SE532962C2 - Anordning för generering av mikrovågor - Google Patents

Description

l5 25 30 532 352% cylinderforrnade röret, vilken centrumledare sträcker sig utmed centrumaxeln för det yttre cylinderforrnade röret in i det inre cylinderformade röret.

Den genererade elektromagnetiska strålningens frekvens bestäms huvudsakligen av relationen mellan anod och katod samt drivspärmingen till anordningen. Bandbredden på den genererade elektromagnetiska strålningen är några få procent, men det förekommer därutöver övertoner i det frekvensspektrumet som genereras på jämna multiplar av grundfrekvensen. Genom att införa den cylinderformade centrumledaren i centnnn av det yttre cylinderforrnade röret och elektriskt förbinda röret med centrumledaren skapas en bredbandi g strålkälla. Den genererade elektromagnetiska strålningen innehåller dels en komponent genererad av den virtuella katoden samt en komponent med lägre frekvensinnehåll genererad av ett transient förlopp i drivkällan som matar anordningens katod med spänningspulser. Den lägre frekvenskomponenten är mer bredbandig än den högre frekvenskomponenten.

Företrädesvis är den cylinderformade centrumledaren utformad cirkulärcylindrisk. En sådan utformning bidraget till ett symmetriskt utförande. Centrumledaren föreslås i ett utförande vara utformad med ett hålrum. Genom att göra centrumledaren ihålig uppnås en reducering av både vikt och materialåtgång utan att äventyra anordningens funktion.

Enligt ett fördelaktigt utförande av anordningen är den cirkulärcylindriska centrumledaren åtminstone delvis omgiven av ett dielektrikum anbringat i anodens vågledare för utrnatning av mikrovågsstrålningen. Dielektrikumet kan därvid utgöras av ett plastmaterial. Alternativt kan dielektrikumet utgöras av ett keramiskt material.

Enligt ett annat fördelaktigt utförande av anordningen är ena änden av den cylinderformade centnimledaren elektriskt och mekaniskt ansluten till en central del av en elektriskt ledande vägg anordnad på insidan av katodens cylinderforinade rör tvärs rörets längdrlktning på avstånd från anodens åtminstone delvis för elektroner transparanta rör. Genom införande av en sådan vägg kan den virtuella katoden förstärkas genom återkoppling. lO 15 20 25 Enligt ytterligare ett fördelaktigt utförande av anordningen är en elektriskt ledande vägg anordnad på utsidan av anodens åtminstone delvis för elektroner transparenta rör tvärs rörets län gdriktning på avstånd från katodens cylinderfonnade rör. Införandet av denna vägg och i synnerhet tillsammans med en vägg enligt utförandet i förgâende stycke förstärker den virtuella katoden ytterligare genom återkoppling.

Den cylinderforrnade oentrurnledaren kan väsentligen bestå av metall, såsom aluminium, koppar eller stål.

För matning av anordningens katod är lämpligen en högsp änningsgenerator ansluten till katodens transmissionsledare. En lämplig hö gspänningsgenerator är en Marx- generator. Vidare är vågledaren för utmatning av mikrovâgsstrålningen ansluten till en antenn. Antennen kan förslagsvis vara en homantenn. l ett töreslaget utförande utgörs anordningens anod åtminstone delvis av ett nät. Alternativt kan anoden delvis utgöras av en tunn folie.

Transmissionsanordningen för utmatning av rnilcrovågsstrålning kan utformas på olika sätt. Enligt en föreslagen utformning innefattar transmissionsanordningen för utmatning av mikrovågsstrålníng till en last åtminstone delar av det inre cylinderfonnade röret samt ett i rörets inre anbringat dielektrikum. Enligt ett annat föreslaget utförande innefattar transmissionsanordningen för utmatning av mikrovågsstrålning till en last en vågledare anordnad mellan anoden och lasten. Båda utförandena har visat sig gynnsamma vid utmatning av bredbandig mikrovågsstrålning.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare i exemplifierad förrn under hänvisning till bifogade ritningar där: Figur l sohematiskt visar ett exempel på en känd koaxiell virtuell katodoscillator ingående i en anordning för generering av mikrovågor.

Figur 2 schernatisk visar ett första exempel på en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinningen ingående i en anordning för generering av mikrovågor. lO l5 25 30 v51.

Call Su Figur 3 schernatisk visar ett andra exempel på en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinningen ingående i en anordning för generering av mikrovågor.

Figur 4 visar ett mer detaljerat exempel på en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinningen ingående i en anordning för genereiing av mikrovågor.

Figur 5 schernatiskt i blockforin visar en komplett anordning för gerierering av mikrovågor innefattande en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinningen.

Den i figur l mycket schematiskt visade och kända koaxiella virtuella katodoscillatorn l innefattar en katod 2 i form av ett yttre cylinderfonnat rör och en anod 3 i form av ett inre cylinderforrnat rör. Katodoscillatorn är av en mycket enkel geometrisk konstruktion och bygger på att en så kallad virtuell katod 4 upp står i anodens inre under vissa betingelser.

Figur 2 visar lika schematiskt en modifiering av den kända koaxiella virtuella katodoscillatorn för förbättring av verkningsgrad och bandbredd. Enligt detta utförande är en centrumledare 5 anordnad att sammanfalla med ceritrumaxeln, ej visad, för katoden 2 i form av ett yttre cylinderforrnat rör. Centrumledaren 5 är elektriskt förbunden med katoden 2 och i utförandet enligt figur 2 via en elektriskt ledande struktur 6 anordnad på insidan av anodens cylinderfonriade rör och tvärs rörets längdriktning. Strukturens 6 elektriskt ledande vägg skapar en återkoppling som kan bidraga till att förstärka den virtuella katoden 4. En ytterligare ledande struktur 7 i form av en elektriskt ledande vägg är av samma skäl, att skapa återkoppling, anordnad på utsidan av den rörforrnade anoden 3 eller därtill ansluten transrnissionsanordning 8.

Transmissionsanordningen 8 innefattar ett rör 9 vars ena mot katoden vända ände är delvis transparent och utgör anoden 3 och vars andra ände är försedd med ett dielektrikum lO. Dielektrikumet kan förslagsvis vara av keramiskt material eller plastmaterial. I centrum av röret 9 löper den med anordningens katod 2 elektriskt förbundna centrumledaren 5. Transmissionsanordningen överför genererad elektromagnetisk energi till ansluten icke visad last i form av exempelvis en antennstnilrtur. 10 15 20 25 30 Alternativt kan transrnissionsanordningen 8 utformas med en vågledare mellan anoden 3 och aktuell last som leder genererad elektromagnetisk energi. Figur 3 visar ett schematiskt utförande. En transmissionsledare bildas därvid av röret 9 och centrutnledaren 5. Dielektrikumet 10 i röret 9 utgörs här av vakuum.

Den koaxiella virtuella katodoscillatorn 1 kan ingåi en anordning för generering av rnikrovågor visad i figur 5 och innefattande en högspännings generator ll ansluten till katodoscillatorns ingång och en antenn 12 ansluten till katodoscillatorns utgång.

Antennen kan vara en hornantenn.

Katodoscillatorn med kringarrangemang visas och beskrivs nu mer i detalj under hänvisning till figur 4 både vad gäller utformning och funktion.

Hänvisningsbeteckningar som har motsvarighet i tidigare beskrivna figurer har givits samma hänvisningsbeteckningar i figuren 4. Enligt figur 4 är anod 3 och katod 2 anordnade i en vakuumkamrnare 13 till vilket finns anslutning 14 för en icke visad vakuurnpump. Ett gängförband 15 gör att strukturens 6 avstånd till anoden 3 kan justeras genom en vridningsrörelse. Ett motsvarande gängförband kan anordnas för att justera strukturens 7 avstånd till katoden 2. Anoden 3 är försedd med ett nät 16 som till viss del är transparant för fria elektriskt laddade partiklar. Alternativt kan anoden innefatta en tunn folie. Anoden 3 övergår i en utgående vågledare 17, medan katoden 2 matas via en transmissionsledare 18. Enligt det visade utförandet är en ihålig centnirnledare 5 anordnad att sarnrnanfalla med centrurnaxeln 19 för katodens 2 cylinderformade rör. Centrumledaren 5 sträcker sig åtminstone från strukturen 6 och genom anoden 3 till en transmissionsanordning 8.

Katodoscillatorns konstruktion bygger på att en så kallad virtuell katod uppstår under vissa betingelser. När en spänningspuls med negativ potential från exempelvis en Marx-generator via transmissions-ledaren 18 påläggs katoden 2 uppstår ett högt elektriskt fält mellan katoden 2 och anoden 3. Detta medför att elektroner fältemitteras ut från katodmaterialet. Elektronema accelereras därefter mot anodstmkturen och flertalet av elektronema kommer även att passera anoden och börja retarderas. Om vissa villkor är uppfyllda kommer en virtuell katod 4 att uppstå inne i anodstrukturen.

På grund av att processen är kraftigt olinjär inträffar fenomen som medför att rnikrovågsstrålning genereras. De närmare förutsättningarna för 10 mikrovågsgenereringen beskrivs inte här då det tillhör kornpetensområdet för en fackman på området. Under rätta förutsättningar genereras mycket hög effekt under en kort period av typiskt storleksordningen 50-100 ns innan kortslutning inträffar.

Genererade mikrovågor lämnar katodoscillatorns anod via den till anoden anslutna vågledaren 17 som har väsentligen sarnma radie som anoden 3.

Genom införande av centrurnledaren 5 skapas en mer bredbandig strålkälla. För att förbättra genereringen av elektromagnetisk energi med ett brett frekvensinnehåll, anpassas centrurnledarens 5 radie till drivspänning och avstånd mellan anod och katod. Anpassningen kan ske genom beräkningar och/eller utprovning.

Uppfinningen är inte begränsad till de i ovanstående såsom exempel visade utföringsfonnema utan kan underkastas modifikationer inom ramen for efterföljande patentkrav.

Claims (17)

1. lO 15 25 30 få 3 2 5 5 É 7 Patentkrav l. Anordning för generering av rnikrovågor innefattande en virtuell katodoscillator i koaxiellt utförande med ett yttre cylinderformat rör rotationssyrnmetriskt utformat kring en centrumaxel bildande en katod och anslutet till en transmissionsledare För matning av katoden med spänningspulser, samt ett inre cylinderforrnat åtminstone delvis för elektroner transparant rör bildande en anod och anslutet till en transrnissionsanordning för utmatning av mikrovågsstrålning genererad genom bildande av en virtuell katod inne i ett av anoden omslutet område, kännetecknad av att katoden innefattar en cylinderformad centrumledare anbringad att sarnmanfalla med centrurnaxeln för det yttre cylinderfiorrnade röret och i elektriskt ledande förbindelse med det yttre cylinderfonnade röret, vilken centrurnledare sträcker sig utmed centrumaxeln för det yttre cylinderformade röret in i det inre cylinderfonnade röret.

2. Anordning enligt patentkravet l, kännetecknad av att den cylinderfonnade centrumledaren är utformad cirkulärcylindrisk.

3. Anordning enligt något av patentkraven l-2, kännetecknad av att den cirkulärcylindriska centrumledaren åtminstone delvis är omgven av ett dielektrikum anbringat i anodens vågledare för utmatning av mikrovågsstrålningen.

4. Anordning enligt patentkravet 3, kännetecknad av att dielektrikurnet utgörs av ett plastmaterial.

5. Anordning enligt patentkravet 3, kånnetecknad av att dielektrikumet utgörs av - ett keramiskt material.

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att ena änden av den cylinderformade centrumledaren är elektriskt och mekaniskt ansluten till en central del av en elektriskt ledande vägg' anordnad på insidan av katodens cylinderformade rör tvärs rörets längdriktning på avstånd från anodens åtminstone delvis för elektroner transparanta rör. 10 15 20 25 30 532 552

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, känneteckn at av att en elektriskt ledande vägg är anordnad på utsidan av anodens åtminstone delvis för elektroner transparenta rör tvärs rörets längdriktning på avstånd från katodens cylinderformade rör. i

8. S. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att den cylinderforrnade centrurnledaren väsentligen består av metall, såsom aluminium, koppar eller stål.

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att transmissionsledaren för matning av katoden är ansluten till en hö gspännings generator.

10. Anordning enligt patentkravet 9, kännetecknad av att högspänningsgeneratorn är en Marx-generator.

11. ll. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att transmissionsanordningen för utmatning av mikrovågsstrålningen är ansluten till en antenn.

12. Anordning enligt patentkravet 9, kännetecknad av att antennen är en hornantenn.

13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att anoden “ åtminstone delvis utgörs av ett nät.

14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att anoden åtminstone delvis utgörs av en tunn folie.

15. lS. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknar! av att transmissionsanordningen för utmatning av mildovâgssdålníng till en last innefattar åtminstone delar av det inre cylinderfonnade röret samt ett i rörets inre anbríngat dielektrikum. "l CLJ FO (D UI! FU

16. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att transmissíonsanordningen för utmatning av mikrovâgsstrålxling till en last innefattar en vâgledare anordnad mellan anoden och lasten.

17. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att centrumledaren är utformad med ett hålrurn.