Резонансный генератор свч-колебаний

СОК}З QOBETCHHX .. СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllYSJMH ий "Ме :.

260

1.3 2/00

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕН

H АВТОРсиОМУ сЩ4Детел тВУ

Е

ГОСУДАР ТВ1..ННЫЙ НОМА ЕТ 090Р

Пф ДЕЛАМ ИЭЩРЕТЕЙЦЙ И:О НРЦЩЙ (21) 2876537/18-ZS (.22). 6 t .02. 80 ° (46:);3:О,Щ: 83.. Бюл. Н 3ф (72,) 8.:А. Белявскмй., Г; A.,Áåðíàùåæêèé и И .Б.Цейтлин

® );"0рдeHа Трудоеого . Красного Знамени ийститут радйотехники и. электронию:AH СССР (53! 621 335;6(088:, 8) (56). f Авторское свидетельство: СССР

У 195557, кл. Н:.:О1 Ю 25/06,:1967

2. Авторское свидетельство СССР

N . 334603, кл. Н 01 Н 01 Х 2Я16, (прототип), (54)(57) 1. РЕЗОНАНСНЫЙ .ГЕНЕРАТОР

СВЧ-КОЛЕБАНИЙ, содерщащий. источник

1электронов, формирующий плоский алектронный пучок, коллектор, открыI тый резонатор и основную периодичес.кую структуру,," расположенную в открытом реаонаторе аиду.источником электР4юов,и коялактФрсИв: вдоль плоскости двй®ения :иЕйтрйнного пучка, о т л и-: ч а ю щ и:.й::С :.я тем,.-что, с целью поайаения,коэ фйциемта йолевного действия генератора Эа счет увеличения эффективности вэаимодействмя электРа:нвф с - иространственной,гармоникой собственного колебания. резонатора М всей щйрйне злектрониого пучка, конец основной периодической .структуры со

;сторбны. коллектора выполнен с продольной выемкой, глубина которой мак" симальна:на продольной оси структуры I и уменьшается по направлению к-ее иковым краям.

835260

Целью изобретения является повышение- коэффициента полезного действия генератора °

Указанная цель достигается тем, что в генераторе СВЧ-колебаний, со:держащем источник электронов, формирую" щий плоский электронный пучок, коллектор, открытый резонатор и основную периодическую структуру, ра поло" женную в открытом резонаторе между источником электронов и коллектором вдоль плоскости движения электронного пучка, конец основной периодической структуры со стороны коллектора выполнен с продольной выемкой, глубина которой. максимальна на продольной оси структуры и уменьшается по направле" нию к ее боковым краям, Генератор может содержать также дополнительную периодическую структуру, расположенную на одной продольной оси с основной периодической структурой между последней и коллектором, причем начальный участок ее входит в выемку на конце основной периодической структуры, а расстояние между поверхностью дополнительной периодической структуры, обращенной к плоскости движения электронного пучка, и указанной плоскостью превышает paccTQRHNe между этой плоскостью и обращенной к ней поверхностью основной .периодической структурой.

Указанная конструкция также обладает- сравнительно низким электронным коэффициентом полезного действия, 40 достигающим в лучшем случае величины порядка 15-17 ь при реальном коэффициенте полезного действия 4-5, 2. Генератор no n. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что он содержит дополнительную периодическую структуру, расположенную на одной продольной оси с основной периодической структурой между последней и коллектором, причем начальный участок ее входит в выемку на конце периодической струкИзобретение- относится к области электровакуумных. приборов СВЧ, а более конкретно — к устройству генератора СВЧ-колебаний .с открытым резонатором.

Известен генератор СВЧ-колебаний (оротрон ) содержащий источник электронов, формирующий плоский электронный пучок, коллектор, открытый резонатор, периодическую структуру расположенную, например, на поверхности одного из зеркал открытого резонатора на всем протяжении от источника электронов до коллектора (1 ) .

Недостатком данной конструкции является низкий коэффициент полезного действия прибора, равный 1-33.

Известен также резонансный генератор СВЧ-колебаний (генератор дифракционного излучения), содержащий источник электронов, формирующий плоский электронный пучок, коллектор, открытый резонатор и периодическую структуру, расположенную в центральной части резонатора между источником электронов и коллектором вдоль плоскости движения электронного пучка, при этом расстояние между указан- ной плоскостью и обращенной к ней по- ЗО верхностью основной периодической структуры выбрано из условия эффективного взаимодействия электронов с од" ной. из пространственных гармоник собственного колебания открытого резонатора Г2 Д . туры, а расстояние между поверхностью дополнительной. периодической структуры, обращенной к плоскости движения электронного пучка, и указанной плос. костью превышает расстояние между этой плоскостью и обращенной к ней поверхностью основной периодической структуры.

На фиг.1,и 2 схематически показан вариант конструкции предложенного

Э генератора с основной периодической структурой; на фиг.3, 4 - вариант кон струкции генератора с основной и дополнительной периодическими структу; рами.

Генератор СВЧ-колебаний (фиг.1 и 2 ) содержит открытый резонатор, образо3 8352 ванный вогнутым 1 и плоским 2 зеркалами, с устройством для вывода энергии в виде прорезей 3 в вогнутом зеркале 1, источник электронов 4, коллектор 5 и основную периодическую структуру 6 в виде гребенки, нанесенной на плоском зеркале 2 и расположенной между источником 4 и коллектором 5 вдоль плоскости ЕЕ движения электронного пучка. Расстояние H между плос- 1Î костью ЕЕ и обращенной к ней поверх.ностью структуры 6 выбрано из условия эффективного взаимодействия электронов с одной из пространственных гар моник собственного колебания открытого 15 резонатора, а период Р структуры 6 выбран из условия синхронизма электронов с этой гармоникой, как в известных генераторах аналогичного типа. Конец основной периодической структуры 6 со.2п стороны коллектора 5 выполнен с продольной выемкой ТАТ, глубина которой Д максимальна на,продольной оси

CC структуры 6 и уменьшается по направлению к ее боковым краям 7.. Глу 25 бину Д abeMKN ТАТ на оси СС структуры 6 выбирают в зависимости от ширины электронного пучка и положения основной периодической структуры, в частности ее коллекторного конца, от- Зо носительно оси 00 симметрии резона1 тора. При ширине электронного пучка, равной диаметру с1 каустической поверхности поля основного колебания открытого резонатора в плоскости движения этого пучка, и расположении

35 коллекторного конца структуры 6 у кря зеркала 2 указанная глубина * может составлять 0,5-0,6 от всей длины основной периодической структуры 6

40 (фиг.1 и 2 ). При уменьшении ширины пучка и смещении коллекторного конца структуры 6 к оси 00 симметрии резонатора указанная глубина Д умень-. шается, и при минимальной реально используемой ширине пучка (. 0,23)и

45 расположении коллекторного конца вблизи.оси 00 симметрии глубина Д может составлять 0,03-0,05 от всей длины основной периодической структуры 6.

Глубина выемки TAT в показанном на фиг. 1 варианте изменяется вдоль ширины периодической структуры 6 no параболическому закону. Наряду с этим она может изменяться йо лйнейному- закону, ступенчатообразно и т.п.

В другом варианте предлагаемого генератора между основной периодической структурой 6 и коллектором 5 расположена дополнительная периодическая структура 8, начальный участок которой входит в выемку ТАТ основной периодической структуры 6, а расстояние k> между поверхностью дополнительной .периодической структуры 8, обращенной к плоскости ЕЕ движения электронного пучка превышает расстояние Н между этой плоскостью и обращенной к неи поверхностью основной периодической структуры 6.

Период дополнительной периодической структуры 8 может быть равен периоду Й основной периодической структуру 6 (фиг.2), но может и отличать" ся от него.

Предложенный генератор работает следующим образом.

При пропускании плоского электрон" ного пучка, формируемого источником электронов 4 (фиг.1, -2) и фокусируемого однородным магнитным полем 5, создаваемым внешним магнитом (на фиг.1, 2 не показан ), вблизи основной периодической структуры 6 происходит взаимодействие электронного пучка с .высокочастотным электрическим полем открытого резонатора. Поскольку период и выбран меньше длины волны основного колебания открытого резонатора, вблизи основной периодической структуры 6 формируются медленные пространственные гармоники этого колебания, фазовые скорости которых определяются периодом -основной периодической структуры 6. Эффективное взаимодействие электронного пучка с одной из пространственных гармоник будет иметь место при скорости элек" тронов, близкой к фазовой скорости этой пространственной гармоники, т.епри синхронизме электронного пучка с пространственной гармоникой. При

У увеличении тока электронного пучка выше его пускового значения происходит самовозбуждение системы, и в при.боре возникают высокочастотные колебания., ИФторые выводятся в .нагрузку через:;щифези 3 ° Поскольку амплитуда высокочастотного электрического поля .взаимодействующего с электронным пучком, уменьшается от оси симметрии 00 Резонатора к его краям, электроны, движущиеся вблизи продольной осевой линии СС основной периодической структуры 6, быстрее тормозятся высокочастотным электрическим, полем открытого резонатора и выходят из синхронизма с пространственной rap83526 моникой, чем электроны, более уда- ленные от продольной оси СС структуры 6 по направлению к ее. краям 7.

С другой стороны, удаленные от продольной оси СС структуры 6 электроны к моменту выхода из синхронизма центральных электронов еще продолжают группироваться и максимум эффектности их взаимодействия с по1О лем пространственной гармоники не наступил. Поэтому, если оборвать взаимодействие всего электронного пучка с пространственной гармоникой на расстоянии S от источника электронов, при котором максимальную эффективность

f5 взаимодействия имеют электроны дви- жущиеся над продольной осью СС, суммарная эффективность взаимодействия электронного пучка будет невелика, как в известных конструкциях генератора аналогичного типа, В предлагаемом генераторе благодаря наличию выемки TAT на коллекторном конце периодической структуры 6 длина взаимодействия электронов по

25 ширине пучка увеличивается по направлению от продольной оси СС к боковым краям 7 структуры 6. Другими словами, взаимодействие с полем пространственной гармоники резонатора электронов, движущихся на расстоянии k от продольной оси СС периодической струкО 6 туры 6 длится больше, чем взаимодействие электронов, движущихся вблизи этой оси CC . Это увеличивает эффек" тивность взаимодействия электронов с указанной гармоникой по всей ширине

"электронного пучка и,, следовательно, повышает коэффициент полезного действия генератора.

Принцип работы генератора, вжвзанного на фиг.3 и Й, аналогичен.атисанному выше. Введение дополнительйай периодической структуры 8 уивньшавт дифракционные потеРи, возникающие в области коллекторноГо ежЦа.:ТАТ . ee"" новйой периодической:: структуры 6, При этом на участке, где распсютожена доралнительная структура: 8,. эФфекти@» ность взаимодействия электронного пучка с пространственной гармоникой основного собственно "о колебания от-,.:. крытого резонатора .не йроисходич: ::6лагодаря тому, что Н < >.Н . Как йжаэали проведенные исследования, в"nyet; лагаемом генераторе возмокно получение электронного коэф4ицйента, по" лезного деиствия порядка 303 йри ши" рине электронного пучка, составлМщей примерно 0,2d, 25 при ширийе электронного пучка порядка О,kd .и

203 при ширине электронного пучка примерно 0 63.

Вид