RU2173907C2 - Способ генерации периодической последовательности импульсов свч-излучения в приборе с виртуальным катодом - Google Patents
Способ генерации периодической последовательности импульсов свч-излучения в приборе с виртуальным катодомInfo
- Publication number
- RU2173907C2 RU2173907C2 RU99109442A RU99109442A RU2173907C2 RU 2173907 C2 RU2173907 C2 RU 2173907C2 RU 99109442 A RU99109442 A RU 99109442A RU 99109442 A RU99109442 A RU 99109442A RU 2173907 C2 RU2173907 C2 RU 2173907C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- electron
- additional power
- virtual
- anode
- Prior art date
Links
- 230000000737 periodic Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking Effects 0.000 claims description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Abstract
Применение: СВЧ-электроника, может быть использован для генерации периодической последовательности мощных импульсов СВЧ-излучения. Сущность: предложен способ генерации периодической последовательности импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом, содержащем диодную область, образованную катодным электродом и сетчатым анодом, и следующую за ней эквипотенциальную область, ограниченную сетчатым анодом и коллектором электронов, заключающийся в том, что периодически формируют электронный пучок в диодной области прибора и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную область прибора через сетчатый анод с образованием виртуального катода, а в промежутке между импульсами последовательности на катод подают запирающий потенциал с дополнительного источника питания. Новым в этом способе является то, что в отличие от известного в качестве дополнительного источника питания используют источник постоянного отрицательного напряжения величиной, большей, чем работа выхода электрона из материала сетчатого анода, который с последовательно соединенным индуктивным элементом подключают к катодному электроду. Технический результат: упрощение цепи подключения дополнительного источника питания и сведение к минимуму паразитных сигналов. 1 ил.
Description
Изобретение относится к СВЧ-электронике и может быть использовано для генерации периодической последовательности мощных импульсов СВЧ-излучения.
Известен способ генерации одиночных импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом (ВК) [1] (Hwang G.S., Wu M.W., Song P.S., Hou W.S., "High power microwave generation from a tunable radially extracted vircator", J. Appl. Phys., 1991, N 69(3), p. 1247).
Этот способ генерации наносекундных импульсных импульсов СВЧ-излучения заключается в том, что импульсный электронный пучок с током выше предельного вакуумного инжектируют из диодной области прибора через сетчатый анод в эквипотенциальную область (пространство дрейфа) до образования ВК. При этом величина электрического потенциала ВК и его положение осциллируют во времени, что является причиной возникновения мощных колебаний электромагнитного поля. Источником электромагнитных колебаний являются также осцилляции электронов в потенциальной яме с центром, приходящимся на область инжекции (обычно это анод ускоряющего промежутка), и с краями - катод ускоряющего промежутка и ВК.
Недостатком этого способа является отсутствие периодичности импульсов.
Известен способ генерации периодической последовательности импульсов СВЧ-излучения в приборе с ВК, представленный в [2] (Селемир В.Д., Алехин Б. В., Дубинов А.Е. и др. "Перспективы применения мощной наносекундной СВЧ- электроники в технологии и экологии". Новые промышленные технологии, 1995, N 2(268), с. 53).
Этот способ заключается в том, что периодически пропускают электронный пучок, сформированный в диодной области прибора с ВК с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную область прибора через сетчатый анод с образованием ВК. Прибор с ВК, в котором реализуется известный способ, состоит из источника напряжения, инжектора электронов в виде цилиндрической вакуумной камеры, в которой соосно размещены катод и сетчатый анод, прозрачный для электродов (диодная область), цилиндрической камеры дрейфа, ограниченной анодом и коллектором электронов (эквипотенциальная область), и следующего за ней конического рупора с окном для вывода излучения в атмосферу.
Источником СВЧ-излучения здесь, как и в [1], являются осцилляции ВК. В [2] сообщается, что достигнута частота следования СВЧ-импульсов 10 Гц.
Недостатком известного способа [2] является разогрев анодной сетки за счет ее бомбардировки электронами последовательно следующих импульсов. В работе [3] (Дубинов А.Е., Селемир В.Д., Сидорова В.А. и др. "Термические и механические нагрузки анодной сетки СВЧ-генератора с виртуальным катодом в импульсно-периодическом режиме работы", Инженерно-физический журнал, 1998, N 71(5), с. 899) показано, что температура анода при частоте следования импульсов 10 Гц может превысить 1000oC. Это приводит к появлению в области анодной сетки электронного облака, обусловленного термоэмиссией электронов с поверхности анодной сетки. Наличие электронного облака вокруг анодной сетки снижает импеданс вакуумного диода и частично шунтирует очередной импульс высокого напряжения в диоде, что оказывает негативное влияние на работу прибора с ВК в целом, так как последующие сгустки электронов из-за вышеописанного эффекта не набирают необходимой энергии. Это приводит к снижению выходной СВЧ-мощности в импульсах.
Наиболее близким способом, выбранным в качестве прототипа, является способ генерации периодической последовательности импульсов СВЧ-излучения с СВЧ-приборе, описанный в [4] {Амирян Р.А., Иванов В.А., Куликов А.В., Плешивцев В. И. "Способ усиления импульсных СВЧ-сигналов", а.с. СССР N 598449, 03.01.1977, H 01 J 25/00, опубл. БИ, 1978, N 39). Этот способ заключается в том, что периодически пропускают электронный пучок, сформированный в диодной области СВЧ-прибора с необходимой амплитудой тока в электродинамическую структуру СВЧ-прибора, а в промежутках времени между рабочими импульсами для исключения паразитных сигналов на токоуправляющий электрод диода подают запирающие импульсы напряжения с помощью дополнительного импульсного источника питания.
Недостатком этого способа является его сложность, так как для его реализации необходимо применение дополнительного устройства синхронизации, который должен включать дополнительный источник питания тогда, когда выключается основной, и наоборот, выключать его перед началом рабочего импульса СВЧ-генерации. Кроме того, импульсный дополнительный источник питания в процессе включения и выключения может наводить за счет своих переходных процессов в дополнительные паразитные сигналы во всех цепях СВЧ-прибора, так что дополнительный источник питания становится сам источником дополнительных паразитных сигналов.
Задачей изобретения является создание способа, позволяющего получать последовательность выходных импульсов СВЧ-излучения при упрощенной цепи подключения дополнительного источника, при использовании которой исключается необходимость включения синхронизирующего устройства и устраняется возможность наводки дополнительных паразитных сигналов.
Технический результат состоит в упрощении цепи подключения дополнительного источника питания и в сведении к минимуму паразитных сигналов.
Технический результат достижим за счет того, что предложен способ генерации периодической последовательности импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом, содержащем диодную область, образованную катодным электродом и сетчатым анодом, и следующую за ней эквипотенциальную область, ограниченную сетчатым анодом и коллектором электронов, заключающийся в том, что периодически формируют электронный пучок в диодной области прибора и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную область прибора через сетчатый анод с образованием виртуального катода, а в промежутке между импульсами последовательности на катод подают запирающий потенциал с дополнительного источника питания. Новым в этом способе является то, что в отличие от известного в качестве дополнительного источника питания используют источник постоянного отрицательного напряжения величиной, большей, чем работа выхода электрона из материала сетчатого анода, который с последовательно соединенным индуктивным элементом подключают к катодному электроду.
Подача на катод дополнительного постоянного отрицательного потенциала величиной, большей, чем работа выхода электрона из материала анода электрона материала анода, по своему действию на электронное облако равносильна подаче соответствующего положительного импульса потенциала на анодную сетку. Очевидно, что это действие препятствует термоэмиссии электронов с анодной сетки в промежутках между рабочими импульсами и, как следствие, исключает снижение мощности выходных импульсов СВЧ-излучения.
Использование источника постоянного напряжения исключает необходимость включения синхронизирующего устройства и устраняет возможность наводки дополнительных паразитных сигналов.
Включение индуктивного элемента в цепь дополнительного источника постоянного напряжения позволяет произвести развязку для высоковольтного и низковольтного источников питания так, что импульс тока пучка не может оказать вредное воздействие на дополнительный источник питания.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого способа полностью решают поставленную задачу.
На чертеже схематично изображен прибор на основе ВК для осуществления способа, где обозначено:
1 - источник импульсов напряжения,
2 - дополнительный источник отрицательного напряжения,
3 - катод,
4 - анодная сетка,
5 - камера дрейфа,
6 - коллектор,
7 - рупор для вывода излучения,
8 - окно для вывода излучения,
9 - индуктивность.
1 - источник импульсов напряжения,
2 - дополнительный источник отрицательного напряжения,
3 - катод,
4 - анодная сетка,
5 - камера дрейфа,
6 - коллектор,
7 - рупор для вывода излучения,
8 - окно для вывода излучения,
9 - индуктивность.
Для реализации способа прикладывают импульс высокого напряжения отрицательной полярности от источника импульсов напряжения 1 к катоду 3. При этом анодная 4, цилиндрическая вакуумная камера дрейфа 5, коллектор электронов 6, рупор 7 и окно для вывода излучения 8 электрически соединены друг с другом, заземлены и соединены с положительным полюсом источника 1 импульсов напряжения.
Тогда в результате взрывной эмиссии на поверхности катода 3 формируется электронный поток, который, ускоряясь, проходит сквозь анодную сетку 4 и образует в камере дрейфа 5 ВК. Захваченные в потенциальную яму между реальным катодом 3 и ВК электроны совершают колебательные движения и излучают импульс СВЧ-излучения, который покидает систему через окно для вывода излучения 8.
После некоторого количества импульсов анодная сетка нагревается настолько, что способна испускать термоэмиссионные электроны. Однако этого не происходит, если на катод 3 с дополнительного источника 2 подают запирающее отрицательное напряжение величиной, большей, чем работа выхода электрона материала анода. Обычно для анодной сетки применяют вольфрам или тантал, и дополнительное постоянное отрицательное напряжение порядка -10 В полностью запирает термоэмиссию с любого применяемого на практике металла, из которого изготавливают анодную сетку.
Представленный на чертеже пример схемы запитки прибора с ВК, в которой параллельно источнику импульсов напряжения 1 через индуктивность 9 включен дополнительный источник постоянного напряжения 2, позволяет произвести развязку для высоковольтного и низковольтного источников питания. Это можно сделать благодаря соответствующему выбору величины реактивного сопротивления индуктивности.
Так, для низковольтного источника питания постоянного напряжения реактивное сопротивление индуктивности будет равно нулю, а для высоковольтного импульса с малой длительностью это сопротивление будет равняться RL = ω L, где ω - частота импульса высокого напряжения, L - величина индуктивности.
Итак, реализация предложенного способа позволяет исключить снижение мощности выходных импульсов СВЧ-излучения за счет паразитной термоэмиссии электронов, а также по сравнению с прототипом исключает необходимость включения синхронизирующего устройства и устраняет возможность наводки дополнительных паразитных сигналов.
Claims (1)
- Способ генерации периодической последовательности импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом, содержащем диодную область, образованную катодным электродом и сетчатым анодом, и следующую за ней эквипотенциальную область, ограниченную сетчатым анодом и коллектором электронов, заключающийся в том, что периодически формируют электронный пучок в диодной области прибора и инжектируют его с током выше предельного вакуумного в эквипотенциальную область прибора через сетчатый анод с образованием виртуального катода, а в промежутке между импульсами последовательности на катод подают запирающий потенциал с дополнительного источника питания, отличающийся тем, что в качестве дополнительного источника питания используют источник постоянного отрицательного напряжения величиной большей, чем работа выхода электрона из материала сетчатого анода, который с последовательно соединенным индуктивным элементом подключают к катодному электроду.
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99109442A RU99109442A (ru) | 2001-01-27 |
RU2173907C2 true RU2173907C2 (ru) | 2001-09-20 |
Family
ID=
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СЕЛЕМИР В.Д. и др. Перспективы применения мощной наносекундной СВЧ электроники в технологии и экологии. - Новые промышленные технологии, 1995, № 2 (268), с.53. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Larsson | Gas-discharge closing switches and their time jitter | |
US5302881A (en) | High energy cathode device with elongated operating cycle time | |
US20120126727A1 (en) | Sub-Nanosecond Beam Pulse Radio Frequency Quadrupole (RFQ) Linear Accelerator System | |
US5563555A (en) | Broadbend pulsed microwave generator having a plurality of optically triggered cathodes | |
Shao et al. | Nanosecond repetitively pulsed discharge of point–plane gaps in air at atmospheric pressure | |
RU2343584C1 (ru) | Клистрон | |
Dunaevsky et al. | Electron/ion emission from the plasma formed on the surface of ferroelectrics. II. Studies of electron diode operation with a ferroelectric plasma cathode | |
RU2173907C2 (ru) | Способ генерации периодической последовательности импульсов свч-излучения в приборе с виртуальным катодом | |
Geissler et al. | Intense laser‐induced electron emission from prepoled lead‐lanthanum‐zirconium‐titanate ceramics | |
Einat et al. | High-repetition-rate ferroelectric-cathode gyrotron | |
Nikoo et al. | A compact MW-class short pulse generator | |
Batrakov et al. | Sources of pulsed low-energy electron beams and soft X-rays based on liquid-metal explosive-emission cathodes | |
RU145556U1 (ru) | Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом | |
Gushenets et al. | Nanosecond high current and high repetition rate electron source | |
JP6171126B2 (ja) | 高周波型荷電粒子加速器 | |
JPH0278199A (ja) | パルスx線源駆動装置 | |
RU2614986C1 (ru) | Сверхширокополосный генератор электромагнитных импульсов | |
RU2134920C1 (ru) | Отражательный триод | |
RU2395132C1 (ru) | Сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком | |
RU2123740C1 (ru) | Виркатор | |
JP2886941B2 (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
RU2241277C1 (ru) | Способ повышения электрической прочности вакуумной изоляции | |
Morrison et al. | A new method of exciting uniform discharges for high pressure lasers | |
RU2239257C1 (ru) | Диодный узел для генератора сверхвысокочастотного излучения | |
Lomaev | INFLUENCE OF THE BEAM CURRENT ON THE SIGNAL FROM THE CURRENT SHUNT AT A HIGH VOLTAGE NANOSECOND DISCHARGE IN GAS AND VACUUM DIODES |