Оротрон с системой измерения частоты

 

Изобретение относится к генераторам сверхвысокочастного диапазона, в частности к оротронам миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, и может быть использовано в метрологии частотных измерений, спектроскопии и дефектоскопии диэлектриков. Целью изобретения является снижение порога мощности оротрона при измерении его частоты. Поставленная цель достигается за счет того, что смеситель излучений размещается внутри вакуумной части оротрона и выполняется в соответствии с формулой изобретения. При этом производится смещение частоты опорного сигнала и гармонических составляющих сигнала генерации оротрона. Так как мощность на гармониках частоты генерации оротрона подается в смеситель через электронный поток за пределами области взаимодействия, то не нарушаются процессы внутри области взаимодействия и не требуется отведения части излучения оротрона для проведения измерения его частоты. 2 ил.

Изобретение относится к генераторам сверхвысокочастного диапазона, а точнее к электровакуумным генераторам миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, и может быть использовано в метрологии частотных измерений, спектроскопии, дефектоскопии диэлектриков. Целью изобретения является снижение порога мощности оротрона при измерении его частоты генерации. На фиг. 1 и 2 изображены различные варианты компоновки дополнительного зеркала и волновода. Открытый резонатор оротрона образован сферическим зеркалом 1 и плоским зеркалом 2, на котором нанесена периодическая структура 3, например, типа гребенки с периодом I₁. Электронный пучок 4 эмиттируется катодом 5 и проходит над поверхностью зеркала 2 в направлении, перпендикулярном пазам структуры. Плоское зеркало 2 продолжено за область акустики резонатора (на фиг. 1 и 2 указана пунктиром) в направлении движения пучка и на нем нанесена дополнительная структура 6 такого же типа с периодом I₂ = nI₁, где n - номер гармоники, на которой производится смешивание. Пазы дополнительной структуры 6 параллельны пазам структуры 3. К структуре 6 перпендикулярно плоскости зеркала 2 подведен волновод 7 для ввода опорного излучения. Длинная стенка волновода ориентирована параллельно пазам структуры 6. Электронный пучок 4 проходит между торцом волновода 7 и структурой 6 и собирается на коллекторе 8. Выход коллектора подключен к частотомеру. Вывод генерируемого оротроном излучения осуществляется через отверстия связи в сферическом зеркале 1 и выходной волновод 9. Электронный пучок стабилизируется фокусирующим магнитом 10. На фиг. 2 приведен другой вариант компоновки прибора, в котором дополнительное зеркало 11 с нанесенной на нем структурой 6 размещается рабочей поверхностью над электронным пучком, а волновод 7 подводится снизу. Прибор работает следующим образом. При скоростях электронов, равных фазовой скорости пространственной гармоники электромагнитного поля на структуре 3, происходит эффективное взаимодействие электронов с полем и при достаточно больших токах пучка возникает генерация оротрона на частоте резонатора f_ор. Вследствие этого скорости электронов, прошедших структуру 3, становятся промодулированы с частотой f_ор. Далее пучок движется вдоль структуры 6, которая через волновод 7 возбуждается опорным излучением с частотой f' f_ор/n. Так как для этой частоты скорость пространственной гармоники на структуре 6 близка к скорости пучка, то электроны эффективно взаимодействуют с полем опорного излучения и возникает дополнительная модуляция скоростей электронов с гармониками частоты f'. В результате сложения модуляций в спектре скорости электронов, прошедших структуру 6, возникают низкочастотные биения (с частотой f_б = f_ор - nf'). Эти биения приводят к пульсациям (с этой же частотой) электронного тока в цепи питания коллектора 8. Так как частота сигнала биений f_б мала, то она измеряется частотомером. По измеренной частоте биений и известной частоте опорного излучения частота генерации оротрона определяется по формуле f_ор = nf' f_б, где знак выбирается с помощью известной процедуры. Изобретение позволяет уменьшить требуемую мощность оротрона для измерения частоты генерации оротрона во всем его рабочем диапазоне. Особенно важно использование предлагаемого оротрона в различных автодинных схемах, которые обладают лучшими эксплуатационными характеристиками при минимальной мощности генерируемого излучения. Для таких схем в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн предлагаемый оротрон дает единственную возможность точного измерения (соответственно стабилизации) рабочей частоты.

Формула изобретения

Оротрон с системой измерения частоты, содержащий открытый резонатор с двумя зеркалами, на одно из которых нанесена периодическая структура с периодом l₁, электронно-оптическую систему, коллектор, источник опорного излучения, смеситель излучений и частотомер, подключенный к выходу смесителя, отличающийся тем, что, с целью снижения порога мощности оротрона при измерении частоты, смеситель выполнен в виде дополнительного зеркала, на которое нанесена периодическая структура с периодом l₂ - nl₁ расположенного параллельно оси электронно-оптической системы между зеркалом открытого резистора и коллектором, и волновода, соединенного с источником опорного излучения, торцовая поверхность которого параллельна поверхности дополнительного зеркала, а коллектор соединен с частотомером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2