Пролетный клистрон

 

Использование: в СВЧ-технике, в частности в усилительных клистронах, в которых связь входного и выходного резонаторов с волноводами осуществляется через окна (диафрагмы) в стенке резонаторов Цель - оптимизация амплитудно-частотной характеристики выходного сигнала и уровня входного сигнала. Сущность в пролетном клистроне , содержащем блок резонаторов, волноводные ввод и вывод энергии с окнами связи, стенки входного и выходного резонаторов с окнами связи выполнены по крайней мере из трех слоев, два из которых являются внешними и неподвижными и снабжены соосными диафрагмами, а внутренний слой составпен из двух подвижных частей с возможностью перекрытия диафрагм во внешних слоях 1 зпф-лы. 4 ил

(>>) 0 ) (5Ц5 Н01ЛЫ 0

Вя

@гав;-@

Ьт46 е1и

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по иатентам и товарным знакам (21) 4948846/21 (22) 12.0591 (46) 30.10.93 Бюп. Йю 39-40 (7t) Государственное научно-производственное предприятие "Исток" (T2j Кукпяев А,С. Федотов А.B.

P3) Государственное научно-производственное предприятие "Исток" (И) ПРОЛЕТНЫ Й КЛИСТРОН (57) Использование: в СВЧ-технике, в частности в усилительных клистронах в которых связь входного и выходного резонаторов с волноводами осуществляется через окна (диафрагмы} в стенке ре1 ll зонаторов. Цель — оптимизация амплитудно-частотной характеристики выходного сигнала и уровня входного сигнала. Сущность: в пролетном клистроне, содержащем блок резонаторов, волноводные ввод и вывод энергии с окнами связи. стенки входного и выходного резонаторов с окнами связи выполнены по крайней мере из трех слоев, два из которых являются внешними и неподвижными и снабжены соосными диафрагмами, а внутренний слой составлен из двух подвижных частей с возможностью перекрьпия диафрагм во внешних слоях 1 зп.ф-лы, 4 ил.

2002332

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к усилительным клистранам, в которых связь входного и выходного резонаторов с валнавадами осуществляется через окна (диафрагмы) в стен ках резонаторов. Этот вид сочленения резонаторов с волноводами очень широко распространен в технике СВЧ. Наиболее часто используют связь резонаторов с входными и выходными цепями через торцовую стенку валновода. Степень связи зависит от размеров и формы окна связи.

Для получения требуемых коэффициента усиления полосы и КПД в усилительных клистранах наряду с другими важно выполнить два условия: согласовать входной резонатор с возбудителем, чтобы свести к минимуму отражение энергии, что необходимо выполнить с учетом заданных электронной проводимости тока луча (лучей) и параметров входного резонатора, и обеспечить оптимальное условие для передачи энергии иэ выходного резонатора в нагрузку.

Известен способ регулирования связи резонатора с волноводам с помощью винта, который ввинчивается в валнавад в непосредственной близости от окна связи, Такая конструкция рассчитана на использование в сравнительно длиннавалновых приборах, имеющих большие поперечные сечения волнаводав. Как правило, винт используется для технологической подстройки связи в процессе изготовления прибора. В дальнейшем ега эагпвивают или эастопоривают и он теряет свое ствойства регулятора, чта не позволяет его использовать в процессе эксплуатации прибора. Кроме того, иаоднародниасть в волноводе, в том числе и винт, сйй кает элекстрйческую прочность тракта, что ограничивает ега применение в прибавах с большой: выходной мощностью, особенное в коротковолновой части сантимаштроваго и миллиметровом диапазонах.

Участок волнавода с винтом ведет себя как резонансная система, что резко сокращает полосу согласования.

Известна конструкция, обеспечивающая регулиравайие связи высокодабратного ргезонэтора с волнаводом посредством перекрытия окна связи с помощью заслонки. Наличие падвижных частей, находящихся внутри волновода, рассчитано на примоенение при низких уровнях мощности, характерных для отражательных клистронав.

Известно, что в клистроне требуемые выходные параметры, например произведение полосы не усиление, зависят наряду с другими гректорегии от соотношения межру проводимостью по постоянному току лучей клистрона (60), характеристическим сопротивлением выходного резонатора {Я/Q) и . внешней добротностью 0«, которая определяется степенью связи выходного резонатора с внешней линией.

Недостатками этой конструкции являются фиксированная величина связи вход10 ного и выходного резонатора с внешними цепями и невозможность ее регулировки.

Целью изобретения является обеспечение оптимальных рабочих параметров клистрона за счет изменения степени связи резонаторов с внешними цепями.

Цель достигается тем, что в пролетном клистроне, включающем блок резонаторов, валноводные ввод и вывод энергии связи, стенки входного и выходного резонаторов прибора, содержащие окна связи, выполнены по крайней мере из трех слоев, два иэ которых являются внешними и неподвижными и имеют соосные диафрагмы, а внутренний слой. составлен из двух частей и является подвижным с вазможностью перекрытия диафрагм во внешних слоях.

Внутренний подвижный слой может состоять из одной части и имеет диафрагму с возможностью ее смещения относительно

30 диафрагм в неподвижных слоях.

Сущность изобретения состоит в том, что при изменении тока электронного потока, протекающего через клистран, что эквивалентно изменению проводимости (Ga), например. из-за изменения эмиссионных свойств катада или па. другим причинам, условия согласования резонаторов с внешними цепями в конкретном рабочем режиме нарушаются, 40 Рассогласование может возникать при изменении параметров резонаторов, которые критичны к точности изготовления размеров и чистоте обработки поверхностей.

Размеры резонаторов, например зазоры

4r взаимодействия, могут изменяться при технологических операциях, связанных с нагревам. При этом степень связи резонатора может стать отличной ат заданной оптимальной величины, хотя размеры окна связи

50 остаются прежними. Особенно остро эти явления начинают проявляться при продвижении в коротковолновую часть сантиметрового диапазона и миллиметровый диапазон, В коротковолновых приборах оптимальное. соотношение 6о. (Й/0);Q«сдвигается в сторону уменьшения. Это необходимо для обеспечения надежной и стабильной работы клистрона, Однако при этом не укаэывается способ обеспечения этого соотношения в изготовленном изделии.

2002332

Все перечисленное приводит к необходимости создания механизма, позволяющего оптимизировать это соотношение в собранном изделии. При заданных G> и R/Q изменение соотношения Go, (RlQ):Qex в сторону оптимальных величин для получения требуемых выходных параметров возможно за счет изменения внешней добротности при наличии механизма, позволяющего регулировать связь резонаторов с внешними цепями.

На фиг.1 схематически показан клистронный усилитель с устройствами регулирования связи на входе и выходе; на фиг,2— устройства связи с диафрагмой и подвижными пластинами; на фиг.3 — устройство регулирования связи, содержащее две подвижные пластины, приводимые в движение от индивидуальных механизмов, на фиг,4 — устройство регулирования связи с одной подвижной пластиной, Клистронный усилитель состоит из катодной ножки 1, коллектора 2, фокусирующей системы 3, резонаторного блока 4 с входным 5 и выходным 6 резонаторами, соединенными с волноводами 7 через стенки, состоящие из трех слоев; неподвижных 8 и

9 являющихся стенками волноводов 7 и 10— пластин, перекрывающих диафрагмы 11 в неподвижных стенках 8 и 9. Диафрагмы 11 могут иметь различную форму, например круга, овала, прямоугольника и др. Внутренняя стенка состоит из двух подвижных пластин, перемещающихся в плоскости, параллельной наружным стенкам. При»х перемещении перекрываются или открываются окна связи в наружных пластинах, выполненных в виде двух соосных отверстий.

На фиг,2 представлено окно связи при наблюдении со стороны вакуумного уплотнения. Здесь показаны подвижные пластины 10, неподвижная пластина 9 и диафрагма

11. При перемещении подвижных пластин

10 в направлении l связь увеличивается, а в направлении li уменьшается.

На фиг.3 дан разрез устройства регулирования связи в плоскости, перпендикулярной оси прибора. Показана одна половина устройства. Другая аналогична. Подвижная пластина 10 жестко соединена с держателем 12, мембраной 13 и винтом 14. Мембрана вакуумноплотно соединена с корпусом

15 блока резонаторов. Движение винту 14 передается от втулки 16, вращающейся между пластиной 17 и планкой 18, соединенных с помощью винтов, В случае необходимости регулирования связи в широких пределах в процессе изготовления прибора и при эксплуатации для

55 перемещения пластин 10 вместо мембраны

13 можно использовать сильфон.

На фиг.4 показан вариант регулирования связи с помощью одной подвижной пластины 10. В этом случае подвижная пластина и неподвижные пластины 8, 9 имеют диафрагмы 11 одинакового сечения. При перемещении диафрагмы подвижной пластины изменяется форма окна связи. Соответственно изменяется и величина связи.

Принцип работы предложенного устройства заключается в следующем, На этапе изготовления усилителя в процессе сборки блока резонаторов размеры диафрагм связи на входе и выходе устанавливаются в соответствии с заранее подобранными величинами, соответствующими расчетным значениям величины связи. С помощью установки для измерения добротности проверяется степень связи входного и выходного резонаторов с внешними цепями, т.е, измеряются значения нагруженной и внешней добротности на входе и выходе клистрона. В случае их отклонения от заданной нормы производится корректировка связи за счет перемещения подвижных пластин 10 (фиг.1). Для увеличения связи зазор

l между подвижными пластинами (фиг.2) нужно увеличить и соответственно уменьшить при снижении связи.

После окончательной сборки откачанного изделия при испытании и настройке производится подстройка связи входного и выходного резонаторов в рабочем режиме.

При настройке усилителя входной сигнал от задающего генератора поступает во входной резонатор 5 (фиг.1). Электронный поток (или электронные потоки в случае многолучевой конструкции), создаваемый электронной пушкой и удерживаемый от рассыпания фокусирующей системой 3, модулируется в зазоре входного резонатора по скорости. В и роцессе прохождения электрон ного потока через резонаторы, предшествующие выходному резонатору 6, модуляционные процессы усиливаются, что приводит к образованию промодулированного по плотности электронного потока. Взаимодействие сгустков потока с высокочастотным полем выходного резонатора 6 приводит к образованию усиленного сигнала, выводимо о резонатора. После частотной подстройки резонаторов последовательно производится подбор оптимальной связи на входе и выходе усилителя с помощью перемещения подвижных пластин 10, связанных с механическим приводом.

В готовом изделии в зависимости от цели можно произвести настройку связи (ибо на максимальное усиление в точке рабщдгд

2002332 ся подбор оптимальной связи на входе и выходе усилителя с помощью перемещения подвижных пластин 10, связанных с механическим приводом.

В готовом изделии в зависимости от цели можно произвести настройку связи либо на максимальное усиление s точке рабочего частотного диапазона, либо подстроить усилитель на требуемую амплитудно-частотную характеристику при минимальной

ВхОднОЙ мощности.

При установке клистрона в аппаратуру устройства регулирования связи можно использовать для более качественного согласования составных узлов аппаратуры.

Предложенное устройство регулирования связи на входе и выходе усилительного клистрона обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом. Оно позволяет устанавливать режим работы клистрона, соответствующий оптимальным

©ормула изобретения

1. ПРОЛЕТНЫЙ КЛИСТРОН, содержащий блок резонаторов, волноводные ввод и вывод энергии с окнами связи, отличающийся тем, что, с целью обеспечения оптимальных рабочих параметров клистрона, стенки входного и выходного резонаторов с окнами связи выполнены по крайней мере из трех слоев, два йз которых являются внешними и неподвижными и снабжены выходным параметрам в отличие от аналога, где такая возможность не предусмотрена, имеет большой диапазон регулирования связи, практически от нуля до максимума, определяемый размерами диафрагмы, и возможность регулирования связи как в процессе изготовления изделия, так и при настройке, и установке в аппаратуру. Кроме того устройство не вносит ограничений по

"0 электрической прочности волновода, так как не содержит в пространстве канализации энергии никаких возмущающих элементов.

15 (56) Патент Англии М 790142, кл.39 (1) О, 05.02.58, Патент США М 3119083, кл. 333-83, 21.01.64;

Патент США tk 4168451, кл. 315/5.39, 18.09.79.

25 соосными диафрагмами, а внутренний слой составлен из двух подвижных частей с возможностью перекрытия диафрагм во внешних слоях.

2. Клистрон по п,l, отличающийся тем, что внутренний слой выполнен иэ одной части и снабжен диафрагмой с возможностью ее смещения относительно диафрагм а неподвижных слоях.

2002332

2002332

Тираж Подписное

НПО "ПОИСК" Роспатента

113035; Москва, Ж-35, Раувская наб., 4/5

Заказ 3 1 95

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Составитель И.Питренас

Редактор В.Трубченко Техред М;Моргентал Корректор М. Кврвцман