RU115961U1

RU115961U1 - Оротрон

Info

Publication number: RU115961U1
Application number: RU2011129475/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Анатольевич Мясин; Валерий Вячеславович Евдокимов; Андрей Юрьевич Ильин
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Оротрон, содержащий электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных пучков, где n=1, 2, 3, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, и периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2, 3, 4 и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота HN от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину HN=[(n-1/2)/2]λ, где λ - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, отличающийся тем, что электронная пушка содержит дополнительный эмиттер электронов, расположенный на высоте HN=[(n-1/2)/2]λ от плоского зеркала и формирующий (n+1)-й электронный пучок, проходящий над периодической структурой.

Description

Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к конструкции мощного источника высокочастотных электромагнитных колебаний коротковолновой части миллиметрового диапазона и субмиллиметрового диапазона волн, а более конкретно - к оротрону.

Известен оротрон, содержащий электронную пушку с одним эмиттером электронов, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, однорядную гребенчатую периодическую структуру, расположенную на плоском зеркале, при этом высота ламелей периодической структуры составляет четверть рабочей длины волны диапазона перестройки оротрона по частоте, а плоский электронный пучок проходит над их поверхностью [1].

Недостатком этого оротрона является низкий КПД и малая выходная мощность во всей полосе перестройки по частоте.

Известен также оротрон, содержащий электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных пучков, где n=1,2,3 и т.д., коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, и периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2,3,4 и т.д., и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота H_N от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину H_N=[(n-1/2)/2]λ, где λ - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, Этот прибор также имеет недостаточную величину КПД и выходной мощности, особенно на высокочастотной границе перестройки.

Это связано с тем, что, например, для двухрядной периодической структуры не используется четвертьволновый резонанс на длине волны λ в щелях периодической структуры, связанный с ее высотой H₁ от плоского зеркала соотношением H₁=λ/4. В многорядной периодической структуре не используется резонанс, производный от четвертьволнового резонанса, когда H_N=[(n-1/2)/2]λ. А именно в этих случаях на длине волны К достигается максимум амплитуды рабочей пространственной гармоники, с которой мог бы эффективно взаимодействовать электронный пучок.

Техническая задача, решаемая предлагаемой конструкцией, направлена на увеличение выходной мощности и КПД оротрона во всей полосе перестройки по частоте.

Для решения этой задачи в оротроне, содержащем электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных потоков, где n=1,2,3 и т.д., коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами и гребенчатую периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2,3,4 и т.д., и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота H_N от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину H_N=[(n-1/2)/2]λ, где λ - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, изменена конструкция электронной пушки. Она содержит дополнительный эмиттер электронов, расположенный на высоте H_N=[(n-1/2)/2]λ от плоского зеркала и формирующий (n+1)-ый электронный пучок, проходящий над периодической структурой.

В случае двухрядной периодической структуры с одним электронным пучком, проходящим на высоте h₁ от плоского зеркала, дополнительный электронный пучок необходимо сформировать на высоте H₁ над вторым рядом периодической структуры.

Предлагаемое устройство поясняется рисунками, где на Фиг.1 представлено схематическое изображение оротрона, а на Фиг.2 приведены зависимости генерируемой мощности от частоты для оротрона, созданного в соответствии с прототипом и в соответствии с предлагаемой конструкцией, с использованием двухрядной периодической структуры.

Прибор на Фиг.1 содержит открытый резонатор, образованный плоским 1 и вогнутым 2 зеркалами, электронную пушку 3, коллектор 4 электронов, и четырехрядную периодическую структуру, образованную рядами 5, между которыми выполнено n=3 промежутков 6 для пролета электронных пучков. Эти ряды могут быть также выполнены в виде узких щелей для пролета плоских пучков в ламелях гребенчатой периодической структуры. Высота Н структуры, вдоль оси симметрии 7 резонатора, равна H_N=[(n-1/2)/2]λ. Вывод СВЧ мощности из резонатора осуществляется через щель 8 в зеркале 2. Штриховые линии 9 изображают каустическую поверхность рабочего колебания. Форма и размер ее однозначно определяются геометрическими параметрами открытого резонатора (см., например, Л.А.Вайнштейн. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М. Сов. радио, 1966, с.118). Электронная пушка 3 содержит три эмиттера 10, расположенных напротив соответствующих промежутков между рядами периодической структуры, и дополнительный эмиттер 11, расположенный на высоте Н от плоского зеркала.

Оротрон работает следующим образом. При включении электрического питания электронная пушка 3 формирует n+1 электронных пучков, которые фокусируются магнитом (на Фиг.1 не показан). Пролетая сквозь промежутки 6 между рядами и над периодической структурой, электронные пучки осаждаются на коллекторе 4 электронов. В объеме между зеркалами 1 и 2 образуется стоячая электромагнитная волна рабочего колебания резонатора. При выполнении условий синхронизма между скоростью электронов и пространственной гармоникой высокочастотного поля E_z, направленной перпендикулярно оси симметрии 7 резонатора вдоль пространства взаимодействия, и превышении электронным током некоторого пускового значения система самовозбуждается, и генерируемая СВЧ мощность поступает через щель 8 в нагрузку. При этом за счет введения дополнительного электронного пучка, формируемого дополнительным эмиттером 11, на высоте H_N=[(n-1/2)/2]λ от плоского зеркала увеличивается эффективность взаимодействия не только на длине волны λ=4Н_N, но и во всем диапазоне перестройки прибора от λ>4Н_N……до λ/2.

В качестве примера на Фиг.2 приведены зависимости генерируемой мощности от частоты для оротрона с двухрядной периодической структурой, выполненного согласно прототипу (зависимость А) и согласно предлагаемой конструкции (зависимость В), т.е. как для работы с одним электронным пучком на высоте h₁=λ₁(1-1/2)/2=λ₁/4 от плоского зеркала, так и с дополнительным электронным пучком на высоте H₁=λ(n-1/2)/2=λ/4 от плоского зеркала. Таким образом, длина волны λ=2λ₁. При этом высота первого ряда 0,2 мм, промежуток между первым и вторым рядом для пролета электронного пучка 0,1 мм и высота структуры H₁=0,5 мм. Как видно на Фиг.2, введение дополнительного электронного пучка в пространство взаимодействия на высоте H₁ существенным образом увеличивает генерируемую мощность прибора во всем диапазоне перестройки по частоте.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ф.С.Русин, Г.Д.Богомолов. Оротрон как генератор миллиметрового диапазона. В сб. Электроника больших мощностей. Изд-во «Наука», М. 1968. Вып.5. С.45.

2. Белявский Б.А., Мясин Е.А., Соловьев А.Н. Оротрон. АС №1358672 А1 от 19.03.86. Кл. H01J 25/00.

Claims

Оротрон, содержащий электронную пушку с n эмиттерами для формирования n электронных пучков, где n=1, 2, 3, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и вогнутым зеркалами, и периодическую структуру, содержащую N рядов, где N=2, 3, 4 и расположенную на плоском зеркале, между рядами которой вдоль оси симметрии резонатора выполнено n промежутков для пролета n плоских электронных пучков, при этом ее высота H_N от плоского зеркала вдоль указанной оси составляет величину H_N=[(n-1/2)/2]λ, где λ - рабочая длина волны диапазона перестройки оротрона по частоте, отличающийся тем, что электронная пушка содержит дополнительный эмиттер электронов, расположенный на высоте H_N=[(n-1/2)/2]λ от плоского зеркала и формирующий (n+1)-й электронный пучок, проходящий над периодической структурой.