RU2457572C1 - Uhf generator with matrix field emitter cathode with electron stream reflection - Google Patents
Uhf generator with matrix field emitter cathode with electron stream reflection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457572C1 RU2457572C1 RU2011104833/07A RU2011104833A RU2457572C1 RU 2457572 C1 RU2457572 C1 RU 2457572C1 RU 2011104833/07 A RU2011104833/07 A RU 2011104833/07A RU 2011104833 A RU2011104833 A RU 2011104833A RU 2457572 C1 RU2457572 C1 RU 2457572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- reflector
- grid electrode
- frequency
- net
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к СВЧ электровакуумным генераторам с отражением электронного потока, в которых передача энергии электронным потоком происходит в пространстве, содержащем одновременно высокочастотное и постоянное тормозящее поле.The invention relates to the field of electronic technology, in particular, to microwave electrovacuum generators with reflection of the electron beam, in which energy is transmitted by the electron beam in a space containing both a high-frequency and constant braking field.
Уровень техники в данной области характеризуется публикациями в общедоступной литературе, в том числе и сведениями, приведенными ниже.The prior art in this area is characterized by publications in the public literature, including the information below.
Известны конструкции генераторов с тормозящим полем [Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т. II Электровакуумные приборы СВЧ. Под ред. Н.Д. Девяткова. Изд. 2-е, переработ, и доп. Учебник для вузов по специальности «Электронные приборы». М.: Высшая школа, 1972]. В таких приборах процессы модуляции по скорости, группировки и отдачи энергии пространственно не разделены и протекают в одном общем высокочастотном зазоре резонатора, образованном сеточным электродом, находящимся под положительным потенциалом и отражателем, на который подан отрицательный относительно катода потенциал. Генераторы с тормозящим полем могут генерировать колебания дециметрового и сантиметрового диапазонов и позволяют получить мощность порядка долей ватта при кпд до 5-7%. Однако подобные конструкции ввиду низкого значения кпд не нашли широкого применения.Known designs of generators with braking field [Lebedev I.V. Technique and instruments of superhigh frequencies. T. II Microwave vacuum equipment. Ed. N.D. Devyatkova. Ed. 2nd, overwork, and add. The textbook for high schools on a specialty "Electronic devices". M .: Higher School, 1972]. In such devices, the modulation processes for speed, grouping and energy transfer are not spatially separated and occur in one common high-frequency cavity gap formed by a grid electrode located under the positive potential and a reflector to which the potential negative with respect to the cathode is applied. Generators with a braking field can generate oscillations of the decimeter and centimeter ranges and allow to obtain power on the order of fractions of a watt at an efficiency of up to 5-7%. However, such designs, due to their low efficiency, have not been widely used.
Известен генератор СВЧ колебаний с положительной сеткой [US patent 2459283 Positive grid oscillator., John W. McNall, April, 13, 1944], включающий катод, ускоряющий электрод с отверстиями для пролета электронного потока, который находится под положительным потенциалом относительно катода, управляющую сетку, которая находится под отрицательным потенциалом относительно ускоряющего электрода, отражатель, на внутренней поверхности которого нанесено вторично-эмиссионное покрытие. В данном устройстве имеются две зоны модуляции электронного потока. Одна из них находится между катодом и ускоряющим электродом, а вторая - между ускоряющим электродом и управляющей сеткой. Эти зоны модуляции соответствуют емкостным зазорам двух объемных резонаторов, объединенных цепью обратной связи. При прохождении электронного потока через зазоры двух резонаторов в прямом направлении происходит модуляция электронов по скорости, которая затем в пространстве между управляющей сеткой второго резонатора и отражателем переходит в модуляцию по плотности. При этом часть электронов, прошедших через второй ВЧ зазор в положительный момент времени, имеют большую кинетическую энергию и могут преодолевать тормозящее действие отражателя и попадать на вторично-эмиссионное покрытие, которое имеет высокий коэффициент вторичной эмиссии электронов. Обратный электронный поток состоит из электронов, образованных за счет вторично-электронной эмиссии и отраженных электронов. Суммарный поток будет иметь более высокую плотность тока, чем прямой электронный поток. Следовательно, он будет более эффективно передавать свою энергию ВЧ полю двухрезонаторной системы. В данном устройстве за счет дополнительной модуляции электронного потока в прикатодной области СВЧ полем, синхронизированным по фазе с полем между ускоряющим электродом и управляющей сеткой, увеличен электронный кпд (с 6 до 22%) и выходная мощность (в 3.5 раза).A known generator of microwave oscillations with a positive grid [US patent 2459283 Positive grid oscillator., John W. McNall, April, 13, 1944], comprising a cathode, an accelerating electrode with holes for the passage of an electron stream, which is at a positive potential relative to the cathode, a control grid , which is at a negative potential relative to the accelerating electrode, a reflector on the inner surface of which a secondary emission coating is applied. This device has two zones of modulation of the electron beam. One of them is between the cathode and the accelerating electrode, and the second is between the accelerating electrode and the control grid. These modulation zones correspond to the capacitive gaps of two volume resonators connected by a feedback circuit. When an electron beam passes through the gaps of two resonators in the forward direction, the electrons are modulated in speed, which then passes into the density modulation in the space between the control grid of the second resonator and the reflector. In this case, part of the electrons that passed through the second rf gap at a positive moment in time have high kinetic energy and can overcome the inhibitory effect of the reflector and fall on the secondary emission coating, which has a high secondary emission coefficient of electrons. The reverse electron stream consists of electrons formed by secondary electron emission and reflected electrons. The total flux will have a higher current density than the direct electron flux. Consequently, it will more efficiently transfer its RF energy to the field of the two-cavity system. In this device, due to additional modulation of the electron flux in the cathode region, a microwave field synchronized in phase with the field between the accelerating electrode and the control grid has increased electronic efficiency (from 6 to 22%) and output power (3.5 times).
Недостатками такого устройства являются низкий технический кпд, связанный с необходимостью использования дополнительного источника накала, большое время готовности, заметный разброс по энергиям термоэлектронов, выходящих из катода, а также большие масса и габариты, связанные с наличием двух объемных резонаторов.The disadvantages of such a device are the low technical efficiency associated with the need to use an additional glow source, a large availability time, a noticeable spread in the energies of thermoelectrons emerging from the cathode, as well as the large mass and dimensions associated with the presence of two volume resonators.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является СВЧ генератор [Patent WO 2007/142419 Al, Jeon, Seek Gy, Klystron oscillator using cold cathode electron gun, and oscillation method, international publication date 13.12.2007], включающий систему матричных автоэмиссионных катодов (МАЭК), ускоряющий электрод с отверстиями для пролета первичного электронного потока, однозазорный объемный резонатор, первый сеточный электрод, который составляет единое целое с корпусом этого резонатора, второй сеточный электрод, отражатель, на внутренней поверхности которого нанесено вторично-эмиссионное покрытие, вывод энергии, источники постоянного напряжения. В такой конструкции прибора первичный электронный поток получают посредством полевой эмиссии с матричного автоэмиссионного катода. Прибор с холодным катодом имеет важное преимущество, которое заключается в малой потребляемой мощности. В данном устройстве не требуется нагрев катода, и, таким образом, это упрощает его конструкцию. При прохождении электронного потока через резонатор в прямом направлении в пространстве между первым и вторым сеточными электродами происходит модуляция электронов по скорости, которая затем в пространстве между второй сеткой резонатора и отражателем переходит в модуляцию по плотности. При этом часть электронов, прошедших через ВЧ зазор в положительный момент времени, имеют большую кинетическую энергию, поэтому они могут преодолевать тормозящее действие отражателя и попадать на его поверхность, на которую нанесено покрытие, имеющее высокий коэффициент вторичной эмиссии электронов. Обратный электронный поток состоит из электронов, образованных за счет вторично-электронной эмиссии и отраженных электронов. Суммарный поток будет иметь более высокую плотность тока, чем прямой электронный поток. При движении обратного потока в зазоре резонатора происходит взаимодействие сгруппированных сгустков электронов с ВЧ полем однозазорного резонатора.Closest to the claimed technical solution is a microwave generator [Patent WO 2007/142419 Al, Jeon, Seek Gy, Klystron oscillator using cold cathode electron gun, and oscillation method,
Однако известное устройство, взятое за прототип, имеет один существенный недостаток. В данном СВЧ генераторе в модуляторной зоне, являющейся одновременно и зоной демодулятора, применен однозазорный резонатор с величиной характеристического сопротивления не более 50-80 Ом, что не позволяет получить достаточно высокую эффективность взаимодействия электронного пучка с полем электромагнитной волны и ограничивает круг применения подобных устройств. Одинаковая амплитуда напряжения в модулирующем и демодулирующем зазоре резонатора также не обеспечивает необходимых условий для получения высокой эффективности отбора энергии от сгруппированного электронного потока. Кроме того, степень группировки электронов недостаточна для получения высокого кпд.However, the known device, taken as a prototype, has one significant drawback. In this microwave generator, in the modulator zone, which is also the demodulator zone, a single-gap resonator with a characteristic impedance of not more than 50-80 Ohms is used, which does not allow a sufficiently high interaction efficiency of the electron beam with the electromagnetic wave field and limits the range of applications of such devices. The identical voltage amplitude in the modulating and demodulating cavity gaps also does not provide the necessary conditions for obtaining high efficiency of energy extraction from a grouped electron beam. In addition, the degree of electron bunching is not sufficient to obtain high efficiency.
Задачей заявляемого технического решения является увеличение кпд и выходной мощности генератора с отражением электронного потока.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency and output power of the generator with reflection of the electron beam.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в СВЧ генераторе, содержащем систему матричных автоэмиссионных катодов, объемный резонатор с устройством связи с внешней нагрузкой на частоте генерации, последовательно расположенные ускоряющий электрод с отверстиями для пролета первичного потока электронов, первый и второй сеточные электроды, отражатель, при этом первый сеточный электрод выполнен единым целым с корпусом резонатора, поверхность отражателя со стороны второго сеточного электрода снабжена вторично-эмиссионным покрытием, согласно предлагаемому техническому решению отражатель расположен внутри резонатора и электрически связан с ним через блокировочную емкость, а второй сеточный электрод установлен между первым сеточным электродом и отражателем и соединен с корпусом резонатора посредством внутреннего проводника.The solution to this problem is achieved by the fact that in a microwave generator containing a system of matrix field-emission cathodes, a cavity resonator with a communication device with an external load at the generation frequency, a sequentially located accelerating electrode with holes for the passage of the primary electron stream, the first and second grid electrodes, a reflector, the first grid electrode is made integral with the resonator body, the reflector surface on the side of the second grid electrode is provided with a secondary emission coating According to the proposed technical solution reflector it is located within the cavity and electrically connected to it through a blocking capacitor, and the second grid electrode is arranged between the first grid electrode and the reflector and is connected to the resonator housing by the inner conductor.
Объемный резонатор снабжен емкостным элементом настройки на кратные длины волн, соответствующие синфазному и противофазному видам колебаний, при этом диаметр резонатора и емкость элемента настройки выбирают из следующих соотношений:The cavity resonator is equipped with a capacitive tuning element for multiple wavelengths corresponding to in-phase and antiphase modes of oscillation, while the diameter of the resonator and the capacity of the tuning element are selected from the following relations:
где λ1 - длина волны противофазного (ТЕМ) вида колебаний, λ2 - длина волны синфазного (EO10) вида колебаний; D - диаметр резонатора; с - скорость света, Z0 - волновое сопротивление отрезка полосковой линии, внешним и внутренним проводниками которой служат первый сеточный электрод и отражатель; С0 - емкость двойного сеточного зазора, Сn - емкость элемента настройки; l - длина внутреннего проводника.where λ 1 is the wavelength of the antiphase (TEM) mode of vibration, λ 2 is the wavelength of the in-phase (EO10) mode of vibration; D is the diameter of the resonator; c is the speed of light, Z 0 is the wave impedance of the strip line segment, the first and the second grid electrode and reflector serve as the external and internal conductors; C 0 is the capacity of the double mesh gap, C n is the capacity of the tuning element; l is the length of the inner conductor.
Объемный резонатор содержит дополнительное устройство связи с внешней нагрузкой на частоте, соответствующей второй гармонике, позволяющий работать на второй гармонике основной частоты сигнала в режиме умножения частот.The cavity resonator contains an additional communication device with an external load at a frequency corresponding to the second harmonic, which allows working at the second harmonic of the main frequency of the signal in the frequency multiplication mode.
Первый и второй сеточные электроды расположены на расстоянии, по крайней мере. в 2 раза превышающем расстояние между вторым сеточным электродом и отражателем.The first and second grid electrodes are spaced at least. 2 times the distance between the second grid electrode and the reflector.
За счет соединения второго сеточного электрода с корпусом резонатора посредством внутреннего проводника, а также введения отражателя во внутренний объем резонатора образуется дополнительная резонансная цепь (четвертьволновый резонансный контур). В результате этого образуется двухзазорный резонатор. В этом двухзазорном резонаторе основной резонансной модой является противофазный ТЕМ-вид колебаний, возбуждаемый в четвертьволновой полосковой резонансной линии, нагруженной на емкость двойного зазора. Синфазный (Е010) вид колебаний является в данной конструкции резонатора предлагаемого устройства высшим типом колебаний. Частота этого вида колебаний зависит только от диаметра резонатора. Для достижения кратности резонансных частот противофазного f1 и синфазного f2 видов колебаний в соотношении 1:2 диаметр резонатора D должен быть выбран из условия настройки резонатора на резонансную длину волны синфазного вида колебаний, соответствующую второй гармонике сигнала 2f1 [Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высшая школа, 335 с, 1990]. При этом должно выполняться следующее соотношение:By connecting the second grid electrode to the resonator body by means of an internal conductor, as well as introducing a reflector into the internal volume of the resonator, an additional resonant circuit (quarter-wave resonant circuit) is formed. As a result of this, a double gap cavity is formed. In this double-gap resonator, the main resonance mode is the antiphase TEM mode of vibrations excited in a quarter-wave stripe resonance line loaded on the double gap capacitance. In-phase (E 010 ) type of vibration is in this design of the resonator of the proposed device the highest type of vibration. The frequency of this type of oscillation depends only on the diameter of the resonator. To achieve the multiplicity of the resonant frequencies of the out-of-phase f 1 and in-phase f 2 modes of vibration in a 1: 2 ratio, the diameter of the resonator D must be selected from the condition that the resonator is tuned to the resonant wavelength of the in-phase wave mode corresponding to the second harmonic of the signal 2f 1 [Grigoryev A.D. Electrodynamics and microwave technology. M .: Higher school, 335 s, 1990]. In this case, the following ratio should be fulfilled:
λ2/D~1.31, λ2/λ1=0,5,λ 2 / D~1.31, λ 2 / λ 1 = 0.5,
где λ1 - длина волны противофазного вида колебаний, λ2 - длина волны синфазного вида колебаний, D - диаметр резонатора.where λ 1 is the wavelength of the antiphase mode of vibration, λ 2 is the wavelength of the in-phase mode of vibration, D is the diameter of the resonator.
При этом величина емкости элемента настройки определяется по следующей формуле:In this case, the capacity value of the tuning element is determined by the following formula:
где λ1 - длина волны противофазного (ТЕМ) вида колебаний, λ2 - длина волны синфазного (E010) вида колебаний; D - диаметр резонатора; с - скорость света, Z0 - волновое сопротивление отрезка полосковой линии, внешним и внутренним проводниками которой служат первый сеточный электрод и отражатель; С0 - емкость двойного сеточного зазора, Сn - емкость элемента настройки; l - длина внутреннего проводника.where λ 1 is the wavelength of the antiphase (TEM) mode of vibration, λ 2 is the wavelength of the in-phase (E 010 ) mode of vibration; D is the diameter of the resonator; c is the speed of light, Z 0 is the wave impedance of the strip line segment, the first and the second grid electrode and reflector serve as the external and internal conductors; C 0 is the capacity of the double mesh gap, C n is the capacity of the tuning element; l is the length of the inner conductor.
Если отношение длин волн синфазного вида колебаний и противофазного вида колебаний будет отличаться от 0,5, то модуляция электронного потока не будет несинусоидальной и, соответственно, группирование электронного потока в резонаторе не будет достаточно эффективным.If the ratio of wavelengths of the in-phase mode of vibration to the antiphase mode of vibration will differ from 0.5, then the modulation of the electron beam will not be non-sinusoidal and, accordingly, the grouping of the electron beam in the resonator will not be sufficiently effective.
Возможно использование прибора для работы в двухчастотном режиме. В этом случае в конструкцию резонатора может быть введено дополнительное устройство связи с внешней нагрузкой на частоте, соответствующей второй гармонике. Следовательно, прибор может одновременно генерировать два выходных сигнала на кратных частотах с возможностью электронной перестройки частоты.It is possible to use the device for dual-frequency operation. In this case, an additional communication device with an external load at a frequency corresponding to the second harmonic can be introduced into the resonator design. Therefore, the device can simultaneously generate two output signals at multiple frequencies with the possibility of electronic frequency tuning.
В случае использования прибора как умножителя частоты в конструкцию резонатора может быть введено устройство связи с внешней нагрузкой на частоте, соответствующей второй гармонике.In the case of using the device as a frequency multiplier, a communication device with an external load at a frequency corresponding to the second harmonic can be introduced into the design of the resonator.
В случае использования зазоров d1 и d2 резонатора неравной длины, где d1>d2, возможно получение более эффективной группировки электронного потока в резонаторе на частотах, соответствующих первой и второй гармонике СВЧ сигнала.In the case of using cavity gaps d 1 and d 2 of unequal length, where d 1 > d 2 , it is possible to obtain a more efficient grouping of the electron beam in the cavity at frequencies corresponding to the first and second harmonics of the microwave signal.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция СВЧ генератора, работающего в одночастотном режиме, продольный разрез, на фиг.2 приведены зависимости ВЧ напряжений на зазоре резонатора при синусоидальной и несинусоидальной модуляции, на фиг.3 - конструкция прибора, работающего в двухчастотном режиме, на фиг.4 - конструкция прибора, работающего на второй гармонике, на фиг.5 - конструкция прибора, работающего в режиме увеличенного КПД на первой гармонике, на фиг.6 - конструкция прибора, работающего в режиме увеличенного КПД на второй гармонике.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a construction of a microwave generator operating in a single-frequency mode, a longitudinal section, Fig. 2 shows the dependences of the HF voltages at the cavity gap with sinusoidal and non-sinusoidal modulation, Fig. 3 shows the design of a device operating in a dual-
Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:
1 - система матричных автоэмиссионных катодов, 2 - ускоряющий электрод, 3 - отверстия для пролета первичного электронного потока, 4 - первый сеточный электрод, 5 - объемный резонатор, 6 - устройство связи с внешней нагрузкой на основной частоте, 7 - внутренний проводник, 8 - второй сеточный электрод, 9 - отражатель, 10 - вторично-эмиссионное покрытие, 11 - блокировочная емкость, 12 - третий источник питания, 13 - емкостной элемент настройки, 14 - второй источник питания, 15 - первый источник питания, 16 - устройство связи с внешней нагрузкой на второй гармонике.1 - a system of matrix field emission cathodes, 2 - an accelerating electrode, 3 - holes for the passage of the primary electron stream, 4 - the first grid electrode, 5 - volume resonator, 6 - communication device with an external load at the fundamental frequency, 7 - internal conductor, 8 - second grid electrode, 9 - reflector, 10 - secondary emission coating, 11 - blocking capacity, 12 - third power source, 13 - capacitive tuning element, 14 - second power source, 15 - first power source, 16 - communication device with external second harmonic load.
СВЧ генератор включает систему матричных автоэмиссионных катодов 1, подключенных к источнику ускоряющего напряжения 15. Один из выводов источника ускоряющего напряжения 15 подключен к ускоряющему электроду 2. Второй источник питания 14, обеспечивающий дополнительное ускорение электронного потока перед входом его в модуляторную зону, включен между ускоряющим электродом 2 и первым сеточным электродом 4. Третий источник питания 12 подключен между резонатором 5 и отражателем 9. Блокировочная емкость 11 разделяет по постоянному току отражатель 9 и корпус резонатора 5. Между первым сеточным электродом 4, выполненным заодно с корпусом резонатора 5, и отражателем 9 введен второй сеточный электрод 8, который закреплен на внутреннем проводнике 7, короткозамкнутом на корпус объемного резонатора 5. При этом поверхность отражателя 9 со стороны второго сеточного электрода 8 снабжена вторично-эмиссионным покрытием. Весь прибор находится в вакуумной оболочке. Вывод СВЧ энергии в приборе осуществляется через устройство связи с внешней нагрузкой 6.The microwave generator includes a system of matrix field-
Прибор работает следующим образом.The device operates as follows.
За счет приложения ускоряющего напряжения между системой матричных автоэмиссионных катодов 1 и ускоряющим электродом 2 от первого источника питания 15 осуществляется полевая эмиссия с системы матричных автоэмиссионных катодов 1. Электронный поток, эмитированный с системы матричных автоэмиссионных катодов 1, ускоряется ускоряющим электродом 2. играющим роль анода. Далее, пройдя через отверстия первого сеточного электрода 4, он ускоряется напряжением второго источника питания 14.Due to the application of an accelerating voltage between the matrix field
При прохождении электронного потока через объемный резонатор 5 в прямом направлении происходит модуляция электронов по скорости, которая затем в пространстве между вторым сеточным электродом 8 и отражателем 9 переходит в модуляцию по плотности. Так как модуляция электронного потока, движущегося в прямом направлении, определяется несинусоидальным напряжением (фиг.2), то эффективная группировка электронов увеличивается (угол ψ), т.е. большее число электронов, находящихся в пределах фазового угла ψ, будут вовлекаться в сгустки. При этом часть электронов, прошедших через ВЧ зазор в положительный момент времени, имеют большую кинетическую энергию и могут преодолевать тормозящее действие отражателя 9 и попадать на его поверхность, которая имеет высокий коэффициент вторичной эмиссии электронов.When the electron beam passes through the
Таким образом, поверхность отражателя 9 играет роль вторичного катода, испускающего вторичные электроны. В силу наличия вторичной электронной эмиссии с отражателя в данном генераторе присутствует эффект «усиления электронного луча». Явление усиления электронного луча приводит к тому, что плотность электронного луча возрастает при эмиссии вторичных электронов с отражателя 9 и первичных электронов из системы матричных автоэмиссионных катодов 1. То есть вторичные электроны ускоряются в области между отражателем 9 и резонатором 5, усиливая электронный поток первичных электронов.Thus, the surface of the
Электроны этого потока, взаимодействуя с противофазными полями двойного зазора, отдают часть энергии СВЧ полю. Вывод СВЧ энергии в нагрузку осуществляется устройством связи с внешней нагрузкой 6, выполненном в виде индуктивной пeтли.The electrons of this stream, interacting with the antiphase fields of the double gap, give part of the energy to the microwave field. The output of microwave energy to the load is carried out by a communication device with an
Использование взамен однозазорного резонатора двухзазорного, позволяет увеличить эффективное характеристическое сопротивление последнего в 2-3 раза, а следовательно, обеспечивает получение более высокой эффективности взаимодействия электронного пучка с полем электромагнитной волны на кратных частотах. Кроме того, использование двухзазорного резонатора, настроенного одновременно на две частоты, позволяет получить несинусоидальную модуляцию электронного потока. В случае несинусоидальной модуляции электронного потока наиболее эффективным является пилообразное напряжение и при использовании модуляции на кратных частотах форма напряжения наиболее близка к пилообразному [Кацман Ю.А. Приборы сверхвысоких частот. Теория, основы расчета и проектирования электронных приборов. Том II. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1973]. При этом количество сгруппированных электронов, определяемое периодом ψ2, увеличивается по сравнению с синусоидальной модуляцией с периодом ψ1 (Фиг.2).The use of a double-gap resonator in place of a single-gap resonator allows one to increase the effective characteristic resistance of the latter by a factor of 2–3, and, therefore, provides a higher efficiency of the interaction of the electron beam with the electromagnetic wave field at multiple frequencies. In addition, the use of a two-gap resonator tuned simultaneously to two frequencies allows one to obtain non-sinusoidal modulation of the electron beam. In the case of non-sinusoidal modulation of the electron beam, the sawtooth voltage is most effective and when using modulation at multiple frequencies, the voltage shape is the closest to sawtooth [Katsman Yu.A. Microwave Devices. Theory, principles of calculation and design of electronic devices. Volume II Textbook for high schools. M .: Higher School, 1973]. In this case, the number of grouped electrons, determined by the period ψ 2 , increases compared with sinusoidal modulation with a period ψ 1 (Figure 2).
В случае использования режима работы прибора только на второй гармонике в конструкцию резонатора введено устройство связи с внешней нагрузкой на частоте, соответствующей второй гармонике (Фиг.4). Следовательно, прибор может работать как умножитель частоты и генерировать удвоенную частоту сигнала относительно частоты сигнала f1.In the case of using the operating mode of the device only at the second harmonic, a communication device with an external load at a frequency corresponding to the second harmonic is introduced into the design of the resonator (Figure 4). Therefore, the device can act as a frequency multiplier and generate twice the frequency of the signal relative to the frequency of the signal f 1 .
В случае использования зазоров d1 и d2 резонатора неравной длины (Фиг.5, 6), где d1>d2 в 2-2.5 раза, в резонаторе увеличивается амплитуда второй гармоники, что ведет в свою очередь к увеличению амплитуды напряжения на второй гармонике (синфазный вид колебаний) и увеличению электронного КПД. При этом модуляция электронного потока в первом зазоре резонатора будет осуществляться в нарастающем поле. При работе в режиме умножителя частоты это также приводит к увеличению КПД [A.S. Gilmour Principles of traveling wave lubes. Artech House Boston, London, 1994 j.In the case of using gaps d 1 and d 2 of the resonator of unequal length (Figs. 5, 6), where d 1 > d 2 is 2-2.5 times, the amplitude of the second harmonic increases in the resonator, which in turn leads to an increase in the voltage amplitude by the second harmonics (in-phase mode of oscillations) and an increase in electronic efficiency. In this case, the modulation of the electron beam in the first cavity gap will be carried out in an increasing field. When operating in frequency multiplier mode, this also leads to an increase in efficiency [AS Gilmour Principles of traveling wave lubes. Artech House Boston, London, 1994 j.
Использование дополнительного устройства связи с внешней нагрузкой на частоте, соответствующей второй гармонике, дает возможность одновременно генерировать два выходных сигнала на кратных частотах с возможностью электронной перестройки частоты.The use of an additional communication device with an external load at a frequency corresponding to the second harmonic makes it possible to simultaneously generate two output signals at multiple frequencies with the possibility of electronic frequency tuning.
Claims (4)
где λ1 - длина волны противофазного (ТЕМ) вида колебаний, λ2 - длина волны синфазного (Е010) вида колебаний; D - диаметр резонатора; с - скорость света, Z0 - волновое сопротивление отрезка полосковой линии, внешним и внутренним проводниками которой служат первый сеточный электрод и отражатель; С0 - емкость двойного сеточного зазора, Cn - емкость элемента настройки; l - длина внутреннего проводника.2. The microwave generator according to claim 1, characterized in that the cavity resonator is equipped with a capacitive tuning element for multiple wavelengths corresponding to in-phase and antiphase modes of vibration, while the diameter of the resonator and the capacitance of the tuning element are selected from the following relations:
where λ 1 is the wavelength of the antiphase (TEM) mode of vibration, λ 2 is the wavelength of the in-phase (E 010 ) mode of vibration; D is the diameter of the resonator; c is the speed of light, Z 0 is the wave impedance of the strip line segment, the first and the second grid electrode and reflector serve as the external and internal conductors; C 0 is the capacity of the double mesh gap, C n is the capacity of the tuning element; l is the length of the inner conductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011104833/07A RU2457572C1 (en) | 2011-02-09 | 2011-02-09 | Uhf generator with matrix field emitter cathode with electron stream reflection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011104833/07A RU2457572C1 (en) | 2011-02-09 | 2011-02-09 | Uhf generator with matrix field emitter cathode with electron stream reflection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457572C1 true RU2457572C1 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011104833/07A RU2457572C1 (en) | 2011-02-09 | 2011-02-09 | Uhf generator with matrix field emitter cathode with electron stream reflection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457572C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0430461A2 (en) * | 1989-11-29 | 1991-06-05 | THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c. | Field emission devices |
| JP2001035353A (en) * | 2000-01-01 | 2001-02-09 | Univ Tohoku | Field emission cathode, and electromagnetic wave generating device using the same |
| US6847168B1 (en) * | 2000-08-01 | 2005-01-25 | Calabazas Creek Research, Inc. | Electron gun for a multiple beam klystron using magnetic focusing with a magnetic field corrector |
| WO2007142419A1 (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Korea Electro Technology Research Institute | Klystron oscillator using cold cathode electron gun, and oscillation method |
-
2011
- 2011-02-09 RU RU2011104833/07A patent/RU2457572C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0430461A2 (en) * | 1989-11-29 | 1991-06-05 | THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c. | Field emission devices |
| JP2001035353A (en) * | 2000-01-01 | 2001-02-09 | Univ Tohoku | Field emission cathode, and electromagnetic wave generating device using the same |
| US6847168B1 (en) * | 2000-08-01 | 2005-01-25 | Calabazas Creek Research, Inc. | Electron gun for a multiple beam klystron using magnetic focusing with a magnetic field corrector |
| WO2007142419A1 (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Korea Electro Technology Research Institute | Klystron oscillator using cold cathode electron gun, and oscillation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2880355A (en) | Backward flow travelling wave oscillators | |
| CN110491752B (en) | Multi-electron-beam diffraction radiation oscillator | |
| Dixit et al. | Design analysis and simulation study of an efficiency enhanced L-band MILO | |
| CN115148565A (en) | Three-axis relativistic klystron amplifier adopting slow wave extraction device | |
| RU2457572C1 (en) | Uhf generator with matrix field emitter cathode with electron stream reflection | |
| Chan et al. | Computer simulation of relativistic multiresonator cylindrical magnetrons | |
| Migliore et al. | Novel configuration for a C-band axial vircator with high output power | |
| Day et al. | The millimeter-wave extended interaction oscillator | |
| CN103606505B (en) | A kind of cold-cathode gun utilizing microwave to modulate | |
| Yang et al. | Numerical simulation study and preliminary experiments of a coaxial vircator with radial dual-cavity premodulation | |
| RU2396632C1 (en) | Klystron generator | |
| US3091719A (en) | Microwave transducer | |
| RU2485618C1 (en) | Microwave electrovacuum generator with electron stream reflection | |
| Kostov et al. | Microwave generation from an axially extracted virtual cathode oscillator with a guide magnetic field | |
| RU2444081C1 (en) | Controlled generator on virtual cathode | |
| RU2607462C1 (en) | Monotron microwave generator with matrix field emitter cathode | |
| US2487800A (en) | Frequency multiplier and stabilization cavity resonator apparatus | |
| RU2474914C1 (en) | Powerful microwave generator of monotron type | |
| US2402397A (en) | Ultra short wave oscillator | |
| RU2612028C1 (en) | Electrovacuum microwave device | |
| CN103606503A (en) | Microwave modulation multi-electron-beam cold cathode electronic gun with controllable phases | |
| JP2863310B2 (en) | Microwave generator using virtual cathode | |
| Barroso et al. | A proposed 4 GHz, 60 kW transit-time oscillator operating at 18 kV beam voltage | |
| Dubey et al. | Power and efficiency enhancement of reltron with two-stage RF output | |
| RU2391739C1 (en) | Method for generation of microwave oscillations and device for its realisation (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160210 |