Широкополосной электронный свч-прибор о-типа

(21) 3477898/2 (22) 04. 08,82 (46) 0703.92. (72) И.Г.Артюх (Ьз) 621 3 ЕЬ.7 (56) Авторское757037, кл. Б 088.8)свидетельство СО 1 2 25/10,И то секция ена,из отна увеличив Изобретенной технике,струкции СВЧкак клистронИзвестныв которых реонного констприборов. ЗаРуирования к полосе усил ся.ния,Йзвестен линейного уси ности (нелине выходной элек Длины труб др резонаторами уменьшаются, остоящий изилителя мощпирователя)еской систесоседнимиусилителяи мощности клистрон,лителя, усйного грутродинами ейфа межд линейного усилите ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 22.0.79.Авторское свидетельство СССРМ 880158, кл, Н 01 Э 25/10,9.06.80.(54)(57) 1. ЫЙРокоплосныи электРонНЫЙ СВЧ-ПРИБОР О-ТИПА, включающийвходную электродинамическую систему,секцию линейного усиления, усилительмощности и выходную электродинамическую систему, разделенные трубамиДРейфа, о т л и ч а ю. щ и й с я тем,что, с целью увеличения КПД в полосеусиления, уменьшения перепада амплитудно"частотной характеристики приразличных уровнях входного сигнала иполучения одинаковой крутизны амплитудной характеристики на всех частотах полосы усиления, усилитель мощно"сти содержит два каскада основной ие относится к электрона более конкретно к ко-приборов О-типа,.такихы, ЛБВ и их гибриды.конструкции клистронов,ализуется принцип секцируирования электронныхсчет оптимального консаждой из секций клистро частоты с трубой дрейфа между ними, длина которой. меньше или равна длине трубы дрейфа, разделяющей входную электродинамическую систему и секцию линейного усиления, но больше длин всех остальных труб, дпина трубы дрейФа, разделяющей секцию линейного усиления и усилитель мощности, больше или равна длине трубы дрейфа, разде" ляющей усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, но меньше длин всех остальных труб дрейфа.2, СВЧ-прибор О-типа по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что входная электродинамическая система выполнена из отрезка замедляющей системы. с3. СВЧ-прибор О-типа по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что секция линейного усиления состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усиления,. длины труб дрейфа между которыми уменьшаются с увеличением номера резонатора.4. СВЧ-прибор О-типа по пп 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ч линейного усиления выполи резка замедляющей системы.31108950увеличиваются с увелицением номера ристики на всех частотах полось 1 усирезонатора. Для уменьшения перепа- ления.да амплитудно-частотной характери- Цель достиГается тем, цто в шистики клистрона резонаторы линейно- рокополосном электронном СВЧ-прибого усилителя настраиваются в преде- ре О-типа, включающем входную элеклах полосы усиления. тронодинамицескую систему, секциюЗа счет того что реальный вход" линейного усиления, усилитель мощной резонатор имеет неравномерную в ности и выходную электродинамичеполосе усиления модуляцию электрон О скую систему, разделенные трубаминого пучка, в указанной конструкции дрейфа, усилитель мощности соДержитнельзя получить достатоцно малые пе- два каскада основной частоты с тру"репады амплитудно частотной характе- бой дрейфа между ними, длина которойристики (АЧХ) линейного усилителя, меньше или равна длине трубы дрейфа,цто ограничивает возможность увели"разделяющей входную электродинамицечения КПД в точках минимальной мощ- скую систему и секцию линейного усиности, ления, но больше длин всех остальныхНаиболее близким техническим ре- труб, длина трубы дрейфа, разделяюшением к изобретению является при- щей секцию линейного усиления и уси"бор, включающий входную электроди" 2 О литель мощности, больше или равна дли"намическую систему, секцию линейно- не трубы дрейфа, разделяющей усили"го усиления, усилитель мощности и тель мощност.1 и выходную электродивыходную электродинамицескую систе- намическую систему, но меньше длинму, разделенные трубами дрейфа. ВвЧех остальных труб дрефа, причемприборе достигается некоторое умень. 25 входная электродинамицеская системашение перепада амплитудно-частотной выполнена из отрезка замедляющей сисхарактеристики с одновременным уве- темы, секция линейного усиленияличением КПД в точках минимлаьйой состоит из отдельных резонаторов,мощности. настроенных в пределах полосы усилеОднако и эта конструкция не ли О ния, длины труб дрейфа между котошена недостатков. В конструкции не рыми уиеньшаются с увеличением нопредусмотрены специальные меры по мера резонатора, а секция линейногообеспечению равномерности высокоцас- усиления выполнена из отрезка замедтотного тока в зазоре выходной элек-ляющей системы.тродинамической системы. Окончатель" З Предлагаемое устройство позволяное выравнивание амлитудно-частотной ет обеспечить оптимальные характе"характеристики прибора осуществляет- ристики как отдельных секций, такся подстройкой выходной электродина- и прибора в целом.мической системы. Амплитудно-частот- . На фиг.1 изображен общий вид одная характеристика имеет обратный 4 О ного из вариантов предлагаемой конперекос по отношению к высокоцас" струкции широкополосного электрон-тотному току. При этом КПД в полосе ного прибора О-типа на фиг. 2 усиления уменьшается, так как сопро- характеристики входной и выходнойтивление выходной электродинамице- электродинамицеской системы; .наской системы в большинстве точек по-Фиг. 3 - экспериментальная,.амплилосы усиления становится неоптималь" тудно-частотная характеристика кли"ным, так же как и ток, питающий вы- строна, выполненного в соответствииходную систему.с изобретением в сравнении с прототиОсобо эти недостатки проявляются пом, на фиг. М - экспериментальныепри изменении уровня входного сигна О амплитудные характеристики того жела, например при амплитудной модуля- клистрона для трех точек полосы", нации сигнала. Крутизна амплитудной ха- Фиг.5 - экспериментальные амплитудрактеристики различна на разных цас- ные характеристики прототипа,тотах полосы усиления,Целью изобретения является увели-широкополосный электронный приборчение КПД в полосе усиления, умень- О-типа включает секции предварительшение перепада АЧХ при различных уРов- ного усиления, линейного усилителя,нях входного сигнала и получение оди- . Усилителя мощности и выходную элекнаковой крутизны амплитудной характе" тродинамицескую систему5 1Секция предварительного усилениясостоит из входной электродинамической системы, выполненной из активного 1 и двух проходных пассивных резонаторов 2, 3 и пролетной трубыдрейфаЕе характеристики перекрывает полосы усиления с перепадом АЧХ в максимуме отношения 104. Она симметричнаотносительно центра полосы усиления. Секция линейного усиления выпол"нена из четырех одиночных резонаторов 5, б, 7 и двухзарядного резонатора 8, Трубой 9 дрейфа она отделена от первого каскада усилителя 10мощности. Первый каскад усилителя10 мощности выполнен из отрезка замедляющей системы и трубой 11 дрейфа отделен от второго каскада 1усилителя 10 мощности. Второй кас-.;кад 12 содержит самый высокодоброт.ный в данном приборе резонатор, настроенный за.верхней границей полосы усиления так, что его сопротив,ление в полосе усиления от нижнегодо верхнего значения частоты меняется л 104.Длина трубы 13 дрейфа, отделяющей усилитель 10 мощности от выходной электродинамической системы 14,минимальна в приборе и равна по углупролета 32 редуцированной плазменной частоты колебаний электронногопотока. Такую же длину имеет труба,9 дрейфа, отделяющая секцию линейного усиления от усилителя мощности,Длины труб 4, 11 дрейфа предусилителя и усилителя мощности также примерно равны и составляют по углу пролета 75 редуцированной плазменнойчастоты колебаиий электронного потока,Выходная электродинамическая система 11 настроена так, что ее АЧХ перекрывает полосу усиления перепадом 123, и она симметрична относительно центра полосы.В других вариантах конструкции входная и выходная электродинамические системы секция линейного усиления и первый каскад усилителя мощно" сти могут быть выполнены из отрезков замедляющей системы в любом сочетании с резонаторными секциями, а усилитель мощности перед и после резо 108906наторов основной частоты может содержать резонаторы гармоник.На фиг.2 кривая 15 - характеристика входной, а кривая 16 - характеристика выходной электродинамическойсистемы,Из фиг.3 видно, что выигрыш поэлектронному КПД в предлагаемой .кон 1 О струкции (кривая 17) составляет несколько процентов по сравнению скривой 18, соответствующей прототипу,В то же время из сравнения амплитудных характеристик эксперименталь 15 ного. макета предлагаемой конструкциикривые 19, 20, 21 на Фиг.й в точкахдлинноволнового края полосы усиления 19, центральной частоты 20 и ко:ротковолнового края полосы 21 .с соответствующими зависимостями 22, 23,24 (фиг5) прототипа. следует, что.в предлагаемой конструкции удалось,получить пра.ктически одинаковую крутизну амплитудных характеристик наразных частотах полосы усиления.Такой результат для данной конст рукции объясняется следующим образом.Оптимальный линейный усилитель должен30обеспечить во входном зазоре усилителя мощности постоянное в полосеусиления высокочастотное напряжениес амплитудой 0,1, а идеальная входная электродинамическая система модуляции электронного потока постоян 35 ным ВЧ-напряжением при подаче на входприбора постоянной на различных частотах входной мощности.. Нетрудно заметить сходствс) в требованиях к оптимально сконструирован. 40 ным при таком подходе частям прибора,На входе секции предварительногоусиления и усилителя мощности электронный поток модулируется примернопостоянным в полосе усиления ВЧ-на 45 пряжением. Отсюда очевидно, что при .увеличении труб дрейфа в секциях предварительного усиления иусилителямощности происходит равномерное вполосе усйления ВЧ-сигнала.Для получения равномерной модуляляции в секции предварительного усиления входная электродинамическаясистема должна выполняться так, чтоее АЧХ перекрывает полосу усиления55 с перепадом несколько меньшим посравнению с переъадом выходной мощности в целом, а Форма АЧХ симметрична относительно центра полосы.Равномерность в полосе усиления модуляции электронного потока во входном зазоре усилителя мощности клистрона при поступлении в него постоянного в полосе усиления УВЧ- тока достигается настройкой этого резонатора за верхней границей полосы усиления. При этом его сопротивление меняется незначительно. Вто рой резонатор усилителя мощности в конкретном техническом решении настраивается также за верхней границей полосы усиления с перепадом его сопротивления в полоСе усиления не 15 более 104. В этом случае ВЧ-напряжение на нем постоянное и может быть оптимальное в большинстве точек полосы усиления. Таким образом при изменений амплитуды входного сигнала 0 выходная мощность изменяется равномерно в полосе усиления, т.е. крутизна амплитудной характеристики на разных частотах полосы усиления одинаковая.Перед и после усилителя мощности могут быть расположены резонаторы, настроенные на одну из гармоник входного сигнала, Их цель обеспечить .(вЯ случае необходимости) достаточную степень нелинейности процессов груп- пирования на низкочастотном (резонаторе 2 до усилителя мощности) и высо,кочастотном (второй резонатор 2 после второго резонатора основной частоты усилителя мощности) краях полосы усиления, Резонаторы второй гар", моники настраиваются известным образом; 1-й ниже удвоенной частоты длинноволнового края полосы усиления,40 2-й выше удвоенной частоты коротковолнового края полосы усилания.При малых уровнях входного сигналарезонаторы гармоник не работают, поэтому в линейном режиме амплитудные характеристики на разных частотах полосы усиления не искажаются. При больших уровнях входного сигнала в силу укаэанных, расположения и настройки резонаторы 2 увеличивают КПД каждый на своем краю полосы усиления. При этом процессы группирования на других частотах полосы усиления не ухудшаются, так как нули усиления резонаторов 2 находятся за границей полосы усиления, Так как амплитуда высокочастотного напряжения в зазоре предпоследнего резонатора должна,при максимальных значениях КПД составлять примерно 0,3-0,М., то длина последней трубы дрейфа должна быть минимальной. Задачу необходимой фазировки и обеспечения постоянства амплитуды напряжения в первом зазоре усилителя мощности выполняет (аналогично разобранному случаю) пролетная труба дрейфа, разделяющая секцию линейного усиления и усилитель мощности, длина которой должна быть также минимальной. В некоторых случаях длины труб дрейфа секций предварительного усиления и усилителя мощности могут быть равны между со-, бой, также как и длины труб дрейфа, разделяющих секции линейного усиления и усилитель мощности,. усилитель мощности и выходную электродинамическую систему.Симметричная относительно центра полосы усиления форма амплитудно- частотных характеристик входной и вы." ходной электроднамических систем позволяет обеспечить оптимальное взаимодействие этих систем как с немодулированным, .так и со сгруппированным электронным потоком при оптимальном в большинстве точек полосы значении их сопротивлений. Этого нельзя было добиться в ранних конструкциях. Не" равномерность токовых характеристик , требует для выравнивания интеграль- , ной выходной амплитудно"частотнойхарактеристики мощности, соответствующей с обратным перекосом настрой" ки электродинамических систем, В ре-, зультате большинство точек в полосе усиления оказывается не оптимальным, .что снижает КПД прибора вцелом,Испытания, результаты которых приведены на фиг. 3, 4, 5, показывают, что предлагаемый прибор. обладает по сравнению с известными рядом досто" инств, КПД в полосе усиления увеличен примерно на 104, получена практически одинаковая крутизна амплитуд" ной характеристики на разных частотах полосы усиления (у аналога уровень выходной мощности при выходе в насыщение отличается на разныхчастотах полосы усиления в 7 раз) .Изобретение не создает экономии, но при одинаковых затратах в производстве позволяет значительно улучшить выходные характеристики элек 1108950 10тронных приборов О-типа (клистроны,ЛБВ или их гибриды).ФЮ У й 7 11 ЮП Ф