RU146916U1

RU146916U1 - TRANSPARENT TRAVELING WAVE LAMP WITH MODULATION OF THE ELECTRON BEAM IN THE AREA OF CATHODE

Info

Publication number: RU146916U1
Application number: RU2014131616/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Калинин; Андрей Викторович Стародубов
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2014-10-20

Abstract

Электровакуумный СВЧ-прибор, содержащий ввод энергии, а также последовательно расположенные источник электронов, анод, спиральную замедляющую систему с выводом энергии, коллектор, отличающийся тем, что содержит модулирующую сетку, расположенную между источником электронов и анодом, при этом ввод энергии соединен с модулирующей сеткой.An microwave electric device containing an energy input, as well as a sequentially located electron source, an anode, a spiral decelerating system with an energy output, a collector, characterized in that it contains a modulating grid located between the electron source and the anode, while the energy input is connected to the modulating grid .

Description

Полезная модель относится к области вакуумной СВЧ электроники, а именно к приборам пролетного типа, конкретно лампам бегущей волны (ЛБВ), и предназначена для усиления колебаний в микроволновом диапазоне длин волн. Полезная модель может найти применение в системах связи (в том числе спутниковой), навигации, а также в системах радиопротиводействия и радиоподавления (А.С. Дмитриев, А.И. Панас. М.: Физматлит. - 2002; Н.Н. Залогин, В.В. Кислов. М.: Радиотехника. - 2006.).The utility model relates to the field of vacuum microwave electronics, namely to span-type devices, specifically traveling wave tubes (TWT), and is intended to amplify oscillations in the microwave wavelength range. The utility model can be used in communication systems (including satellite), navigation, as well as in systems of radio countermeasures and radio suppression (A.S. Dmitriev, A.I. Panas. M .: Fizmatlit. - 2002; NN Zalogin , V.V. Kislov. M .: Radio engineering. - 2006.).

Известна "ПРОЗРАЧНАЯ" ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (патент Российской Федерации на изобретение №2400860, МПК H01J 25/34). Лампа содержит электронную пушку, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР), ввод и вывод СВЧ-энергии, коллектор. Резонаторы замедляющей системы выполнены с постоянным внутренним диаметром, при этом замедляющая система содержит расположенные последовательно вдоль ее оси по направлению от электронной пушки к коллектору участки, имеющие заданную длину и шаг.Known "TRANSPARENT" LAMP OF A RUNNING WAVE (patent of the Russian Federation for invention No. 2400860, IPC H01J 25/34). The lamp contains an electron gun that slows down a system such as a chain of coupled resonators (CSR), input and output microwave energy, a collector. Resonators of the retardation system are made with a constant inner diameter, while the retardation system contains sections arranged in series along its axis in the direction from the electron gun to the collector, having a predetermined length and pitch.

Недостатком данного изобретения является узкая полоса усиления вследствие применения замедляющей системы типа ЦСР.The disadvantage of this invention is the narrow gain band due to the use of a retardation system such as CSR.

Известна МНОГОЛУЧЕВАЯ МИНИАТЮРНАЯ "ПРОЗРАЧНАЯ" ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (патент Российской Федерации на изобретение №2337425, МПК H01J 25/34). Лампа содержит многолучевую электронную пушку с многоэмиттерным катодом и управляющим электродом, расположенную между катодным и коллекторным полюсными наконечниками, замедляющую систему типа цепочки связанных резонаторов, в диафрагмах которой выполнены пролетные каналы и окна связи, а также ввод и вывод СВЧ-энергии, коллектор и магнитную фокусирующую систему, содержащую поперечно намагниченные постоянные магниты, установленные на двух противоположных сторонах каждого из полюсных наконечников перпендикулярно вводу и выводу СВЧ-энергии и замкнутые магнитопроводом.Known MULTI-BEAM MINIATURE "TRANSPARENT" LAMP OF THE RUNNING WAVE (patent of the Russian Federation for invention No. 2337425, IPC H01J 25/34). The lamp contains a multi-beam electron gun with a multi-emitter cathode and a control electrode located between the cathode and collector pole pieces, which slows down a system such as a chain of coupled resonators, in the diaphragms of which are span channels and communication windows, as well as the input and output of microwave energy, a collector, and magnetic focusing a system containing transversely magnetized permanent magnets mounted on two opposite sides of each of the pole pieces perpendicular to the input and output of the microwave WGIG and closed magnetic circuit.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является электровакуумный СВЧ прибор [Дж. Роу. Теория нелинейных явлений в приборах СВЧ. Советское радио, М.: - 1969, 614 с]. Электровакуумный СВЧ прибор представляет собой лампу бегущей волны, в которой отсутствуют поглотители («прозрачная» лампа бегущей волны), содержащая катод, фокусирующий электрод, анод, трубу дрейфа, ввод внешнего сигнала для усиления, спиральную замедляющую систему, вывод СВЧ сигнала, коллектор. Входной сигнал подают через ввод внешнего сигнала на спиральную замедляющую систему. Усиленный сигнал снимается через вывод СВЧ сигнала, который соединен со спиральной замедляющей системой.Closest to the claimed utility model is an electric vacuum microwave device [J. Rowe. Theory of nonlinear phenomena in microwave devices. Soviet Radio, Moscow: - 1969, 614 s]. The microwave microwave device is a traveling wave lamp, in which there are no absorbers (a “transparent” traveling wave lamp), containing a cathode, a focusing electrode, an anode, a drift tube, an input of an external signal for amplification, a spiral delay system, a microwave signal output, and a collector. The input signal is supplied through the input of an external signal to a spiral deceleration system. The amplified signal is removed through the output of the microwave signal, which is connected to a spiral moderator.

Недостатком данной конструкции являются малые значения усиления внешних полезных сигналов, не превышающие значений 7-9 дБ.The disadvantage of this design is the small value of the gain of the external useful signals, not exceeding the values of 7-9 dB.

Задачей данного технического решения является создание такой конструкции устройства, которая могла бы преодолеть указанные выше недостатки существующих аналогов.The objective of this technical solution is to create such a device design that could overcome the above disadvantages of existing analogues.

Технический результат, достигаемый в предложенном устройстве, состоит в повышении коэффициента усиления внешних полезных сигналов, прежде всего широкополосных и сверхширокополосных, до значения более 10 дБ.The technical result achieved in the proposed device consists in increasing the gain of external useful signals, primarily broadband and ultra-wideband, to a value of more than 10 dB.

Указанный технический результат достигается тем, что электровакуумный СВЧ прибор, содержащий ввод энергии, а также последовательно расположенные источник электронов, анод, спиральную замедляющую систему с выводом энергии, коллектор, согласно решению содержит модулирующую сетку, расположенную между источником электронов и анодом, при этом ввод энергии соединен с модулирующей сеткой.The specified technical result is achieved in that the microwave electric device containing energy input, as well as sequentially located electron source, anode, spiral decelerating system with energy output, the collector, according to the solution contains a modulating grid located between the electron source and the anode, while the energy input connected to the modulating grid.

Полезная модель поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема конструкции устройства. Позициями на чертеже обозначены:The utility model is illustrated by the drawing, which shows a schematic diagram of the design of the device. The positions in the drawing indicate:

1 - катод,1 - cathode,

2 - модулирующая сетка,2 - modulating grid,

3 - ввод энергии,3 - input energy

4 - анод,4 - anode,

5 - спиральная замедляющая система,5 - spiral retarding system,

6 - вывод энергии,6 - energy output,

7 - коллектор.7 - collector.

Прозрачная лампа бегущей волны с модуляцией электронного пучка в области катода содержит последовательно расположенные катод 1 в качестве источника электронов, модулирующую сетку 2, анод 4, спиральную замедляющую систему 5, вывод энергии 6, соединенный с системой 5, коллектор 7. Лампа снабжена вводом энергии 3 в виде коаксиальной линии для подвода внешнего полезного сигнала, соединенным с модулирующей сеткой 2.A transparent traveling-wave lamp with modulation of the electron beam in the cathode region contains a sequentially located cathode 1 as an electron source, a modulating grid 2, an anode 4, a spiral retarding system 5, an energy output 6 connected to system 5, a collector 7. The lamp is equipped with an energy input 3 in the form of a coaxial line for supplying an external useful signal connected to a modulating grid 2.

Полезная модель работает следующим образом. Электронный пучок формируется источником электронов 1 и ускоряется анодом 4. Далее он проходит через модулирующую сетку 2, на которую через ввод энергии 3 подают внешний полезный сигнал для усиления. Проходя через модулирующую сетку 2, электронный пучок становится пульсирующим. Далее, двигаясь в пространстве дрейфа, где располагается спиральная замедляющая система, происходит усиление внешнего полезного сигнала, который затем выводится через вывод энергии 6. Отработанный электронный пучок далее попадает на коллектор 7.The utility model works as follows. The electron beam is formed by the electron source 1 and accelerated by the anode 4. Next, it passes through a modulating grid 2, to which an external useful signal is supplied through the input of energy 3 for amplification. Passing through the modulating grid 2, the electron beam becomes pulsating. Further, moving in the drift space, where the spiral moderator system is located, the external useful signal is amplified, which is then output through the energy output 6. The spent electron beam then goes to the collector 7.

На усилитель, в пространстве дрейфа которого отсутствуют поглотители ("прозрачная" лампа бегущей волны), подают внешний сигнал, далее этот сигнал усиливается, и с выхода СВЧ сигнала снимается усиленный внешний сигнал, при этом особенность схемы подачи внешнего сигнала заключается в том, что, во-первых, внешний сигнал подают на модулирующую сетку, которую помещают между катодом и анодом, тем самым осуществляя модуляцию электронного пучка, который впоследствии становится пульсирующим, а, во-вторых, значение отношения мощности входного сигнала к мощности электронного пучка не меньше 10^-2.An external signal is supplied to an amplifier, in the drift space of which there are no absorbers (a "transparent" traveling wave lamp), then this signal is amplified, and an amplified external signal is removed from the output of the microwave signal, while the peculiarity of the external signal supply circuit is that, firstly, an external signal is fed to a modulating grid, which is placed between the cathode and the anode, thereby modulating the electron beam, which subsequently becomes pulsating, and, secondly, the value of the input signal power ratio la to the power of the electron beam is not less than 10 ^-2 .

Были проведены экспериментальные исследования предложенной конструкции прибора. Исследования проводились на прозрачной ЛБВ со спиральной замедляющей системой, схема которой представлена на фиг.1. Отличие этой лампы от описанной в работе [Дж. Роу. Теория нелинейных явлений в приборах СВЧ. Советское радио, М.: - 1969, 614 с] состоит в том, что входной сигнал подается не на спиральную замедляющую систему через коаксиальный ввод энергии, а на модулирующую сетку, расположенную вблизи катода. Обозначим традиционную конструкцию прозрачной ЛБВ вариантом 1, а с наличием модулирующей сетки в прикатодной области - вариантом 2. Был исследован импульсный режим работы усилителя, при котором длительность импульсов составляла 50 мкс, а скважность 1000. Ускоряющее напряжение изменялось в диапазоне 8-9 кВ, ток пучка составлял 300-400 мА, мощность входного сигнала изменялась в диапазоне от 20 до 100 Вт, что соответствует величине P_вх/P₀~7*10^-3÷3*10^-2, где P_вх - мощность полезного входного сигнала, P₀=I₀*U₀ - мощность электронного пучка. Для классических приборов с большим усилением отношение мощности входного сигнала к мощности пучка равно величине порядка 10^-5÷10^-6. Все измерения проводились в диапазоне частот 1-2 ГГц.Experimental studies of the proposed device design were conducted. The studies were conducted on a transparent TWT with a spiral retardation system, a diagram of which is presented in figure 1. The difference between this lamp and that described in [J. Rowe. Theory of nonlinear phenomena in microwave devices. Soviet Radio, M .: - 1969, 614 s] consists in the fact that the input signal is supplied not to the spiral decelerating system via coaxial energy input, but to a modulating grid located near the cathode. Let us denote the traditional design of transparent TWT as option 1, and with the presence of a modulating grid in the cathode region, option 2. We studied the pulse mode of the amplifier, in which the pulse duration was 50 μs and the duty cycle was 1000. The accelerating voltage varied in the range of 8–9 kV, current the beam was 300-400 mA, the input signal power varied in the range from 20 to 100 W, which corresponds to the value of P _in / P ₀ ~ 7 * 10 ^-3 ÷ 3 * 10 ^-2 , where P _in is the power of the useful input signal, P ₀ = I ₀ * U ₀ is the power of the electron beam. For classical devices with high gain, the ratio of the input signal power to the beam power is equal to about 10 ^-5 ÷ 10 ^-6 . All measurements were carried out in the frequency range of 1-2 GHz.

Были исследованы зависимости коэффициента усиления от величины входного сигнала, подаваемого на вход спирали (вариант 1) и на модулирующую прикатодную сетку (вариант 2). Установлено, что во втором случае существенно возрастает коэффициент усиления до величины 13.26 дБ. Возбуждение прибора при этом не зафиксировано.The dependences of the gain on the magnitude of the input signal supplied to the input of the spiral (option 1) and to the modulating near-cathode grid (option 2) were investigated. It was found that in the second case, the gain increases significantly to a value of 13.26 dB. The excitation of the device is not fixed.

Исследованы зависимости электронного КПД от величины входного сигнала, подаваемого на вход спирали (вариант 1) и на модулирующую прикатодную сетку (вариант 2). Установлено, что максимальная величина электронного КПД для варианта 2 составляет 56% по сравнению с 43% для варианта 1. При этом удается небольшая рекуперация одноступенчатым коллектором. Технический КПД равен 73÷75%. Незначительно увеличилась полоса рабочих частот до величины Δf/f~1,5÷1,7.The dependences of the electronic efficiency on the value of the input signal supplied to the spiral input (option 1) and to the modulating near-cathode grid (option 2) are investigated. It was found that the maximum value of electronic efficiency for option 2 is 56% compared with 43% for option 1. At the same time, small recovery by a single-stage collector is possible. Technical efficiency is 73 ÷ 75%. The operating frequency band slightly increased to Δf / f ~ 1.5 ÷ 1.7.

Обнаруженные особенности "прозрачной" ЛБВ с модуляцией электронного пучка в области катода могут найти практическое применение в радиолокационных системах и устройствах (Залогин Н.Н., Кислов В.В. Широкополосные хаотические сигналы в радиотехнических и информационных системах. М.: Радиотехника, 2006. 208 с).The discovered features of a "transparent" TWT with modulation of the electron beam in the cathode region can find practical application in radar systems and devices (Zalogin N.N., Kislov V.V. Broadband chaotic signals in radio engineering and information systems. M .: Radio engineering, 2006. 208 s).

Claims

An microwave electric device containing an energy input, as well as a sequentially located electron source, an anode, a spiral decelerating system with an energy output, a collector, characterized in that it contains a modulating grid located between the electron source and the anode, while the energy input is connected to the modulating grid .