RU2014661C1 - Ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов - Google Patents
Ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2014661C1 RU2014661C1 SU5046422A RU2014661C1 RU 2014661 C1 RU2014661 C1 RU 2014661C1 SU 5046422 A SU5046422 A SU 5046422A RU 2014661 C1 RU2014661 C1 RU 2014661C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tee
- generator
- shaper
- coaxial
- resonator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Использование: в ускорительной технике, радиолокации, при проведении исследований в области физики плазмы. Сущность изобретения: конструкция источника мощных наносекундных радиоимпульсов совмещает в себе ламповый СВЧ-автогенератор и формирователь импульсов на основе коаксиального тройника. Совмещение достигается путем объединения выходного контура автогенератора и накопительного резонатора формирователя. Конструкция позволяет повысить КПД прибора и улучшить его массогабаритные характеристики. 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию пучка электронов в мощное электромагнитное излучение СВЧ-диапазона, и может быть использовано в ускорительной технике, радиолокации, при проведении исследований в области физики плазмы и т.п.
Ламповые СВЧ-автогенераторы хорошо известны и представляют собой СВЧ-триод или тетрод, включенный в двухконтурную коаксиальную колебательную систему с положительной обратной связью между входным и выходным контурами (см. например, Ионов Ю.А. Ламповые генераторы сверхвысокой частоты. Изд-во ЛГУ, 1973). При этом для обеспечения оптимального режима работы лампы выходной контур, связанный с нагрузкой, работает на основном тоне либо первом обертоне. Одним из основных недостатков таких генераторов является относительно невысокий уровень мощности излучения по сравнению с мощностью бегущей волны и выходном контуре.
Достаточно широко известны формирователи наносекундных радиоимпульсов, работающие на основе накопления и быстрого вывода СВЧ-энергии из объемных резонаторов. В таких устройствах мощность излучения, как правило, сравнима с мощностью бегущей волны в накопительном резонаторе, но при этом они имеют более низкий КПД и худшие массогабаритные характеристики.
Так, например, известен формирователь (Атомная техника за рубежом, 1982, N 11, с.36), в котором цилиндрический либо сферический накопительный резонатор сильно связан с прямоугольным волноводным Е-или Е-тройником, служащим элементом вывода энергии. Переключение такого формирователя из режима накопления в режим вывода осуществляется коммутатором, расположенным в закороченном плече тройника. В режиме накопления тройник закрыт. Имитируя быстрое перемещение закоротки на расстояние четверти длины волны λ от исходного ее положения, коммутатор при поджиге в нем СВЧ-разряда открывает тройник и тем самым создает условия для "вытекания" накопленной энергии в нагрузку в виде короткого и мощного радиоимпульса. После вывода энергии коммутатор отключается и процесс накопления повторяется.
Известны другие формирователи (авт.св. N 862800, 1121776, 1277864) отличающиеся конструктивным исполнением и принципами организации процесса вывода энергии.
Наиболее близким по техническому исполнению к предлагаемому является формирователь импульсов (авт. св. СССР N 1487776), в котором накопление энергии осуществляется в резонаторе, выполненном в виде коаксиального тройника, к первому плечу которого через элемент ввода энергии подключен СВЧ-генератор непрерывных колебаний, второе - боковое плечо снабжено короткозамыкающим поршнем, а третье является выходом формирователя. Коммутатор формирователя выполнен в виде разрядного промежутка, образованного разрывом внутреннего проводника коаксиала бокового плеча тройника на расстоянии oт закоротки этого плеча.
В таком формирователе электромагнитные колебания от питающего генератора через развязывающий элемент (ферритовый вентиль, волноводный мост и т.п. ) и элемент ввода энергии поступают в накопительный резонатор. Расстояние от точки разветвления коаксиального тройника до разрядного промежутка коммутатора выбрано из условия противофазности волн, излучаемых в нагрузку из первого и бокового плеч тройника, в силу чего в режиме накопления излучения энергии из резонатора в нагрузку не происходит. При срабатывании коммутатора электрическая длина бокового плеча изменяется так, что волны, излучаемые в нагрузку из этого плеча тройника и первого прямого плеча, становятся синфазными, и, следовательно, тройник открывается и накопленная энергия выводится в нагрузку. После этого коммутатор отключается и система переходит в режим накопления.
Основными недостатками формирователя-прототипа, как и всех остальных устройств такого типа, является низкая эффективность использования энергии питающего генератора (как известно, эффективность накопления энергии обычно не превышает 0,4-0,5), необходимость применения внешнего по отношению к питающему генератору накопительного резонатора, а также необходимость использования развязывающего элемента между генератором и резонатором. Низкая эффективность использования энергии генератора приводит к низким значениям КПД формирователей η , так как η = η1 η2 η3 η4 , где η1 - электронный КПД генератора; η2 - КПД его выходного контура; η3 - эффективность накопления; η4 - эффективность вывода. Обычно для формирователей η≈ 0,1-0,2. Применение внешнего накопительного резонатора и развязывающего элемента увеличивает вес и габариты прибора.
В предлагаемом генераторе-формирователе, содержащем питающий генератор, накопительный резонатоp на основе коаксиального тройника и коммутатор, выполненный в боковом закороченном плече тройника в виде разрядного промежутка, который образован разрывом внутреннего проводника коаксиала на расстоянии λ /8 от закоротки, для повышения КПД и улучшения массогабаритных характеристик накопительный резонатор объединен с выходным резонатором лампового СВЧ-генератора. При этом длина L выходного резонатора взята удовлетворяющей соотношению
L= arctg + ,
где n - целое число от 2 до 8; λ - длина волны; ω - циклическая рабочая частота ; Со - анодно-сеточная емкость; Z - волновое сопротивление коаксиала.
L= arctg + ,
где n - целое число от 2 до 8; λ - длина волны; ω - циклическая рабочая частота ; Со - анодно-сеточная емкость; Z - волновое сопротивление коаксиала.
Возможность создания такого устройства обусловлена тем, что, как известно, любой СВЧ-генератор представляет собой накопительную колебательную систему, в которую энергия поступает от пучка ускоренных электронов и которая достаточно сильно связана с нагрузкой, но в основе своей ничем не отличается от накопительной системы формирователя. Поэтому совмещение генератора накачки и формирователя наносекундных радиоимпульсов в одном приборе представляется вполне логичным. При этом очевидно, что такое совмещение в принципе может позволить создать более компактный и эффективный источник мощного СВЧ-излучения, чем формирователи, так как отпадает необходимость во внешнем накопительном резонаторе, а следовательно, и в развязывающем элементе и КПД приборе определяется только электронным КПД генератора и эффективностью вывода энергии (η = η1 η4 = 0,3-0,6). Вместе с тем при таком совмещении для обеспечения оптимального режима работы лампы необходимо соответствующим образом изменить и электрофизические характеристики выходного колебательного контура. Можно показать, что СВЧ-автогенератор с ненагруженным на внешнюю нагрузку выходным контуром работает в оптимальном режиме, если контур возбуждается на обертонах, начина с второго, но не выше пятого-восьмого. Применение более высокого обертонов нежелательно еще и по причине возможности работы автогенератора одновременно на двух соседних частотах.
На фиг.1 изображено предлагаемый ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов; на фиг.2 - схема экспериментальной установки, на которой была проверена его работоспособность.
Ламповый генератор-формирователь содержит СВЧ-триод 1, катодно-сеточный коаксиальный резонатор 2, анодно-сеточный коаксиальный резонатор 3, играющий роль накопителя СВЧ-энергии, элемент вывода энергии, выполненный в виде коаксиального тройника 4 с завкороченным боковым плечом и встроенным в него коммутатором 5, а также выходную нагрузку 6.
Соотношение размеров генератора-формирователя следующие. Диаметры D и L внешнего и внутреннего проводников коаксиальных резонаторов 2 и 3 удовлетворяют условиям D+d< ; ≈ 2. Длины резонаторов l и L определяется соотношениями
L= arctg ;
L= arctg + , где n = 2,...,8; Co и C1 - соответственно анодно-сеточная и катодно-сеточная емкость триода. Длина бокового плеча тройника 4 равна λ , разрядный промежуток расположен на расстоянии от закоротки этого плеча, а величина зазора Δ определяется равенством
Δ= , где εo = 8,854.10-12 Ф/м ; с - скорость света.
L= arctg ;
L= arctg + , где n = 2,...,8; Co и C1 - соответственно анодно-сеточная и катодно-сеточная емкость триода. Длина бокового плеча тройника 4 равна λ , разрядный промежуток расположен на расстоянии от закоротки этого плеча, а величина зазора Δ определяется равенством
Δ= , где εo = 8,854.10-12 Ф/м ; с - скорость света.
Генератор-формирователь работает следующим образом.
При подаче на СВЧ-триод импульсов питающего напряжения в системе контуров 2,3 автогенератора устанавливаются электромагнитные колебания. При этом в силу выбора длины бокового плеча тройника 4 волны, излучаемые в нагрузку 6, суммируются в противофазе и, следовательно, накопительный резонатор 3 закрыт. По достижении в анодном контуре автогенератора пробивной напряженности ВЧ-поля срабатывает коммутатор 5, т.е. происходит пробой разрядного промежутка Δ , и электрическая длина бокового плеча тройника изменяется таким образом, что волны, излучаемые в нагрузка 6 из резонатора 3 и бокового плеча, суммируются синфазно, т.е. тройник отрывается и накопленная энергия поступает в нагрузку. При этом напряженность поля в разрядном промежутке падает и промежуток размыкается, а тройник закрывается. Таким образом устройство возвращается в исходное состояние и может повторяться процесс накопления энергии.
Работоспособность предлагаемого генератора-формирователя СВЧ-импульсов была проверена на устройстве со следующими размерами: диаметры D и d соответственно равнялись 4 и 2,2 см, длина выходного резонатора от анода лампы до оси бокового плеча тройника составляла 88,3 см, а длина катодно-сеточного резонатора равнялась 5,2 см, длина бокового плеча тройника от оси резонатора 3 до закорачивающего поршня составляла 25 см, а ширина зазораΔ ≈ 0,1 см.
Схема экспериментальной установки, на которой проводилась проверка работоспособности формирователя, приведена на фиг.2, где 7 - генератор-формирователь, 8 - источник питающих напряжений, 9 - аттенюатор, 10 - осциллограф.
Анодная модуляция автогенератора осуществлялась подачей на катод импульсов напряжения амплитудой до 5 кВ и длительностью ≈ 5 мкс. Настройка генератора осуществляется изменением высоты разрядного промежутка Δ коммутатора 5. В случае настройки промежутка на максимальное запирание тройника при анодном напряжении 5 кВ и токе 2 А по достижении на промежутке напряжения пробоя на выходе прибора фиксировались радиоимпульсы мощностью до 5 кВт (при колебательной мощности лампы ≈ 3-4 кВт) с длительностью 5 ес по уровню 0,5. Измерения параметров импульсов проводились с помощью осциллографа С9-4 и набора калиброванных аттенюаторов. КПД прибора в целом оценивался как величина ≈ 0,3-0,35, то в -3 раза выше, чем КПД известных формирователей.
Технические преимущества предлагаемого формирователя СВЧ-импульсов по сравнению с прототипом состоят в повышении в 2-3 раза КПД и излучении массогабаритных характеристик.
Claims (1)
- ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР-ФОРМИРОВАТЕЛЬ НАНОСЕКУНДНЫХ РАДИОИМПУЛЬСОВ, содержащий питающий генератор, накопительный резонатор на основе коаксиального тройника и коммутатор, выполненный в боковом закороченном плече тройника в виде разрядного промежутка, который образован разрывом внутреннего проводника коаксиала на расстоянии закоротки плеча, отличающийся тем, что выходной колебательный контур генератора выполнен в виде накопительного резонатора-формирователя с длиной L, удовлетворяющей равенству
L= arctg + ,
где n - целое число от 2 до 8;
W - циклическая рабочая частота;
λ - длина волны;
Z - волновое сопротивление коаксиала;
Cо - анодно-сеточная емкость триода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5046422 RU2014661C1 (ru) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | Ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5046422 RU2014661C1 (ru) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | Ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014661C1 true RU2014661C1 (ru) | 1994-06-15 |
Family
ID=21606353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5046422 RU2014661C1 (ru) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | Ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2014661C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522894C2 (ru) * | 2012-08-24 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом (варианты) |
-
1992
- 1992-03-04 RU SU5046422 patent/RU2014661C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522894C2 (ru) * | 2012-08-24 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5534824A (en) | Pulsed-current electron beam method and apparatus for use in generating and amplifying electromagnetic energy | |
Serlin et al. | Development and optimization of the relativistic klystron amplifier | |
Kurkan et al. | A possible method of reducing the magnetic field in a relativistic backward-wave tube | |
US4466101A (en) | Relativistic electron synchrotron laser oscillator or amplifier | |
Vikharev et al. | High power active X-band pulse compressor using plasma switches | |
Ogura et al. | Performance of weakly relativistic oversized backward wave oscillators | |
Bratman et al. | Sources of coherent terahertz radiation | |
RU2014661C1 (ru) | Ламповый генератор-формирователь наносекундных радиоимпульсов | |
US3919666A (en) | Solid state microwave cavity oscillator operating below cavity cutoff frequency | |
Hendricks et al. | Increasing the RF energy per pulse of an RKO | |
US4227153A (en) | Pulse generator utilizing superconducting apparatus | |
US2601539A (en) | Two-frequency microwave oscillator | |
RU2342733C1 (ru) | Устройство для генерирования электрических импульсов напряжения | |
RU2422938C1 (ru) | Релятивистский магнетрон с волноводными выводами мощности | |
US5164634A (en) | Electron beam device generating microwave energy via a modulated virtual cathode | |
RU2118041C1 (ru) | Устройство для получения мощных ультракоротких свч импульсов | |
US2591696A (en) | High-frequency electron tube structure | |
Litvin et al. | Plasma high-current generator of wideband high-power microwaves with magnetic self-insulation | |
Abubakirov et al. | Relativistic backward wave oscillator using a selective mode converter | |
US3359452A (en) | Resonator for supporting non-sinus-oidal preiodic waveforms | |
Denisov et al. | Studying of the 95/285 GHz gyrotron with frequency multiplication | |
USH6H (en) | Generation of a modulated IREB with a frequency tunable by a magnetic field | |
CA2536013A1 (en) | Magnetron | |
Bandurkin et al. | Terahertz Large-Orbit High-Harmonic Gyrotrons at IAP RAS Features | |
Dubey et al. | Power and Efficiency Enhancement of the Reltron Using Dual RF Output Cavities |