Способ защиты свч-усилителя на электронно-вакуумном приборе с управляющим электродом

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1798887 3 Р 1/52 ТЕНТН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт новых физических и прикладных проблем АН Украины.(56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ СВЧ-УСИЛИТЕЛЯНА ЭЛ ЕКТРОННО-ВАКУУМНОМ ПРИБОРЕС УПРАВЛЯЮЩИМ ЭЛЕКТРОДОМ(57) Использование в качестве передающегои усилительного устройства СВЧ-диапазоИзобретение относится к области радиотехники,.в частности к передающим и усилительным устройствам СВЧ-диапазона.Целью настоящего изобретения является повышение быстродействия.На фиг.1 приведен пример функциональной схемы СВЧ-усилителя, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - диаграммы напряжений в различных точках устройства, на фиг.3 - возможная схема дискриминатора пробоев в ЭВП.Устройство (фиг,1), реализующее предлагаемый способ, состоит из усилительного ЭВП (клистрона) 1, источника 2 питания ЭВП, подмодулятора 3, модулятора 4, резистора 5, дискриминатора 6 пробоев, генератора 7, Отрицательный вывод источника 2 питания ЭВП соединен с общими выводами модулятора 4, генератора 7, дискриминатора 6 пробоев и подключен через резистор 5 к Катоду клистрона.1, а положительный вывод соединен с коллектором клистрона 1 и корпусом. Резонаторы клистрона 1 также на. Сущность изобретения: способ основан на подаче СВЧ-сигнала на вход усилителя, фиксации пробоя в электронно-вакуумном приборе (ЭВП) и подаче сигнала управления. Предварительно определяют предельно допустимую величину энергии в промежутке управляющий электрод-катод ЭВП и ее фиксируют. После подачи СВЧ- сигнала при наличии пробоев прекращают подачу сигнала управления и подают на управляющий электрод импульсы запирающе.го напряжения, энергия каждого из которых не превышает предельно допустимой величины, 3 ил. соединены с корпусом. Выходы модулятора 4 и генератора 7 соединены вместе и подключены к управляющему электроду клистрона. Управляющий вход подмодулятора 3 является входом синхронизации всего устройства, а выход подмодулятора 3 соединен с входом модулятора 4 и одним из входов дискриминатора 6. пробоев, при этом второй вход дискриминатора 6 подключен к катоду клистрона 1. Выход дискриминатора 6 пробоев соединен с управляющим входом генератора 7 и управляющим входом подмодулятора 3.В устройстве (фиг.1), реализующем предлагаемый способ, в качестве усилительного ЗВП использован клистрон с управляющим электродом. Источник 2, питания ЭВП может быть выполнен в виде повышающего трансформатора с выпрямителем и фильтрующим узлом. В качестве подмодулятора 3 можно использовать одновибратор, например микросхему К 155 АГЗ, Модулятор 4 может быть выполнен по любой схеме.Дискриминатор 6 пробоев может быть выполнен на логических элементах и одновибраторе, например, как представлено на фиг,З, Гецератор 7 должен вырабатывать на своем выходе серии импульсов запирающего клистрон напряжения с длительностью и периодом следования импульсов в несколько микросекунд и амплитудой, равной или превышающей напряжение запирания клистрона, вырабатываемое модулятором 4, Возможно использование модулятора 4 для формирования этих импульсов,Устройство, реализующее предлагаемый способ защиты СВЧ-усилителя на ЭВП с управляющим электродом,работает следующим образом.На СВЧ входусилителя подается сигнал в виде СВЧ-мощности При поступлении импульса синхронизации (момент времени И, на фиг.2) на вход синхронизации устройства подмодулятор 3 вырабатывает импульс установленной длительности (фиг,2, б), который поступает на вход модулятора 4 и преобразуется им в импульс напряжения (управляющий сигнал) на управляющем электроде клистрона (фиг.2, в), отпирающий его, Через клистрон протекает рабочий ток (фиг.2 г) от источника 2 питания ЗВП; на вы. ходе СВЧ-усилителя появляется импульсмощности СВЧ (фиг.2,е). При этом сигнал на выходе дискриминатора 6 пробоев отсутствует и генератор 7 выключен, После оконцания импульса подмодулятора (момент времени г, фиг.2) модулятор 4 формирует на управляющем электроде клистрона 1 уровень напряжения, запирающий клистрон, . Протекание рабочего тока через клистрон 1 прекращается, сигнал на выходе СВЧ-усилителя становится равным нулю, Далее работа СВЧусилителя в нормальном режимеповторяется в изложенной последовательности,При возникновении пробоя межзлектродного промежутка клистрона 1 управляющий электрод-катод (момент времени тз.фиг.2) запирающее напряжение на управлягощем электроде клистрона (фиг.2; в) уменьшается, клистрон 1 отпирается и через него начинает протекать рабочий ток (фиг.2, г). С появлением така клистрона при отсутствии импульса подмодулятора на выходе дискриминатора.6 пробоев появляется сигнал, который, попадая на управляющий вход подмодулятора, блокирует на определенный период времени его работу и работу модулятора, Подача сигнала управления на,управляющий электрод ЭВП прекращается, Этат сигнал, одновременно с тем, включает генератор 7, который формирует науправля ощем электроде клистрона 1 имФ пульсы запирающего напряжения с периодом следования Тг. Спустя определенноевремя после возникновения первого сигна. ла пробоя межэлектродного промежутка уп 5 равляющий. электрод-катод сигнал навыходе дискриминатора 6 пробоев пропадает, при этом генератор 7, выдавший к этомумоменту времени серию импульсов запирающего напряжения, выключается, подмоду 10 лятор 3 разблокируется и СВЧ-усилительможет работать в обычной последовательности.Суть предлагаемого способа защиты вописанном СВЧ-усилителе заключается вИ следующем,Предварительно, перед началом работыСВЧ"усилителя находят пороговую величину энергии, выделяемой в межэлектродномпромежутке ЭВП управляющий электрод 20 катод.при его пробое, ниже которой исключено инициирование разрядом. в этомпромежутке пробоя межэлектродного промежутка ЭВП резонаторы-катод. Нахождение указанной пороговой величины26 производят путеМ подачи на электроды ЭВПрабочих напряжений и формирования на управляющем электроде импульсов напряжения, вызывающих пробой межэлектродногопромежутка управляющий электрод-катод.30 При этом, последовательно изменяя энергию, выделяемую в межэлектродномпромежутке управляющий электрод-катод,находят искомую пороговую величину. Дляформирования указанных импульсов на 35 пряжения можно использовать генератор7 или отдельный специальный генератор.Изменение энергии, выделяемой в межэлектродном промежутке управляющийэлектрод-катод, осуществляют изменением40 амплитуды импульса тока разряда и его продолжительностью, которые определяютсяхарактеристиками разрядного контура и генератора.Далее регулируют модулятор 4 и генера 45 тор 7 СВЧ-усилителя так, чтобы энергия,вводимая ими в межэлектродный промежуток ЭВП управляющий электрод-катод, была фиксирована и не превышала упомянутой .пороговой величины.60 В процессе работы СВЧ-усилителя привозникновении пробоя межэлектродногопромежутка управляющий электрод-катод, .благодаря фиксации энергии, выделяемой вэтом промежутке, пороговой величиной, ис 55 ключается возможность перерастания этогопробоя в пробой межэлектродного проме- .жутка резонаторы-катод и последующее неизбежное отключение источника питания 2ЭВП, При атом пробой промежутка фиксируют и подают на управляющий электрод1798887 10 20 30 ЭВП серию импульсов запирающего напряжения, с энергией каждого,не превышающей пороговой величины, Амплитуда этих импульсов может несколько превышать формируемый модулятором уровень запирающего клистрон напряжения. Благодаря наличию пауз между импульсами запирающего напряжения достигается гашение разрядов в межзлек 1.родном промежутке управляащий электрод-катод, которые могут возникать в нем под воздействием этих импульсов запираощега напряжения. Обычно подача на управляющий электрод первых нескольких импульсов приводит к последовательному пробою межэлектродного промежутка управляющий электрод- катод, и" возникйовению микроразрядов. Благодаря упомянутому выше ограничению энергии, выделяемой при пробое в межзлектродном промежутке, эти пробои также не перерастают в пробой межэлектродного промежутка ЭВП резонаторы-катод. Под действием микроразрядов происходит разрушение микронеоднородностей на поверхности электродов ЭВП, которые образовались в процессе его работы, Этим самым устраняется причина возникнове. ния пробоев межэлектроднаго промежутка ЭВП, пробои прекращаются и на управляющем электроде устанавливается постоянный уровень запира 1 ощега напряжения,Период следования импульсов, формируемых на управляющем электроде;составляет для различныхусилительных ЭВП 5-15 мкс. Его выбирают экспериментально таким, чтобы исключить инициирование микроразрядом в межэлектродном промежутке ЭВП, вызванным предыдущим импульсом, пробой этого промежутка последующим импульсом напряжения. Такое инициирование может быть, например, связано с недостаточным временем восста, новления локальнага вакуума в межзлсктродном промежутке после микроразряда. Количество импульсов запирающего напряжения, формируемое на управляющем электроде после возникновения пробоя межзлектродного промежутка упр а ел я ю щий электрод-катад, определяется необходимой степенью разрушения микро- неоднородностей в указанном промежутке для надежного запирания тока ЗВП, Это количество импульсов определяется экспериментально и составляет, как правило, 5-20. Очевидна целесообразность ограничения длительности серии импульсов исходя из предельно допустимой длительности импульса тока ЭВП, превышение которой неизбежно приводит к перегреву ЭВП,ухудшению вакуума в нем и пробою вследствие этого промежутка резанатары-катод,После окончания серии импульсов, формируемых на управляющем электроде ЭВП, и установления запирающего напряжения постоянного уровня СВЧ-усилитель готов к дальнейшей работе. При зтам перерыв в его работе в результате последовательности указанных выше действий не превышаетдесяткав микросекунд, что означает повышение быстродействия защиты СВЧ-усилителя и достижение укаэанной в формуле цели путем реализации предлагаемого технического решения. Дополнительно к этому достигается повышение надежности по сравнению с прототипам за счет исключения из схемы формирующей линии и такоаграничивающих элементов, улучшаются массогабаритные характеристики устройства, повышается его КПД. П р и м е р. Рассмотрим СВЧ-усилитель ка ЭВП с управляющим электродом, у ко тарого запирающее напряжение на управляющем электроде составляет 7 кВ, В отдельном эксперименте, последовательно изменяя величину энергии в межэлектроднам промежутке ЭВП управляющий электрод-катод, зарегистрировали пороговую величину этой энсргии в 210 Дж, ниже ко.4 торой исключено инициирование разрядам в промежутке управляащий электрод-катод пробоя межэлектродного промежутка резонаторы-катад. Модулятор и генератор был 35 введен в СВЧ-усилительдополнительнодля формирования на управляющем электроде ЭВП импульсов запирающего напряжения) были отрегулированы так, чтобы вводимая ими в межэлектродный промежуток управля ющий электрод-катод и ри его пробое энергия не превышала зарегистрированнай пороговой величины, В ходе работы СВЧ-усилителя фиксировали пробой межэле,.тродного промежутка ЭВП управляющий электрод-катод и подавали на управляющий электрод импульсы запирающего напряжения амплитудой 8 5 кВ с периодом 15 мкс. Количество импульсов в серии составило 5. В результате указанных действий по защите СВЧ-усилителя вынужденные перерывы в его работе, связанные с пробоем межэлектрадного промежутка Э ВП управляащий электрод-катод, сократились с 0,5 с до 200 мкс при исключении пробоев промежутка ЭВП резанатары-катод, что свидетельствует а достижении цели изобретения - повышении быстродействия защиты СВЧ-усилителя, Крометого, из СВЧ- усилителя-прототипа были исключены высоковольтные гасящие конденсаторы, чтообеспечило повышение надежности и улучшение массогабаритных характеристик,Таким образом, предлагаемый способ защиты позволяет в сравнении со способом-прототипом значительно повысить быстродействие защиты СВЧ-усилителя при одновременном улучшении его массогабаритных характеристик и надежности.Формула изобретения Способ защиты СВЧ-усилителя на электронно-вакуумном приборе с управляющим электродом, основанный на подаче СВЧ- сигнала на вход СВЧ-усилителя, фиксации пробоя в электронно-вакуумном приборе (ЭВП) и подаче сигнала управления, о т л ича ю щи й с ятем, что, с целью повышения быстродействия, перед подачей СВЧ-сигнала подают сигнал управления, определяют предельно допустимую величину энергии в 5 промежутке управляющий электрод-катодЭВП, при которой отсутствует пробой промежрка резонатор-катод ЭВП, фиксируют величину этой энергии, после подачи СВЧ- сигнала при фиксации пробоев промежутка О управляющий электрод-катод ЭВП прекращают подачу сигнала управления и подают на управляющий электрод импульсы запирающего напряжения, энергия каждого из которых не превышает предельно допусти мой величины.1798887 ЭВЛ р П, Гереши едактор Т. Коляд аказ 778 ВНИИПИ Го ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина,г/ 0 Ою г/ кйходдадмпдулаюра Фцг.ЗЭСоставитель Е. МясниковТехред М.Моргентал Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5