Усилитель магнетронного типа

Полезная модель относится к вакуумной электронной технике СВЧ диапазона и может быть использована в радиолокации, радиосвязи, радионавигации. Технический результат заключается в создании магнетронного усилителя, который содержит концентрически расположенный магнетронный генератор в виде цилиндрического анода с медианной внутренней поверхностью и выходным резонатором, внутри которого расположен цилиндрический катод и магнитную систему. Магнетронный генератор расположен внутри единой концентрической конструкции усилительных каскадов в виде колец с медианной внутренней поверхностью, при этом внешняя поверхность каждого предыдущего усилительного каскада является катодом для последующего усилительного каскада, а выходной резонатор каждого предыдущего усилительного каскада соединен непосредственно с входным резонатором последующего усилительного каскада. Предложенная конструкция позволяет существенно снизить вес и габариты усилителя магнетронного типа, при обеспечении суммарного усиления более 40-45 дБ и требуемого уровня выходной мощности.

Полезная модель относится к вакуумной электронной технике СВЧ диапазона, а именно к конструкции многокаскадного усилителя магнетронного типа, предназначенного для применения в радиолокации, радиосвязи, радионавигации.

Известны многокаскадные усилители магнетронного типа, каждый каскад которых представляет собой отдельный прибор, (усилитель магнетронного типа, например, амплитрон, УПВМ), соединенный с предыдущим и последующим каскадом с помощью волноводов, содержащих ферриты для подавления возможных нежелательных отражений усиливаемого сигнала (http://www.oao-tantal.ru/tovar.php?id=3585 18.09.2013). Кроме того каждый усилитель имеет свою магнитную систему.

Недостатком такой усилительной многокаскадной цепочки, состоящей из последовательно соединенных приборов, является ее протяженность в длину, связанная также с необходимостью использования дополнительных связующих волноводов и ферритовых элементов, а также существенный вес из-за нескольких магнитов.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к изобретению является магнетронный усилитель, описанный в [Быстрицкий Н.П. Магнетронные усилители (амплитроны): Элементы радиоэлектронной аппаратуры // М.: Сов. радио, 1966, 14 с]. Он состоит из анода, внутри которого помещена замедляющая система, и размещенного коаксиально внутри нег катода.

Недостатком такого усилителя является то, что он не может обеспечить усиление более 10-15 дБ (требуется более 40 дБ) и необходимый уровень выходной мощности.

В основу предлагаемой полезной модели положена задача разработать многокаскадный усилитель магнетронного типа с существенно уменьшенными габаритами и весом, обеспечивающий суммарное усиление более 40-45 дБ и требуемый уровень выходной мощности.

Поставленная задача достигается тем, что усилитель магнетронного типа содержит концентрически расположенный магнетронный генератор в виде цилиндрического анода с медианной внутренней поверхностью и выходным резонатором, внутри которого расположен цилиндрический катод и магнитную систему. Новым является то, что магнетронный генератор расположен внутри единой концентрической конструкции усилительных каскадов в виде колец с медианной внутренней поверхностью, при этом внешняя поверхность каждого предыдущего усилительного каскада является катодом для последующего усилительного каскада, а выходной резонатор каждого предыдущего усилительного каскада соединен непосредственно с входным резонатором последующего усилительного каскада. Вся конструкция расположена внутри единой магнитной системы.

Принципиальная особенность предлагаемой конструкции заключается в том, что цепочка усилительных каскадов реализуется в виде одного цилиндрического прибора, в котором последовательные усилительные каскады расположены концентрически и не требуют протяженных волноводных соединений.

Полезная модель поясняется чертежами, где фиг. 1 - сечение усилителя в азимутально-радиальной плоскости (перпендикулярно аксиальной высоте), фиг. 2 - объемный вид, фиг. 3 - сечение усилителя с магнитной системой в радиально-аксиальной плоскости. Позиции чертежа: 1 - катод, 2 - анод первого усилительного каскада и катод второго усилительного каскада, 3 - анод второго усилительного каскада и катод третьего усилительного каскада, 4 - анод третьего усилительного каскада и катод четвертого усилительного каскада, 5 - анод четвертого усилительного каскада и катод пятого усилительного каскада, 6 - выводные резонаторы, 7 - магнитная система.

Усилитель магнетронного типа содержит электроды - катод и анод, которые образуют концентрические кольца вокруг общей оси. Внутри концентрической конструкции находится первый каскад - магнетронный генератор в виде цилиндрического анода 2 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) с медианной внутренней поверхностью и выходным резонатором 6 (фиг. 1), внутри которого расположен цилиндрический катод 1. Магнетронный генератор расположен внутри единой концентрической конструкции усилительных каскадов в виде колец с медианной внутренней поверхностью 2, 3, 4, 5 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) при этом внешняя поверхность каждого предыдущего усилительного каскада является катодом для последующего усилительного каскада, а выходной резонатор 6 каждого предыдущего усилительного каскада соединен непосредственно с входным резонатором 6 последующего усилительного каскада. Конструкция расположена внутри единой магнитной системы 7 (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом: магнетронный генратор расположенный в центре конструкции генерирует ВЧ сигнал, который через выходной резонатор 6 (фиг. 1) попадает в рабочее пространство концентрически расположенного усилительного каскада 2 (фиг. 1), имеющего больший радиус анода и большее анодное напряжение, что обеспечивает усиление ВЧ мощности сигнала, попадающего затем через выходной резонатор в рабочее пространство следующего усилительного каскада и т.д. Количество усилительных каскадов определяет суммарный коэффициент усиления многокаскадного усилителя. Как правило, для достижения требуемого усиления и выходной мощности может быть достаточно нескольких каскадов, хотя принципиально число каскадов может быть большим. Для конструкции, представленной на фиг 1., при импульсной выходной мощности магнетронного генератора 500 Вт, ожидаемый уровень выходной мощности последнего усилительного каскада достигает 500 кВт, что соответствует усилению в 30 дБ.

Преимущество предложенной многокаскадной конструкции концентрических усилителей заключается в следующем.

Это - прежде всего компактность устройства, обеспечивающаяся концентрическим характером конструкции. Вместо цепочки отдельных магнетронных усилителей, соединенных волноводными каналами и имеющих протяженность в пространстве, в данной конструкции все усилители расположены в одном корпусе. При этом появляется возможность использовать одну магнитную систему для всех усилителей. Кроме того совмещение входа предыдущего каскада с выходом последующего облегчает вопросы согласования каскада. Это позволяет существенно снизить габариты и вес каскада усилителей.

Таким образом, предложенный новый вид каскада магнетронных усилителей позволяет снизить габариты и вес цепочки СВЧ усилителей магнетронного типа. Это представляется особенно важным при создании бортовой и космической аппаратуры.

Снижение габаритов осуществляется благодаря тому, что усилительная цепочка расположена в одном корпусе, при этом используется одна магнитная система.

Требуемые уровень усиления и выходной мощности осуществляется благодаря использованию нескольких каскадов.

Усилитель магнетронного типа цилиндрической конструкции, содержащий концентрически расположенный магнетронный генератор, в виде цилиндрического анода с медианной внутренней поверхностью и выходным резонатором, внутри которого расположен цилиндрический катод, и магнитную систему, отличающийся тем, что магнетронный генератор расположен внутри единой концентрической конструкции усилительных каскадов в виде колец с медианной внутренней поверхностью, при этом внешняя поверхность каждого предыдущего усилительного каскада является катодом для последующего усилительного каскада, а выходной резонатор каждого предыдущего усилительного каскада соединен непосредственно с входным резонатором последующего усилительного каскада, а магнитная система расположена с торцов единой концентрической конструкции.