Оротрон

 

Полезная модель относится к электровакуумным приборам СВЧ. Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, -увеличение коэффициента полезного действия и генерируемой СВЧ мощности оротрона. Для этого в оротроне, содержащем электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных пучков, где n=1,2,3 и т.д., коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым фокусирующим зеркалом, и периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2,3,4 и т.д., и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота HN от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину HN=[(n-1/2)/2], где - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, изменена конструкция электронной пушки. Она содержит дополнительный эмиттер электронов, расположенный на высоте H N=[(n-1/2)/2] от плоского зеркала и формирующий (n+1)-ый электронный пучок, проходящий над периодической структурой. Технический результат достигается за счет того, что дополнительный n+1-ый электронный пучок при любой высоте HN движется в максимуме амплитуды рабочей пространственной гармоники. В этом случае для этой длины волны в щелях периодической структуры реализуется четвертьволновый резонанс (при n=1), либо производный от него (при n=2,3 и т.д.), В результате на длине волны достигается максимальная эффективность электронно-волнового взаимодействия. Таким образом, введение в конструкцию оротрона с многорядной периодической структурой дополнительного эмиттера для создания электронного пучка на высоте HN увеличивает эффективность его взаимодействие на длине волны и вблизи нее. Это обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия и генерируемой высокочастотной мощности во всем диапазоне перестройки оротрона по частоте.

Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к конструкции мощного источника высокочастотных электромагнитных колебаний коротковолновой части миллиметрового диапазона и субмиллиметрового диапазона волн, а более конкретно - к оротрону.

Известен оротрон, содержащий электронную пушку с одним эмиттером электронов, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, однорядную гребенчатую периодическую структуру, расположенную на плоском зеркале, при этом высота ламелей периодической структуры составляет четверть рабочей длины волны диапазона перестройки оротрона по частоте, а плоский электронный пучок проходит над их поверхностью [1].

Недостатком этого оротрона является низкий КПД и малая выходная мощность во всей полосе перестройки по частоте.

Известен также оротрон, содержащий электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных пучков, где n=1,2,3 и т.д., коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, и периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2,3,4 и т.д., и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота HN от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину HN=[(n-1/2)/2], где - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, Этот прибор также имеет недостаточную величину КПД и выходной мощности, особенно на высокочастотной границе перестройки.

Это связано с тем, что, например, для двухрядной периодической структуры не используется четвертьволновый резонанс на длине волны в щелях периодической структуры, связанный с ее высотой H1 от плоского зеркала соотношением H1=/4. В многорядной периодической структуре не используется резонанс, производный от четвертьволнового резонанса, когда H N=[(n-1/2)/2]. А именно в этих случаях на длине волны К достигается максимум амплитуды рабочей пространственной гармоники, с которой мог бы эффективно взаимодействовать электронный пучок.

Техническая задача, решаемая предлагаемой конструкцией, направлена на увеличение выходной мощности и КПД оротрона во всей полосе перестройки по частоте.

Для решения этой задачи в оротроне, содержащем электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных потоков, где n=1,2,3 и т.д., коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами и гребенчатую периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2,3,4 и т.д., и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота HN от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину HN=[(n-1/2)/2], где - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, изменена конструкция электронной пушки. Она содержит дополнительный эмиттер электронов, расположенный на высоте H N=[(n-1/2)/2] от плоского зеркала и формирующий (n+1)-ый электронный пучок, проходящий над периодической структурой.

В случае двухрядной периодической структуры с одним электронным пучком, проходящим на высоте h1 от плоского зеркала, дополнительный электронный пучок необходимо сформировать на высоте H1 над вторым рядом периодической структуры.

Предлагаемое устройство поясняется рисунками, где на Фиг.1 представлено схематическое изображение оротрона, а на Фиг.2 приведены зависимости генерируемой мощности от частоты для оротрона, созданного в соответствии с прототипом и в соответствии с предлагаемой конструкцией, с использованием двухрядной периодической структуры.

Прибор на Фиг.1 содержит открытый резонатор, образованный плоским 1 и вогнутым 2 зеркалами, электронную пушку 3, коллектор 4 электронов, и четырехрядную периодическую структуру, образованную рядами 5, между которыми выполнено n=3 промежутков 6 для пролета электронных пучков. Эти ряды могут быть также выполнены в виде узких щелей для пролета плоских пучков в ламелях гребенчатой периодической структуры. Высота Н структуры, вдоль оси симметрии 7 резонатора, равна HN=[(n-1/2)/2]. Вывод СВЧ мощности из резонатора осуществляется через щель 8 в зеркале 2. Штриховые линии 9 изображают каустическую поверхность рабочего колебания. Форма и размер ее однозначно определяются геометрическими параметрами открытого резонатора (см., например, Л.А.Вайнштейн. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М. Сов. радио, 1966, с.118). Электронная пушка 3 содержит три эмиттера 10, расположенных напротив соответствующих промежутков между рядами периодической структуры, и дополнительный эмиттер 11, расположенный на высоте Н от плоского зеркала.

Оротрон работает следующим образом. При включении электрического питания электронная пушка 3 формирует n+1 электронных пучков, которые фокусируются магнитом (на Фиг.1 не показан). Пролетая сквозь промежутки 6 между рядами и над периодической структурой, электронные пучки осаждаются на коллекторе 4 электронов. В объеме между зеркалами 1 и 2 образуется стоячая электромагнитная волна рабочего колебания резонатора. При выполнении условий синхронизма между скоростью электронов и пространственной гармоникой высокочастотного поля Ez, направленной перпендикулярно оси симметрии 7 резонатора вдоль пространства взаимодействия, и превышении электронным током некоторого пускового значения система самовозбуждается, и генерируемая СВЧ мощность поступает через щель 8 в нагрузку. При этом за счет введения дополнительного электронного пучка, формируемого дополнительным эмиттером 11, на высоте HN =[(n-1/2)/2] от плоского зеркала увеличивается эффективность взаимодействия не только на длине волны =4НN, но и во всем диапазоне перестройки прибора от >4НNдо /2.

В качестве примера на Фиг.2 приведены зависимости генерируемой мощности от частоты для оротрона с двухрядной периодической структурой, выполненного согласно прототипу (зависимость А) и согласно предлагаемой конструкции (зависимость В), т.е. как для работы с одним электронным пучком на высоте h1 =1(1-1/2)/2=1/4 от плоского зеркала, так и с дополнительным электронным пучком на высоте H1=(n-1/2)/2=/4 от плоского зеркала. Таким образом, длина волны =21. При этом высота первого ряда 0,2 мм, промежуток между первым и вторым рядом для пролета электронного пучка 0,1 мм и высота структуры H1=0,5 мм. Как видно на Фиг.2, введение дополнительного электронного пучка в пространство взаимодействия на высоте H1 существенным образом увеличивает генерируемую мощность прибора во всем диапазоне перестройки по частоте.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ф.С.Русин, Г.Д.Богомолов. Оротрон как генератор миллиметрового диапазона. В сб. Электроника больших мощностей. Изд-во «Наука», М. 1968. Вып.5. С.45.

2. Белявский Б.А., Мясин Е.А., Соловьев А.Н. Оротрон. АС 1358672 А1 от 19.03.86. Кл. H01J 25/00.

Оротрон, содержащий электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных пучков, где n=1, 2, 3, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, и периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2, 3, 4 и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота HN от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину HN=[(n-1/2)/2], где - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, отличающийся тем, что электронная пушка содержит дополнительный эмиттер электронов, расположенный на высоте HN=[(n-1/2)/2] от плоского зеркала и формирующий (n+1)-й электронный пучок, проходящий над периодической структурой.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к средствам радиоволнового неразрушающего СВЧ контроля тонких протяженных объектов и может быть использовано для измерения и контроля параметров литого остеклованного микропровода, полимерных пленок, волокон, нитей и других объектов, у которых хотя бы один из геометрических размеров много меньше длины волны используемых электромагнитных колебаний
Наверх