SU1108950A1 - Широкополосной электронный СВЧ-прибор О-типа - Google Patents

Abstract

1. ШИРОКОПрЛОСНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СВЧ-ПРИВОР 0-ТИПА, включающий входную электродинамическую систему, секцию линейного усилени , усилитель мощности и выходную элеКтрЬдинамическую систему, разделенные трубами дрейфа, о т л и ч а ю. щ и и с   тем, что, с целью увеличени  КПД в полосе усилени , уменьшени  перепада амплитудно-частотной характеристики при различных уровн х входного сигнала и получени  одинаковой крутизны амплитудной характеристики на всех частотах полосы усилени , усилитель мощности содержит два каскада основной Изобретение относитс  к электронной технике , а более конкретно к конструкции СВЧ-приборов О-типа,-таких как клистроны, ЛБВ и их гибриды. Известны конструкции клистронов, в которых реализуетс  принцип секционного конструировани  электронных приборов. За счет оптимального конструировани  каждой из секций клистрочастоты с трубой дрейфа между ними, длина которой, меньше или равна длине трубы дрейфа, раздел ющ ей входную электродинамическую систему и секцию линейного усилени , но больше длин всех остальных труб, длина трубы дрейфа , раздел ющей секцию линейного усилени  и усилитель мощности, больше или равна длине трубы дрейфа, раздел ющей усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, но меньше длин всех остальных труб дрейфа. 2„ СВЧ-прибор О-типа по п.1, отличающийс  тем, что входна  электродинамическа  система выполнена из отрезка замедл ющей системы. 3.СВЧ-прибор О-типа по пп.1 и 2, (Л отличающийс  тем, что секци  линейного усилени  состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усилени , длины .труб дрейфа между которыми уменьшаютс  с увеличением номера резонатора. 4.СВЧ-прибор О-типа по пп.. 1 и 2,отличающийс  тем, что секци  линейного усилени  выполнена ,из отрезка замедл юще системы. оо со СП на увеличиваетс  КПД в полосе усиле:НИ . - Известен клистрон, состо щий из линейного усилител , усилител  мощности (нелинейного группировател ) и выходной Электродинамической системы. Длины труб дрейфа между соседними резонаторами линейного усилител  уменьшаютс , а усилители мощности

Description

увеличиваютс  с увеличением номера резонатора. Дл  уменьшени  перепада амплитудно-частотной характеристики клистрона резонаторы линейного усилител  настраиваютс  в пределах полосы усилени . За счет того что реальный входной резонатор имеет неравномерную в полосе усилени  модул цию электронного пучка, в указанной конструкции нельз  получить достаточно малые перепады амплитудно частотной характеристики (АЧХ) линейного усилител , что ограничивает возможность увеличени  КПД в точках минимальной мощности . Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  прибор , включающий входную электродинамическую систему, секцию линейного усилени , усилитель мощности и выходную электродинамическую систему , разделенные трубами дрейфа. В приборе достигаетс  некоторое уменьшение перепада амплитудно-частотной характеристики с одновременным увеличением КПД в точках минимлаьной мощности. . Однако и эта конструкци  не лишена недостатков. В конструкции не предусмотрены специальные меры по обеспечению равномерности высокочастотного тока в зазоре, выходной электродинамимеской системы. ОКончательное выравнивание амлитудно-частотной характеристики прибора осуществл етс  подстройкой выходной электродинамической системы. Амплитудно-частотна  характеристика имеет обратный перекос по отношению к высокочастотному току. При этом КПД в полосе усилени  уменьшаетс , так как сопротивление выходной электродинамической системы в -большинстве точек полосы усилени  становитс  неоптимальным , так же как и ток, питающий выходную систему. эти недостатки про вл ютс  при изменении уровн  входного сигнала , например при амплитудной модул ции сигнала. Крутизна амплитудной ха рактеристики различна на разных частотах полосы усилени . Целью изобретени   вл етс  увеличение КПД в полосе усилени  уменьшение перепада АЧХ при различных уро н х входного сигнала и получение оди наковой крутизны амплитудной характе 1 0 ристики на всех частотах полосы усилени  . Цель достигаетс  тем, что в широкополосном электронном СВЧ-приборе 0-типа, включающем входную электронодинамическую систему, секцию линейного усилени , усилитель мощности и выходную электродинамическую систему, разделенные трубами дрейфа, усилитель мощности содержит два каскада основной частоты с трубой дрейфа между ними, длина которой меньше или равна длине трубы дрейфа, раздел ющей входную электродинамическую систему и секцию линейного усилени  , но больше длин всех остальных труб, длина трубы дрейфа, раздел ю- ; щей секцию линейного усилени  и усилитель мощности, больше или равна трубы дрейфа, раздел ющей усилитель мощности и выходную электррдинамическую систему, но меньше длин остальных труб дрефа, примем входна  электродинамическа  система выполнена из отрезка замедл ющей Системы , секци  линейного усилени  состоит из отдельных резонаторов, настроенных в пределах полосы усилени , длины труб дрейфа между которыми уменьшаютс  с увеличением номера резонатора, а секци  линейного усилени  выполнена из отрезка замедл ющей системы. Предлагаемое устройство позвол ет обеспечить оптимальные характеристики как отдельных секций, так и прибора в целом. На фиг,1 изображен общий вид однего из вариантов предлагаемой конструкции широкополосного электронного прибора О-тира на фиг. 2 характеристики входной и выходной электродинамической системы - на фиг. 3 - экспериментальна , амрлитудно-частотна  характеристика клистрона , выполненного в соответствии , с изобретением в сравнении с прототипЪи; на фиг. J - экспериментальные амплитудные характеристики того же , клистрона дл  трех точек полосы; на фиг.5 - экспериментальные амплитудные характеристики прототипа. Широкополосный электронный приб 0-типа включает секции предварительного усилени , линейного усилител , усилител  мс чности и выходную электродииамическую систему .

5п

Секци  предварительного усилени  состоит из входной электродинамической системы, выполненной из активного 1 и двух проходных пассивных резонаторов 2, 3 и пролетной трубы дрейфа Ц.

Ее характеристики перекрывает полосы усилени  с перепадом АЧХ в максимуме отношени  10|, Она симметрична относительно центра полосы усилени  (см.фиг.2).

- Секци  линейного усилени  выполнена из четырех одиночных резонаторов 5, 6, 7 и двухзар дного резонатора В. Трубой 9 дрейфа она отделена от первого каскада усилител  10 мощности. Первый каскад усилител  10 мощности выполнен из отрезка замедл ющей системы и трубой 11 дрейфа отделен от второго каскада 12 усилител  10 мощности. Второй кас-. ,кад 12 содержит самый высокодоброт:ный в данном приборе резонатор, настроенный за.верхней границей поло;сы усилени  так, что его сопротив ление в полосе усилени  от нижнего до верхнего значени  частоты мен етс  ч/ 10.

Длина трубы 13 дрейфа, отдел ющей усилитель 10 мощности от выходной электродинамической системы Н, минимальна в приборе и равна по углу пролета 32° редуцированной плазменной частоты колебаний электронного потока. Такую же длину имеет труба 9 дрейфа, отдел юща  секцию линейного усилени  от усилител  мощности. Длины труб А, 11 дрейфа предусилител  и усилител  мощности также примерно равны и составл ют по углу пролета редуцированной плазменной частоты Колебаний электронного потока

Выходна  электродинамическа  система 1 настрбена так, что ее,АЧХ перекрывает полосу усилени  перепадом 12%, и она симметрична относительно центра полосы.

В других вариантах конструкции входна  и выходна  электродинамические системы, секци  линейного усилени  и первый каскад усилител  мощности могут быть выполнены из отрезков замедл ющей системы в любом сочетании с резонаторными секци ми, а усилитель мощности перед и после резо .8950

наторов основной частоты может содержать резонаторы гармоник.

На фиг.2 крива  15 - характеристиг ка входной, а крива  1б - характеристика выходной электродинамической системы.

Из фиг.З видно, что выигрыш по . электронному КПД в предлагаемой .кон10 струкции (крива  17) составл ет несколько процентов, по сравнению с кривой 18, соответствующей прототипу. В то же врем  из сравнени  амплитудных характеристик эксперименталь- . 15 ного макета предлагаемой конструкции кривые 19, 20, 21 на фиг. в точках длинноволнового кра  полосы ус;илени  19, центральной частоты 20 и коГротковолнового кра  полосы 21 с со20 ответствуюи4ими зависимост ми 22, 23, 2А (фиг.5) прототипа следует, что .в предлагаемой конструкции удалось получить практически одинаковую крутизну амплитудных характеристик на разных частотах полосы усилени 

Такой результат дл  данной конст рукции объ сн етс  следующим образом. Оптимальный линейный усилитель дсУлжен обеспечить во входном зазоре усили30 тел  мощности посто нное в- полосе усилени  высокочастотное напр жение с амплитудой 0,1, а идеальна  входна  электродинамическа  система модул ции электронного потока посто н35 нь|м ВЧ-напр жёнием при подаче на вход прибора посто нной на различных час тотах входной мощности.

Нетрудно заметить сходстве в требовани х к оптимально Сконструирован40 ным при таком подходе част м прибора.

На входе секции предварительного усилени  и усилител  мощности электронный поток модулируетс  примерно посто нным в полосе усилени  ВЧ-нй 5 пр жением. Отсюда очевидно что при увеличении труб дрейфа в секци х предварительного усилени  и усилител  мощности происходит равномерное в полосе усилени  ВЧ-сигнала.

50

Дл  получени  равнс 4ерной модул л ции в секуии предварительного усилени  входна  электродинамическа  система должна выполн тьс  так, что ее АЧХ перекрывает полосу усилени  55 с перепадом несколько меньшим по сравнению с перепадом выходной мощности в целом, а форма АЧХ симметрична относительно центра полосы. , Равномерность в полосе усилени  модул ции электронного потока во входном зазоре усилител  мощности клистрона при поступлении в него посто нного в полосе усилени  УВЧтока достигаетс  настройкой этого резонатора за верхней границей полосы усилени . При этом его сопротивление мен етс  незначительно. Второй резонатор усилител  мощности в конкретном техническом решении настраиваетс  также за верхней границей полосы усилени  с перепадом его сопротивлени  в полосе усилени  не более 10. В этом случае ВЧ-напр жение на нем посто нное и. может быть о тимальное в большинстве точек полосы усилени . Таким образом при изменений амплитуды входного сигнала выходна  мощность измен етс  равномерно в полосе усилени , т.е. крутиз на амплитудной характеристики на разных частотах полосы усилени  одинакова . Перед и после усилител  мощности могут быть расположены резонаторы, настроенные на одну из гармоник вход ного сигнала. Их цель обеспечить .(в случае необходимости) достаточную степень нелинейности процессов группировани  на низкочастотном (резонаторе 2 до усилител  мощности) и высо . кочастотном (второй резонатор 2 после второго резонатора основной частоты усилител  мощности) кра х полосы усилени . Резонаторы второй гарт МОНИКИ настраиваютс  известным образом: 1-й ниже, удвоенной частоты длин новолнового кра  полосы усилени , 2-й выше удвоенной частоты коротковолнового кра  полосы усилени . При малых уровн х входного сигнала резонаторы гармоник не работают, поэтому в линейном pewni e амплитудны характеристики на разных частотах по лосы усилени  не искажаютс . При больших уровн х входного сигнала в силу указанных .расположени  и настройки резонаторы 2 увеличивают КПД каждый на своем краю полосы усилени  При этом процессы группировани  на других частотах полосы усилени  не ухудшаютс , так как нули усилени  резонаторов 2 наход тс  за гра.ницей полосы усилени . Так как амплитуда высокочастотного напр жени  в зазоре предпоследнего резонатора должна .пр максимальных значени х КПД составл ть примерно 0,3-0,и,, то длина последней трубы дрейфа должна быть минимальной. Задачу необходимой фазировки и обеспечени  посто нства амплитуды напр жени  в первом зазоре усилител  мощности выполн ет (аналогично разобранному случаю) пролетна  труба дрейфа, раздел юща  секцию линейного усилени  и усилитель мощности, длина которой должна быть также минимальной. В некоторых случа х Длины труб дрейфа секций предварительного усилени  и усилител  мощности могут быть равны между со-, бой, также как и длины труб дрейфа, раздел ющих секции линейного усилени  и усилитель мощности,, усилитель мощности и выходную электродинамическую систему. Симметрична  относительно центра полосы усилени  форма амплитудночастотных характеристик входной и.выг ходной электроднамических систем позвол ет обеспечить оптимальное взаимодействие этих систем как с немодулированным , так и со сгруппированным электронным потоком при оптимальном в большинстве точек полосы значении их сопротивлений. Этого нельз  было добитьс  в ранних конструкци х. Неравномерность токовых характеристик требует дл  выравнивани  интеграль- ; ной выходной амплитудно-частотной i характеристики мощности, соответствующей с обратным перекосом настройки электродинамических систем. В ре-; зультате большинство точек в полосе усилени  оказываетс  не оптимальным, i что снижает КПД прибора в целом. Испытани , результаты которых приведены на фиг. 3, , 5 показывают, что предлагаемый прибор.обладает по сравнению с известными р дом достоинств , КПД в полосе усилени  увеличен примерно на 10%, получена практически одинакова  крутизна амплитудной характеристики на разных частотах полосы усилени  (у аналога уровень выходной мощности при выходе в насыщение отличаетс  на разных частотах полосы усилени  в 7 раз) . Изобретение не создает экономии, но.при одинаковых затратах в произ9110895010 .

волстве позвол ет значительно улуч- тронных приборов О-типа (клистроны, шить выходные характеристики элек-ЛБВ или их гибриды),,

«I 5б 7 ff 9 10 Ji / /5 /4

Claims (1)

1. водстве позволяет значительно улуч=~ тронных приборов 0-типа (клистроны шить выходные характеристики элек- ЛБВ или их гибриды).

   Фн фц

   фиг.2

   1108450