RU2214648C2 - Отражательный триод - Google Patents
Отражательный триод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2214648C2 RU2214648C2 RU2001107367A RU2001107367A RU2214648C2 RU 2214648 C2 RU2214648 C2 RU 2214648C2 RU 2001107367 A RU2001107367 A RU 2001107367A RU 2001107367 A RU2001107367 A RU 2001107367A RU 2214648 C2 RU2214648 C2 RU 2214648C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage source
- anode
- control
- electrode
- hole
- Prior art date
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) электроники и может быть использовано при создании генераторов СВЧ-излучения. Технический результат: повышение стабильности частоты генерации, а также длительности и энергии генерируемого излучения. Сущность изобретения: в отражательном триоде, включающем источник управляющего напряжения, источник ускоряющего напряжения, устройство вывода электромагнитного излучения, вакуумную камеру, внутри которой последовательно размещены коллектор, прозрачный для электронов анод, подключенный к источнику ускоряющего напряжения, диэлектрический элемент с отверстием и охватывающий его заземленный электрод, а также управляющий электрод, одним концом подключенный к источнику управляющего напряжения, а другим вставленный в отверстие диэлектрического элемента, при этом управляющий электрод и заземленный электрод образуют зазор у поверхности диэлектрического элемента со стороны расположения анода, новым является то, что конец управляющего электрода, свободный от подключения, установлен в отверстие диэлектрического элемента со стороны поверхности диэлектрического элемента, обращенной к аноду, а другой конец подключен к источнику управляющего напряжения с той же стороны. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) электроники и может быть использовано при создании генераторов СВЧ-излучения.
Известен генератор СВЧ-излучения на основе системы с виртуальным катодом, называемый отражательным триодом и содержащий корпус, катод, анод и генератор высокого напряжения [1] (Kapetanakos С.A., Sprangle P.A., Mahuffey R. A. , Golden G., "High-power microwaves from a non-isochronous reflecting system (NIRES)", патент США 4150340, кл. Н 01 J 25/74, 17.04.79).
Недостатком известных конструкций отражательных триодов является небольшая длительность генерируемого электромагнитного излучения и, как следствие, ограниченная энергия излучения.
За прототип выбран отражательный триод [2] (Булычев С.В., Дубинов А.Е., Жданов В.С., Львов И.Л., Садовой С.А., Селемир В.Д., Халдеев В.Н. "Генерация широкополосных радиоимпульсов в отражательном триоде с виртуальным катодом нового типа", "Физика плазмы", 2000 г., т.26, 7, с.639-642), в котором содержатся источник управляющего напряжения, источник ускоряющего напряжения, устройство вывода электромагнитного излучения и вакуумная камера, внутри которой последовательно расположены коллектор, прозрачный для электронов анод, диэлектрик, а также образующие зазор у поверхности диэлектрика со стороны анода заземленный электрод, охватывающий диэлектрик, и управляющий электрод, одним концом установленный в отверстие диэлектрика, при этом другой конец управляющего электрода подключен к источнику управляющего напряжения, а анод подключен к источнику ускоряющего напряжения. Анод выполнен сетчатым.
Недостатком предложенного решения является нестабильность частоты генерации и небольшая энергия и длительность импульса генерируемого излучения. Длительность импульса генерируемого излучения не превышает 100 нс.
Техническая задача состоит в обеспечении возможности применения отражательного триода в качестве источника СВЧ- излучения в беспроводных линиях передачи электромагнитной энергии на расстояние.
Ожидаемым техническим результатом предлагаемого решения является повышение стабильности частоты генерации, а также длительности и энергии генерируемого излучения.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом отражательном триоде, содержащем источник управляющего напряжения, источник ускоряющего напряжения, устройство вывода электромагнитного излучения, вакуумную камеру, внутри которой последовательно размещены коллектор, прозрачный для электронов анод, подключенный к источнику ускоряющего напряжения, диэлектрик и охватывающий его заземленный электрод, а также управляющий электрод, одним концом подключенный к источнику управляющего напряжения, а другим установленный в отверстие диэлектрика, при этом управляющий электрод и заземленный электрод образуют зазор у поверхности диэлектрика со стороны расположения анода, новым является то, что конец управляющего электрода, свободный от подключения, вставлен в отверстие диэлектрического элемента со стороны поверхности диэлектрического элемента, обращенной к аноду, а другой конец подключен к источнику управляющего напряжения с той же стороны.
В отражательном триоде, взятом за прототип, на управляющий электрод подается импульс управляющего напряжения, который инициирует скользящий разряд в зазоре между управляющим электродом и заземленным электродом вдоль поверхности диэлектрика. На анод подается статическое напряжение положительной полярности, вытягивающее из плазмы приповерхностного разряда пучок электронов. Электроны, пролетая сквозь анод, под воздействием кулоновского расталкивания впереди летящих электронов и под воздействием тормозящего электрического анодного поля образуют виртуальный катод, совершающий осцилляции по величине электрического потенциала и своему местоположению. Колебания электронов происходят также в потенциальной яме между плазмой разряда и виртуальным катодом, причем частота этих колебаний и частота колебаний виртуального катода совпадают. Колебания виртуального катода модулируют ток пучка электронов, пролетающих сквозь виртуальный катод к коллектору, по частоте, равной частоте колебаний виртуального катода. С коллектора пролетный ток выводится на петлевые антенны. В результате промодулированности тока антенны будут излучать в пространство электромагнитные волны на частоте колебаний виртуального катода, то есть частоте СВЧ-диапазона.
При перемыкании разрядной плазмой зазора между управляющим электродом и заземленным электродом образуется контур с током, текущим через управляющий электрод, межэлектродный зазор и заземленный электрод. В контуре возникает магнитная сила Ампера, стремящаяся его расширить. В данной конструкции для удобства изготовления связь между электродом управляющего напряжения и источником управляющего напряжения осуществлена таким образом, что токовый контур имеет форму, при которой сила Ампера выталкивает плазму из межэлектродного зазора, что приводит к уменьшению промежутка между анодом и плазменным образованием. По этой причине геометрические параметры потенциальной ямы между плазменным образованием и виртуальным катодом изменяются, что приводит к изменению частоты колебаний электронов в потенциальной яме и, как следствие, к изменению частоты генерируемого излучения, иными словами, к ее нестабильности.
Результатом уменьшения расстояния между плазмой и анодом является также то, что разность потенциалов на данном промежутке понижается, ускоряющая сила, действующая на электроны, уменьшается, и формирование пучка электронов прекращается. Это существенно понижает длительность генерируемого пучка электронов, а следовательно, длительность и энергию генерируемого излучения.
В предложенной конструкции токовый контур имеет такую форму, что возникающая в нем сила Ампера не отталкивает, а, наоборот, прижимает плазму разряда к поверхности диэлектрика. Это достигается за счет того, что конец управляющего электрода, свободный от подключения, вставлен в отверстие диэлектрического элемента со стороны межэлектродного зазора, другой конец подключен к источнику управляющего напряжения с той же стороны.
Таким образом, межэлектродный зазор расположен как бы с внутренней стороны токового контура, и магнитная сила Ампера действует на частицы плазмы в направлении к поверхности диэлектрика, препятствуя движению плазмы по направлению к аноду. Так как плазменное образование остается на месте, то расстояние между ним и анодом, а также виртуальным катодом остается неизменным, значит, геометрические параметры потенциальной ямы, в которой колеблются отраженные электроны, не изменяются, и частота колебаний также остается неизменной. Это способствует стабильности частоты генерации отражательного триода, которая равняется частоте колебаний электронов в потенциальной яме.
Также вследствие того, что расстояние между плазменным образованием и анодом не уменьшается, перемыкания промежутка между ними не происходит и потенциал анода не изменяется. Поэтому сообщаемая вытягивающимся из плазмы электронам энергия не уменьшается, и прекращения формирования пучка не происходит. Следовательно, по сравнению с прототипом существенно увеличивается длительность пучка, а значит, увеличиваются и длительность генерируемого излучения, и его энергия.
На чертеже изображен пример конструкции заявляемого отражательного триода.
Заявляемый отражательный триод содержит источник управляющего напряжения (1), источник ускоряющего напряжения (2), устройство вывода электромагнитного излучения - петлевые антенны (3) и вакуумную камеру (4), внутри которой последовательно размещены коллектор (5), прозрачный для электронов анод (6), подключенный к источнику ускоряющего напряжения, диэлектрический элемент, имеющий отверстие (7) и охватывающий его заземленный электрод (8), а также управляющий электрод (9), одним концом подключенный к источнику управляющего напряжения, а другим вставленный в отверстие диэлектрического элемента, при этом управляющий электрод и заземленный электрод образуют зазор у поверхности диэлектрического элемента со стороны расположения анода. Конец управляющего электрода, свободный от подключения, установлен в отверстие диэлектрика со стороны поверхности диэлектрического элемента, обращенной к аноду, а другой конец подключен к источнику управляющего напряжения с той же стороны. В данной конструкции анод представляет собой металлическую сетку, а диэлектрический элемент имеет форму диска с отверстием посередине. Положение анода и коллектора относительно диэлектрика можно регулировать.
Принцип работы заявляемого отражательного триода заключается в следующем. Импульс высокого напряжения положительной полярности подается на управляющий электрод и инициирует поверхностный разряд в зазоре между ним и кромками заземленного электрода у поверхности диэлектрика. На анод подается статическое высокое напряжение положительной полярности через подключение источника ускоряющего напряжения к анодному фланцу (10) и путем электрического контакта анодного фланца и анода. С помощью анодного напряжения из плазмы приповерхностного разряда вытягиваются электроны, которые, пролетая сквозь анод, образуют виртуальный катод. Путем электрического контакта коллектора и вакуумной камеры ток частиц, пролетевших сквозь виртуальный катод к коллектору, выводится на петлевые антенны, включенные между вакуумной камерой и заземленным электродом, в результате чего антенны будут излучать в пространство электромагнитные волны на частоте СВЧ-диапазона.
Изолятор (11) предотвращает электрический контакт управляющего электрода с коллектором и сетчатым анодом, изолирующие фланцы (12) и (13) - контакт анодного фланца с вакуумной камерой и заземленным фланцем. Изолирующая шайба (14) служит для предотвращения пробоя между управляющим электродом и заземленным фланцем с обратной стороны диэлектрического диска. Варьируя величину анодного напряжения и расстояние от диэлектрика до анода, частоту излучения можно изменять. Жирными стрелками показано направление протекающих токов. Тонкими волнистыми стрелками показано направление движения электронов в разрядной плазме, а тонкими прямыми стрелками - направление движения электронов вытягиваемого пучка.
Примерные параметры отражательного триода:
подаваемое ускоряющее напряжение 1-4 кВ,
амплитуда подаваемого импульса управляющего напряжения 2,5-4 кВ,
межэлектродный зазор у диэлектрика 1-3 мм,
расстояние эмиттер-анод 2-10 мм,
расстояние анод-коллектор 15-30 мм,
частота генерации 200-1500 МГц,
длительность излучения до 10 мкс.
подаваемое ускоряющее напряжение 1-4 кВ,
амплитуда подаваемого импульса управляющего напряжения 2,5-4 кВ,
межэлектродный зазор у диэлектрика 1-3 мм,
расстояние эмиттер-анод 2-10 мм,
расстояние анод-коллектор 15-30 мм,
частота генерации 200-1500 МГц,
длительность излучения до 10 мкс.
Claims (1)
- Отражательный триод, включающий источник управляющего напряжения, источник ускоряющего напряжения, устройство вывода электромагнитного излучения, вакуумную камеру, внутри которой последовательно размещены коллектор, прозрачный для электронов анод, подключенный к источнику ускоряющего напряжения, диэлектрический элемент с отверстием и охватывающий его заземленный электрод, а также управляющий электрод, одним концом подключенный к источнику управляющего напряжения, а другим вставленный в отверстие диэлектрического элемента, при этом управляющий электрод и заземленный электрод образуют зазор у поверхности диэлектрического элемента со стороны расположения анода, отличающийся тем, что конец управляющего электрода, свободный от подключения, вставлен в отверстие диэлектрического элемента со стороны расположения поверхности диэлектрического элемента, обращенной к аноду, а другой конец подключен к источнику управляющего напряжения с той же стороны.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001107367A RU2214648C2 (ru) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Отражательный триод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001107367A RU2214648C2 (ru) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Отражательный триод |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001107367A RU2001107367A (ru) | 2003-03-10 |
RU2214648C2 true RU2214648C2 (ru) | 2003-10-20 |
Family
ID=31988097
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001107367A RU2214648C2 (ru) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Отражательный триод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2214648C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444082C2 (ru) * | 2010-05-24 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Генератор свч сигналов на виртуальном катоде |
-
2001
- 2001-03-19 RU RU2001107367A patent/RU2214648C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"Физика плазмы", 2000, т.26, №7, с.639-642. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444082C2 (ru) * | 2010-05-24 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Генератор свч сигналов на виртуальном катоде |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Clark et al. | Magnetically insulated transmission line oscillator | |
EP0364574B1 (en) | Plasma-assisted high-power microwave generator | |
WO1989010000A2 (en) | Plasma-assisted high-power microwave generator | |
US5537005A (en) | High-current, low-pressure plasma-cathode electron gun | |
EP0400089B1 (en) | Improved plasma wave tube | |
US4553068A (en) | High power millimeter-wave source | |
US5552672A (en) | Magnetron construction particularly useful as a relativistic magnetron | |
US5159241A (en) | Single body relativistic magnetron | |
RU2214648C2 (ru) | Отражательный триод | |
US2748277A (en) | Magnetron noise generators | |
US5164634A (en) | Electron beam device generating microwave energy via a modulated virtual cathode | |
US4459511A (en) | Maser | |
EP0403583B1 (en) | Plasma wave tube and method | |
US4024465A (en) | Generation of corona for laser excitation | |
JPH088159B2 (ja) | プラズマ発生装置 | |
US4412150A (en) | Maser | |
RU2123740C1 (ru) | Виркатор | |
JPH02278632A (ja) | 電子ビームと発生器と該発生器を用いた電子装置 | |
RU2134920C1 (ru) | Отражательный триод | |
JP2614632B2 (ja) | 負イオン発生装置 | |
GB2120008A (en) | Emitron: a microwave diode | |
US2809322A (en) | Neutralization of ion plasma oscillations in electron discharge tubes | |
RU2228560C1 (ru) | Релятивистский магнетрон | |
US4099093A (en) | Electronic tube for generating millimetric wave pulses | |
US2347577A (en) | Resonant cavity oscillator |