1,2; .К 0,7 рудельныйускоряющекруговаяствующаякраю раборад/с;параметр упараметр пзаряда,2. СВЧ-усилитель по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что пролетная секция выполнена в виде трубки дрей- р ч а ю щ и и с я т секция выполнена в системы, шаг котор замедляющей систем ной секций.4. СВЧ-усили ч а ю щ и й с я секция содержит лическую втулку медляющей систеИзобретение может быть использовано в технике СВЧ, в частности, вширокополосньм усилительных каскадах ,радиопрнемньм и радиопередающих устройств,5Известны лампы бегущей волны(ЛБВ) со схемой формирования компенсационного сигнала, содержащее оптимизатор амплитудно-фазовых соотноше.ний для подавления побочных колеба Оний 1 .Однако в данном устройстве невоз-.можно осуществить полное подавлениепобочных колебаний в,широкой полосечастот. 5Известен также СВЧ-усилительс длительным взаимодействием, содержащий входную и выходную секции сзамедляющей системой, между которымирасположен оптимизатор амплитудно Офазовых соотношений 2 .В рассматриваемых в этом решениивариантах конструкции ЛБВ полигарионический сигнал формируется в входной секции усилителя, являющейся 25участком ЛБВ, за счет нелинейностивзаимодействия пучка с полем электромагнитной волны, затем амплитудно фазные соотношения между гармоникамиизменяются с помощью диснерсионныхэлементов, а оконечная секция прибора работает в режиме усиления полигармонического сигнала.В усилителе первого варианта оптимизатор фазоамплитудных соотношениймежду гармоникаии сигнала представляет собой .локальный поглотитель ЛБВсо специальными свойствами: малымзатуханием на частоте второй гармоники и большим на первой. Однако известные локальные погло- тители в .требуемых полосах усиливаемых частот такими свойствами не обла" дают. 45В усилителях второго и третьего вариантов изменение фазо-амплитудных соотношений между гармониками сигнала осуществляют с помощью дисперсионных волноведущих линий, расположенных вне 50 прибора или внутри его, но не связанных с электронным пучком.Однако в такой конструкции невозможно удовлетворить фаэовым соотношениям между полем и сгруппирован ным током яа основной частоте в широкой полосе частот, что уменьшает ;рабочую полосу прибора. В усилителе четвертого варианта оптимизатор представляет собой отре зок дисперсионной замедляющей системы ЛБВ, установленный между входным и выходным участками и согласованный г ним с помощью локальных поглотите-, лей. Подбор фазовых соотношений осуществляется изменением длины и величины дисперсии промежуточного отрезка замедляющей системы.Недостатком известного устройства является то" ,что необходимо при широкой полосе пропускания СВЧ-сигнала (более октавы) иметь крутую дисперсию и малую длину промежуточного отрезка замедляющей системы. Реализация этих требований на известных замедляющих системах за.руднена,.Использование слабодисперсных систем требует увеличения их длины, что, в свою очередь, снижает эффек., тивность способа, уменьшает полосу усиливаемых частот, увеличивает габариты прибора.Кроме того, расчеты таких конструкций на ЭВМ показывают, что при преобразовании полигармонического СВЧ-сигнала в поле замедляющей системы либо абсолютный уровень второй гармоники получается недостаточ" ным для достижения максимального эффекта, либо участок преобразования необходимо располагать близко к выходу прибора, что вызывает уменьшение КПД и полосы усиливаемыхчастот.Целью изобретения является расширение полосы усилнваемых частот,уменьшение уровня паразитных высшихгармоник мощности, увеличение КПДв полосе усиливаемых частотПоставленная цель достигается тем, что в СВЧ-усилителе с длительным взаимодействием, имеющем входнуюи выходную секции с замедляющей системой, между которыми расположен оптимизатор амплитудно-фазовых соотношений, последний выполнен в виде усилителя волн пространственного зарядас пролетной секцией, выполненной всоответствии с соотношениемЬ фо+ М)ц,сЯгде- длина пролетной секции, м;и 0,1,20,3 с К й 0,7;15 параметров секции дрейфа можно добиться оптимальных для дальнейшего взаимодействия в выходной секции амплитудных и фазовых соотношений.20 Длина пролетной секции выбираетсяиз условий необходимого увеличенияамплитуд высших гармонических составляющих при максимальном фазовомсдвиге между ними, что достигается 25 при значениях К=0,3-0,7; при этомобеспечиваются максимальные значенияКПД и минимальный уровень высшихгармонических составляющих (фиг. 9) .В предложенных конструкциях оп тимизатора амплитудно-фазовых соотношений достигается значительное(до 10 дБ и более) увеличение абсолютного уровня высших гармоник, чтопозволяет располагать оптимизатордостаточно далеко от выхода прибора,размещая его на участке расположениялокального поглотителя.Кроме того, пролетная секцияобладает. слабой дисперсией волн 4 О пространственного заряда, что позволяет реализовывать сверхширокополосиые усилители.Преимуществом предложенного усилителя СВЧ с длительным взаимодейст вием является простота его реализа-,: елесообразно увеличить значение сопровождаемого магнитного поля (фиг. Л),На фиг. 7 и 8 представлены зависимости амплитуд 3гармоник тока1 Л.и фазового сдвига между ними Ь(от длины участка дрейфа; на фиг. 9 изоб" ражены теоретические зависимости КПД ЛБВи уровня второй, гармоники Р/Р 1 от длины участка дрейфа; на 55 фиг. 10 и 11 даны экспериментальные зависимости КПД и уровня второй гармоники Р /Р от частоты входного сиг 3и - удельный заряд электрона, Кл;Ц - ускоряющее напряжение, В;(д, - круговая частота, соответствующая низкочастотному краюдиапазона рад/с 1с - параметр усиления Пирса;- параметр пространственногозаряда.Причем пролетная секция может быть выполнена в виде трубки дрейфа длиной 1При этом пролетная секция может быть выполнена в виде замедля ющей системы, шаг которой меньше шага замедляющей системы входной и выходной секций. Кроме того, пролетная секция может содержать цилиндрическую металлическую втулку, закрепленную на замедляющей системе.На фиг. 1 показана схема усилителя; на. Фиг. 2-Ь - варианты выполнения оптимизатора; на фиг, 7-12- характеристики прибора.Устройство содержит генератор 1,гармоник - входная аекция, оптими. затор 2 амплитудно-фазовых соотношений, выходную секцию - усилитель 3 полигармонического сигнала, усиитель 4 волн пространственного заряда, пролетную секцию Л усилителя волн пространственного заряда, локальный поглотитель 6 (фиг. 1-6),На фиг. 3 и 4 изображены конструкции секции усилителя 4 волн пространственного заряда с входным и выходным устройствами 7 и 8, в которых пролетная секция выполнена в виде разрыва в замедляющей системе .определенной длины (фиг. 3), с введением большого затухания в локальном поглотителе, сжатием или. закорачиванием нескольких витков спирали (фиг. 4). Для повьппения эффективности работы пролетной секции на ее длине нала 4 / для ЛБВ с секцией усиленияоволн пространственного заряда и безнее.Поясним работу устройства.Труппирование электронного потока .в пролетной секции усилителя волнпространственного заряда наиболеепросто провести на примере секциидрейфа. Как показывают расчеты,в секции дрейфа происходит увеличение как относительного, так и абсолютного уровня высших гармоническихсоставляющих сгруппированного токапри одновременном изменении фазовыхсоотношений между ними, Подбором ции, не гребующая разработки новыхтехнологических и конструктивных приемов или создания специальных замедляющих систем. При экспериментальной апробации предлагаемое устройство (СВЧ-усилитель с длительным взаимодействием, включающий секцию усиления волн пространственного заряда) позволило уве- личить минимальный КПД более, чем в 1,Л раза, расширить полосу усили" ваемых частот до двух октав, снизитьмаксимальный уровень второй гармо" ники до -1 О дБ (на 6-7 дБ).Использование изобретения не ис-. ключает применения других средств улучшения энергетических характеристик усилителеи, в частности в приборах со скачками фазовой скорости ифазы поля в выходной секции замедляющей системы, эффективность использования секции усиления волн пространственного заряда также велика, чтоподтверждают результаты эксперимента.1,5 ДеД гх мФиа Составитель Н. Логутко едактор А. Шищкина Техред А.АчКорректор О. Билак:"Патент", г. Уагор л. Проектная, 4 фил КИПИ Государственн делам изобретен Москва, Ж, Ра о комитета СССРи открытийская наб., д. 4/5