SU938333A1

SU938333A1 - Microwave generator

Info

Publication number: SU938333A1
Application number: SU802993876A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Иванович Ежов; Евгений Иванович Нефедов; Константин Иванович Палатов; Игорь Михайлович Российский; Николай Петрович Санталов
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср
Priority date: 1980-10-17
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1982-06-23

Description

(5) ГЕНЕРАТОР.СВЧ КОЛЕБАНИЙ(5) GENERATOR.CHF VIBRATIONS

1one

Изобретение относитс к радиофизике и радиотехнике миллиметрового и субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн.This invention relates to the radio physics and radio engineering of the millimeter and submillimeter range of electromagnetic waves.

Известен генератор СВЧ колебаний (отражательный клйстроу), состо щий из катода, металлических сеток, вход щих в состав закрытого резонатора и отражател электронов 11.A generator of microwave oscillations (reflection kleystroi) is known, consisting of a cathode, metal grids that make up a closed resonator, and an electron reflector 11.

Недостатком этого класса генераторов СВЧ колебаний вл етс сравнительно широка лини излучени , поскольку здесь используетс закрытый резонатор, имеющий большие омические потери. Попытка увеличить объем резонатора, а вместе с тем и запасенную энергию, с неизбежностью приводит к генерированию широкого спектра паразитных частот, подавление которых представл ет сложную и нерешенную техническую задачу.The disadvantage of this class of microwave oscillators is a relatively wide emission line, since it uses a closed resonator with large ohmic losses. An attempt to increase the volume of the resonator, and at the same time the stored energy, inevitably leads to the generation of a wide range of spurious frequencies, the suppression of which is a complex and unsolved technical problem.

Известен также генератор СВЧ колебаний , содержащий катод, модулирующий каскад, отражатель и два зеркала , образующий открытый резонатор, одно из зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса 2,Also known is a generator of microwave oscillations, containing a cathode, a modulating cascade, a reflector and two mirrors, forming an open resonator, one of whose mirrors is made in the form of a hollow truncated cone 2,

Вследствие наличи открытого резонатора данный генератор имеет более разреженный спектр генерируемых колебаний, но система фокусировки прибора более сложна . Кроме того, прибор не обеспечивает высокого КПД,Due to the presence of an open resonator, this generator has a more rarefied spectrum of generated oscillations, but the instrument focusing system is more complex. In addition, the device does not provide high efficiency,

10ten

Цель изобретени - повышение КПД и упрощение конструкции.The purpose of the invention is to increase efficiency and simplify the design.

Указанна цель достигаетс тем, что в генераторе СВЧ колебаний, содержащем катод, модулирующий кас15 кад, отражатель и два зеркала, образующие открытый резонатор, одно из зеркал которого выполнено в виде полого усеченного конуса, второе This goal is achieved by the fact that in a microwave oscillator containing a cathode, a modulating box, a reflector and two mirrors forming an open resonator, one of which is made in the form of a hollow truncated cone, the second

20 зеркало открытого резонатора выполнено в виде выпуклого гиперболического зеркала, расположенного коаксиально первому и имеющего переходное устройство в виде щелей, модулирующии каскад выполнен в виде металлических сеток, сопр женных со щел ми переходного устройства, а катод и отражатель расположены по оси открытого резонатора. На чертеже показан генератор, разрез. Генератор С8Ч колебаний содержит катод 1, металлические сетки 2, отражатель 3, внешнее коническое зеркало k открытого резонатора, внутренее гиперболическое зеркало 5 открытого резонатора, переходное устройство 6. Внешнее коническое и внутреннее гиперболическое зеркала k и S образуют открытый резонатор. Катод 1, м таллические сетки 2 и отражатель 3 расположены на одной оси. Металличе кие сетки 2 размещены.внутри полост внутреннего гиперболического зеркала . Переходное устройство 6 в виде системы щелей прорезано во внутрен нем гиперболичесГком зеркале 5 и охв чено полостью, образованной метал1лическими сетками 2. Генератор СВЧ Колебаний образует конструкцию, сим Нетричную относительно продольной о I Система, образованна катодом 1, металлическими сетками 2, отражателем 3, переходным устройством 6 и внутренним зеркалом 5 открытого резонатора , выполнена вакуумноплотной Генератор СВЧ колебаний работает следующим образом. Поток 7 электройов, испускаемых катодом 1, проходит через систему металлических сеток 2 и попадает в область отражател 3, на который подано отрицательное напр жение, возвращающее электроны в область сеток 2. Врем пролета электронов в пр мом и обратном направлени х подобрано так, чтобы выполн лось условие синхр низма - вовзращающиес электроны попадают в область сеток 2, когда в этой области дл них имеетс тормоз щее поле, и электроны отдают свою энергию высокочастотному полю. Высокочастотные колебани из пространства между сетками 2 проход т через переходное устройство б, представл ю щее собой систему щелей, выполненную в виде сотовой структуры, кажда чейка которой осуществл ет поворот плоскости вектора Е на ЭО, что приводит к возбуждению в резонансном объеме (между зеркалами k и 5) магнитных колебаний (т f,2,...3 . 4 азимутальный индекс, 1 - радиальный, а q),2,...-продольный индексы колебаний ). ОР образован коническим зеркалом k и зеркалом 5 в виде выпуклого гиперболЬида вращени . Индексы гл и g в принципе могут приниматъ любые значени , однако предпочтительным вл етс режим работы с единичным продольным индексом (). При этом добротность рабочего типа колебаний максимальна. Колебани Hm,,g обладают уникальным свойством разреженности спектра собственных колебаний..Добротные колебани удерживаютс в пространстве между критическими сечени ми (на чертеже они показаны штриховыми лини ми ) открытого резонатора, образованного зеркалами k и S. Колебание образуетс из двух встречных „ квазисобственных волн слабонерегул рного биконического рупора, отражающихс последовательно от критических сечений. Модуль коэффициента отражени квазисобственной волны Нт, гп 1 ,2,.... биконического рупора от критического сечени весьма близок к единице (с точностью .до преобразовани в волны высших номеров . Эфективность этого типа преобразовани пропорциональна квадрату малого параметра - степени отклонени профил гиперболического зеркала от регул рности. Последовательные отражени квазисобственной волны от критических сечений формируют в итоге высЬкодобротное колебание. Волны других номеров магнитного и все электрические волны не имеют критических сечении в расшир ющихс участках ОР и поэтому не удерживаютс в генераторе СВЧ колебаний и не усиливаютс . На участок спектра шириной в октаву генератор СВЧ колебаний имеет одно добротное колебание, что и обеспечивает разрежение спектра генерируемых колебаний. Коэффициент отражени высокочастотного пол из пространства между металлическими сетками 2 дл переходного устройства 6,выполненного в виде системы щелей шириной L, имеет вид 2 I. iK(ZM2 (ot,z;B ° cjz. где S - коэффициент св зи между пр мой и отраженными волнами20, the mirror of the open resonator is made in the form of a convex hyperbolic mirror located coaxially to the first one and having an adapter in the form of slots, the modulating cascade is made in the form of metal grids connected to the slots of the adapter, and the cathode and reflector are located along the axis of the open resonator. The drawing shows the generator section. S8CH oscillation generator contains cathode 1, metal mesh 2, reflector 3, external conic mirror k of an open resonator, internal hyperbolic mirror 5 of an open resonator, transition device 6. External conical and internal hyperbolic mirrors k and S form an open resonator. Cathode 1, magnetic nets 2 and reflector 3 are located on the same axis. Metallic cie nets 2 are placed. Inside the cavity is an internal hyperbolic mirror. Transition device 6 in the form of a slit system is cut in an internal hyperbolic mirror 5 and covered by a cavity formed by metal grids 2. The microwave oscillation generator forms a structure that is non-stringal relative to the longitudinal axis I. The system formed by cathode 1, metal grids 2, reflector 3, transient The device 6 and the internal mirror 5 of the open resonator are made vacuum-tight. The microwave oscillation generator operates as follows. The flow of 7 electrons emitted by the cathode 1 passes through a system of metal grids 2 and falls into the region of the reflector 3, to which a negative voltage is applied, which returns electrons to the region of grids 2. The time of flight of electrons in the forward and reverse directions is chosen so that The sync low condition is that the evolving electrons fall into the region of grids 2, when there is a retarding field for them in this region, and the electrons give up their energy to the high-frequency field. High-frequency oscillations from the space between the grids 2 pass through the transition device b, which is a system of slits made in the form of a honeycomb structure, each cell of which rotates the plane of the vector E to EO, which leads to excitation in the resonant volume (between mirrors k and 5) magnetic oscillations (t f, 2, ... 3. 4 azimuthal index, 1 - radial, and q), 2, ... - longitudinal vibration index). The OR is formed by a conical mirror k and a mirror 5 in the form of a convex hyperbolic rotation. The indices hl and g in principle can take any value, however, the operation mode with a single longitudinal index () is preferable. In this case, the quality factor of the working type of oscillations is maximum. The oscillations Hm ,, g have the unique property of the sparseness of the spectrum of natural oscillations .. Zero-oscillations are kept in the space between critical sections (in the drawing they are shown by dashed lines) of an open resonator formed by the mirrors k and S. The oscillation is formed from two counterpropagating quasi-natural waves biconical horn, which are sequentially reflected from critical sections. The modulus of the reflection coefficient of a quasi-proper wave Ht, rn 1, 2, .... biconical horn from the critical section is very close to unity (with an accuracy to convert to higher number waves. The efficiency of this type of transformation is proportional to the square of the small parameter - the degree of deviation of the hyperbolic mirror profile from regularity. Sequential reflections of a quasi-proper wave from critical sections form, as a result, a good-Q oscillation. Waves of other magnetic numbers and all electric waves do not have a crit sections of the spectrum and are therefore not retained in the microwave oscillator and are not amplified.On the octave width spectrum, the microwave oscillator has one good oscillation, which ensures the rarefaction of the spectrum of the oscillations generated.The reflection coefficient of the high-frequency field from the space between the metal grids 2 for the transition device 6, made in the form of a system of slits of width L, has the form 2 I. iK (ZM2 (ot, z; B ° cjz. where S is the coupling coefficient between direct and reflected waves

Claims

Formula of the invention A microwave oscillator comprising a cathode, a modulating cascade, a reflector and an open resonator formed by two mirrors, one of which is made in the form of a hollow truncated cone, characterized in that, in order to increase the efficiency and simplify the design, the second mirror the open resonator is located coaxially with the first one, has a convex hyperbolic surface and a transition device in the form of slots, the modulating cascade is made in the form of metal grids conjugated with slots of the transition device, and the cathode a reflector disposed on the axis of the open resonator.