Открытый резонатор
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 982479
Автор: Сазонов
Текст
(51 ЕН ТВ опускания элект стия для этом цен вогнутог рупора н онов, пр первого внутриса кривизн а размещен оси зеркал з)тые резо" обще нато я т соот л и ч аы рупораедующими пР и й аны ю м, что разметствии со ССР1965 г. вы ношен Ч, =1,25% /Д,Изобретеной техникерезонаторамбо ов. лектронткрытымСВЧ приие относится к в частности к для электронныхнаторы, с открытые резоух зеркал.троном и субмилах длин волн онительно большеение их сравнит етромеютны волно нея ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(54)(57) 1. ОТКРЫТЫЙ РЕЗОНАТОР для ,электронного СВЧ-прибора, содержащий два зеркала, расположенных на одной .оси друг против друга, одно из которых вогнутое, и устройство связи с внешним волноводом, о т л и ч а ю-щ и й с я тем, что, с целью обеспечения эффективного кратковременного взаимодействия электронов с высокочастотным полем резонатора, второе зеркало выполнено в виде рупора с под соединенным к нему короткозамкнутым рИзвестнытоящие из двВ миллимвом диапазоразмеры знаны, изготовлсложно ониа главное им легко перестраиваются,еют высокую добротность,отрезком волновода, в противополож ных стенках которого выполнены отве где Пр - диаметр раскрыва рупора;Ц - угол раскрыва рупора, равныуглу между осью рупора и касательной к образующей (рупора) в точке пересечения ее с линией раскрыва рупора,9 - рабочая длина волны.3. Резонатор по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что первое вогнутое зеркало имеет два различных главных радиуса кривизны. которая не падает, а увеличиваетсяс укорочением длины волны.Именно благодаря этим качествамоткрытые резонаторы находят широкоеприменение в радиоэлектронике и вквантовой радиофизике, Открытые резонаторы используются и в электровакуумных приборахНаиболее близким техническим реше1нием является. открытый резонатор длоротрона, содержащий два зеркала,расположенных по одной осн друг про 982479тив друга, оДно из которых вогнутое, и устройство связи с внешним волноводом, На другом зеркале выполнена дифракционная структура,вдоль которой движутся электроны и взаимодействуют с замедленной волной, Здесь используется принцип длительного взаимодействия электронов с электромагнитным полем. Этот принцип широко использу ется при построении ламп с бегущей волной нли ламп с обратной волной,Наряду с принципом длительного взаимодействия в электронике широко используется также принцип кратковременного взаимодействия электронов с электромагнитным полем. На этом принципе построены различные типы клистронов и ряд других приборов.Открытые резонаторы, которые используются в гиротронах и оротронах, а также другие известные открытые резонаторы не дают возможности осуществить кратковременное (т.е. малое по сравнению с периодом колебаний) 25 взаимодействие электронов с электромагнитным полем резонатора, так как все размеры в этих резонаторах велики по сравнению с длиной волны, и при практически приемлемых величинах напряжений (меньше ста киловольт) электроны будут преодолевать такое расстояние за несколько периодов колебаний, что не эффективно для приборов с кратковременным взаимодействием.Целью изобретения является создание такой конструкции открытого резонатора в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн, которая обеспечивала бы возможность кратковременного взаимодействия электронов с высокочастотным полем резонатора при обычно используемых напряжениях и при этом обеспечивала бы высокую добротность, простоту. настройки и большие габариты резонатора по сравнению с длиной волны.Указанная цель достигается тем, что в открытом резонаторе, содержащем два зеркала, расположенных на одной оси друг против друга, одно из которых выполнено в виде вогнутой поверхности, и устройство связи с внешним волноводом, другое зеркало выполнено в виде рупора с присоеди- .55 ненным к нему короткоэамкнутым отрезком волновода, в противоположных стенках которого выполнены отверстия для пропускания. электронов, при этом центр радиуса кривизны первого вогнутого зеркала размещен внутри рупора на общей оси зеркал.Оптимальный диаметр рупора Э определяется выражениемР =1,2 Я /9где ф- длина волны;О - угол раскрыва рупора, равный углу между осью рупораи касательной к образующей .(рупора) в точке пересечения ее с линией раскрыва рупора.Первое вогнутое зеркало может иметь. два различных главных радиуса кривизны.В предложенной конструкции резонатора имеется область внутри волновода (например, перпендикулярно широкой стенке широкого волновода, работающего на основной волне), которую электроны при обычных напряжениях, используемых в электронных приборах, могут пролететь за время значительно меньшее периода высокочастотных колебаний. Это необходимо для эффективной работы электронного прибора клистронного типа, а также некоторых других приборов, Отверстие для связи резонатора с внешним волиоводом ,может располагаться в центре сферического зеркала.На фиг. 1-13 даны варианты конструкций предложенного резонатора.Резонатор содержит сферическое зеркало 1, рупор 2, отрезок 3 одномодового волновода, отверстия 4 в стенках волновода для прохода электронов, короткозамкнутую стенку 5, электронный поток 6, силовые линии 7 электрического поля резонатора, отверстие 8 связи в сферическом зеркале, внешний волновод 9.Электромагнитные колебания основного вида в предлагаемом открытом резонаторе формйруются следующим образом.Электромагнитная волна возбуждения, например, электронным потоком, проходящим через отверстия 4 (которые запредельны для возбуждаемых колебаний), имеет возможность распространяться в сторону рупора. В рупоре 2 волноводная волна плавно преобразуется в сферическую расходящуюся волну, которая излучается из рупора и дви(3) 5 982479 6жется в открытом пространстве в сто- Из теории открытых резонатороврону зеркала 1. Отразившись от вог- следует, что резонансная длина волнынутого сферического зеркала, эта вол- предложенного резонатора Я приближенна превращается в сходящуюся волну но.определяется по формулеф 5которая движется в сторону рупора 2У 2входит в него и движется в сторонул -(И+К +р -), (2)волновода. Дойдяпо волноводу до запаЬкоротки, отражается от нее и весь про- где и - целое число;цесс повторяется. В результате ин ф- длина волны в волноводе.терференции волн, движущихся в раз- Меняя расстояние между зеркалом и руных направлениях, в системе устанав- пором Й, можно произвести перестройливается стоячая волна. . ку резонансной длины волны резонатора,Описанный процесс возникает лишь Из соотношения (1) следует, что перепри определенных соотношениях гео стРойка Резонанса возможна толькометрических размеров рупора и сфери- при таких перемещениях зеркала от-ческого зеркала. Используя теорию носительно рупора, при которых центроткрытых резонаторов можно оценить кривизны зеркала не выходит за пре,эти размеры. делы рупора,Так как в резонаторе устанавлива Для того, чтобы волна, отраженнаяется стоячая волна, то можно предполо- от сферического) зеркала, полностьюжить, что в рупоре узел стоячей волны вошла в рупор и дифракционные потериэлектрического поля волны, исходящей были малы, диаметр рупора 1)р и зеркаиз горловины О рупора (фиг. 3), на- ла В 3 должны быть связаны соотношеходится на сферической поверхности 25 ниемЗр в раскрыве рупора. Расположив наэтой поверхности металлический экран,мы не изменим граничных условий и от которое вытекает из общей теории отсистемы рупор-сферическое зеркало крытых резонаторов,перейдем к эквивалентной системе вы Оптимальное значение диаметра рупуклое сферическое зеркало - вогну- пора 0 можно оценить из услояия оптое сферическое зеркало. Радиусы кри- тимального распределения фазы полявизны этих зеркал - К и К, рассто- по поверхности раскрыва рупора, Этояние между зеркалами - Й. условие приводит .к следующему эначеИз теории открытых резонаторов из нию Вр=1,25 ЛIО, где О - угол раскрывестно, что в системе выпукло-вогну- ва рупора, равный углу между осью рутых сферических зеркал возможно воз- пора и касательной к образующей (руникновение устойчивых колебаний с пора) в точке пересечения ее с линиейкаустиками (т,е, без излучения элек- Раскрыва РУпоРатромагнитной энергии за пределы прост Добротность (1 предложенного типаранства между зеркалами) в том слу- Резонатора можно оценить по формулечае, если выполняются соотношения ЛгК 1 КгЯЛф: Е (4).1 С - ( 1 + -(1) Рс 1 д 45 где- суммарные относительные потеДля предложенной системы вогнутое сфе- Ри энергии за один проход волны, корическое зеркало-рупор это правило торые складываются из дифракционныхобразований устойчивых колебаний мож- потерь и джоулевых потерь в стенкахно сформулировать так: колебания в волновода, рупора и сферического зерсистеме вогнутое сферическое зеркало каларупор будут устойчивыми, т.е, локали- Рассмотренный на фиг, 1, 2 открызованными между зеркалами, в том слу-. тый резонатор представляет собой акчае, если центр радиуса кривизны сфе- сиально-симметричную систему, в корического зеркала (точка О,) располо- торой главные радиусы кривизны вэа.Жен на оси внутри рупора в промежутке 55 имно перпендикулярных дуг ЕР и СНмежду горловиной, являющейся центром одинаковы. Принцип работы резонатораРадиуса кРивизны фронта волны в рупо- сохранится и в том случае, если раре, .(точка О) и раскрывом рупора диусы кривизны главных дуг будут1,1 иц. 4 показан открытый резона нр, у которого радиусы кривизны главцнх дуг зеркала 1.К и ИИ различны. Ру-. нор в этом случае становится пирамидальным. Конфигурация рупора при этом должна выбираться так, чтобы соотношение (1) выполнялось для каждо го главного радиуса кривизны зеркала и для каждого соответствующего главного радиуса кривизны фронта волны в раскрыве рупора.На фиг. 5 показан предельный случай, когда радиус кривизны горизонтальной дуги СВ равен бесконечности, а вертикальной дуги АВ - конечен. В ,этом случае зеркало становится цилиндрическим, а рупор секторным. Резонаторы, показанные на фиг. 3, позволяют увеличить размер простран ства взаимодействия электронов с вы. сокочастотным полем резонатора.длина рупора, т.е, расстояние 004 (фиг. 3), определяется необходимым диапазоном перестройки резона тора, требуемым согласованием перехода рупор-волновод, необходимой "чистотой" типа волны, распространяющейся в рупоре, величиной допустимых потерь в стенках рупора и рядом фак торов, которые необходимо учитывать в каждом конкретном случае, В соответствии со сказанным в общем случае закон изменения поперечного сечения рупора по длине оси может быть самым различным. Для примера приведем несколько законов. Наиболее простым и технологичным является линейный закон, т.е. простой конический рупор (фиг. Ь). В том случае, когда 40 необходимо иметь малую длину рупора при сохранении хорошего согласования, более целесообразно использовать экспоненциальный, бипоминальный или чебьпневский (фиг. 7) закон измерения 45 поперечного сечения рупора.Форма поперечного сечения волновода, подсоединяемого к рупору, также может быть различной: прямоугольной, круглой, овальной, П или Н-образной и др. в зависимости от требований, предъявляемых к пространству взаимодействия (фиг. 8, 9). В противоположных стенках волновода могут быть выполнены отверстия для прохода электронов. Для улучшения взаимодействия электронов с высокочастотным по" лем в отверстия могут быть введены отрезки труб (фиг. 10), Одна пара или несколько пар отверстий в противоположных стенках волновода (фиг.11) для пропуска электронов должны быть расположены так, чтобы обеспечить наиболее эффективное взаимодействие электронного потока с полем резона.тора. Диаметр отверстий,0 должен быть таков, чтобы предотвратить через них заметную утечку электромагнитной энер. гии из резонатора. Для этого, в частности, необходимо,.чтобы 0 о ( 0,5 фНапример, в случае прямоугольного волновода отверстия располагаются в центре широкой стенки волйовода на расстоянии Бш от закоротки, приближенно равным (2 ш+1 И/4 где ш=О 1 2ф ф ф фВ короткозамыкающей торцевой стенке волновода также, как в сферическом зеркале, можно расположить отверстие связи, через которое резонатор может быть связан с волноводом (фиг, 12). Если вместо закоротки в волноводе расположить подвижный короткозамыкающий поршень, то, изменяя длину отрезка волновода й, можно перестраивать резонансную длину волны резонатора (фиг, 13). Предложенные резонаторы, которыеможно назвать "фокусирующие открытыерезонаторы" (фор-ы), смогут найти широкое применение в приборах клистронного типа, используемых в радиолокации, радиосвязи, физике, биологии,медицине, в радиоспектроскопии при исследовании свойств различных веществв электромагнитном поле миллиметрового и субмиллиметрового диапазоноврлин волн,1Лабораторные испытания макета фокусирующего открытого резонатора показали, что его нагруженная добротность в 3 мм диапазоне длин волн составляет Я=3,5 ,10 , т.е. почти в 10 раз больше,Эчем у обычных замкнутых резонаторов в этом диапазоне длин волн. Высокая добротность резонатора позволяет улучшить взаимодействие электронного потока с электромагнитным полем резонатора, поднять контурный КПД и КПД прибора, увеличить стабильность частоты клистронных генераторов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Резонатор прост в изготовлении и не имеет побочных резонансных колебаний.982479Составительедактор Е.1 иринская Техред Л.Сердюкова Корректор С.йекма Заказ 3730 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С(.113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1
СмотретьЗаявка
3252676, 26.02.1981
ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ А-1067
САЗОНОВ В. П
МПК / Метки
МПК: H01J 23/18
Опубликовано: 30.09.1991
Код ссылки
<a href="https://patents.su/8-982479-otkrytyjj-rezonator.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Открытый резонатор</a>
Предыдущий патент: Способ контроля печатных плат и контактирующее устройство для контроля печатных плат с металлизированными отверстиями
Следующий патент: Аэростатная оболочка
Случайный патент: Способ герметизации восстающих дегазационных скважин