×
29.05.2019
219.017.65c7

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОГО КАТОДА С РАДИАЛЬНЫМ ПУЧКОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Область техники - генерирование электромагнитных волн на основе колебаний виртуального катода (ВК). Может быть использовано при создании генераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Сущность изобретения: сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком содержит установленный в вакуумной камере и подключенный к внешнему источнику питания коаксиальный диод, образованный полым цилиндрическим катодом и размещенным в нем полым прозрачным для электронов анодом, соединенным с корпусом вакуумной камеры, и переходящим в устройство вывода сверхвысокочастотного излучения, в полости анода расположен гальванически связанный с катодом осевой электрод, при этом пары катод-анод и анод-осевой электрод образуют коаксиальные линии с одинаковым волновым сопротивлением, и установлены с обеспечением организации искусственной положительной обратной связи. Кроме того, эмитирующая электроны часть катода может быть установлена с возможностью осевого перемещения Образованные внутренние коаксиальные линии организуют при генерации СВЧ-излучения искусственную положительную обратную связь, приводящую к дополнительной модуляции пучка электронов. Технический результат заключается в повышении КПД генерации СВЧ-излучения за счет организации искусственной положительной обратной связи, приводящей к дополнительной модуляции электронного пучка. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике, в частности к устройствам генерации электромагнитного излучения на основе колебаний виртуального катода (ВК), и может быть использовано при создании генераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения.

Известен генератор сверхвысокочастотного излучения (виркатор) [1] Селемир В.Д., Дубинов А.Е., Коновалов И.В., Макарова Н.Н.Виркатор. Патент РФ № 2123740, 1998, БИ № 35. Генератор представляет собой вакуумную камеру, в которой установлены катод и анод (анодная сетка), электрически связанные с внешним источником питания. Цилиндрическая проточка на торцевой поверхности катода и цилиндрическая часть анода, расположенная в цилиндрической проточке катода, образуют систему внутренних коаксиальных линий, организующих искусственную обратную связь в виркаторе. При подаче на катод импульса напряжения электроны инжектируются с катода и, проходя через анод, образуют за анодом виртуальный катод. Колебания электронов в потенциальной яме «катод-анод-ВК» и колебания ВК приводят к генерации СВЧ-излучения. Искусственная обратная связь способствует повышению модуляции пучка и ведет к увеличению эффективности преобразования энергии пучка в СВЧ-излучение.

Основной недостаток данной конструкции заключается в том, что волновое сопротивление радиальной линии, образованной катодом и анодом, в области формирования электронного потока неоднородно, вследствие чего модуляция потока неоднородна по координате r (радиальная координата). Это в свою очередь приводит к неоднородному в пространстве и во времени формированию ВК, что значительно понижает эффективность преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения.

Также известен генератор сверхвысокочастотного излучения [2] Селемир В.Д., Дубинов А.Е. Релятивистский СВЧ-генератор коаксиального типа на основе системы с виртуальным катодом. Патент РФ № 2040064, 1995, БИ № 20. Генератор представляет собой цилиндрическую вакуумную камеру с катодом, расположенным на ее внутренней поверхности, анодом (анодная сетка), прозрачным для электронов, выполненным в виде полого цилиндра и расположенным соосно с вакуумной камерой внутри нее, в торце вакуумной камеры выполнено окно вывода излучения. Кроме этого, генератор снабжен электродом-коллектором, представляющим собой цилиндр, расположенный внутри анодной полости вдоль оси катода и электрически соединенный с анодом. При подаче на анод импульса напряжения положительной полярности электроны инжектируются с катода и, проходя через анод, в пространстве между поверхностью анода и электрода-коллектора формируют ВК. Колебания электронов и колебания ВК приводят к генерации СВЧ-излучения.

Основной недостаток данной конструкции заключается в отсутствии искусственной волновой обратной связи, что приводит к неэффективному преобразованию энергии электронов пучка в энергию СВЧ-излучения.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому устройству является генератор СВЧ-излучения на основе виртуального катода с радиальным пучком [3] (Жерлицын А.Г. Генерация СВЧ излучения в триоде с виртуальным катодом коаксиального типа, Письма в ЖТФ, том 16, выпуск 22, 26 ноября 1990, с.78). Генератор представляет собой систему, содержащую вакуумную камеру, в которой установлены образующие коаксиальный диод полые цилиндрические катод и анод. Анод (анодная сетка), расположенный в полости катода, выполнен в форме цилиндра, прозрачного для электронов, который крепится к волноводу, переходящему в устройство вывода СВЧ-излучения. Рассмотрен случай с установкой в полости анода металлического цилиндра (осевого электрода), электрически соединенного с катодом. Металлический цилиндр, расположенный внутри анодной полости и гальванически соединенный с катодом, анод, расположенный в полости катода и катод образуют систему внутренних коаксиальных линий. Катод и анод связаны с внешним источником питания. При подаче на катод высоковольтного импульса от источника питания, электроны инжектируются с катода и, проходя через анодную сетку, образуют внутри анодной полости виртуальный катод. Колебания электронов в потенциальной яме «катод-анод-ВК», а также осцилляции самого ВК приводят к генерации СВЧ-излучения, выводимого из волновода через устройство вывода СВЧ-излучения.

Основной недостаток данной конструкции заключается в малом КПД, связанном с неэффективным преобразованием энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения из-за несогласованных волновых сопротивлений внутренних коаксиальных линий в области распространения электромагнитной волны от области формирования ВК до места формирования электронного потока, а также из-за потерь, связанных с отсутствием искусственной положительной обратной связи, позволяющей дополнительно использовать формируемую виртуальным катодом электромагнитную волну для воздействия на электронный поток.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание усовершенствованного СВЧ-генератора с повышенным КПД генерации излучения.

Техническим результатом данного решения является повышение эффективности преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения за счет организации искусственной положительной обратной связи, приводящей к дополнительной модуляции электронного пучка.

Данный результат достигается тем, что в сверхвысокочастотном генераторе на основе виртуального катода с радиальным пучком, содержащем установленный в вакуумной камере и подключенный к внешнему источнику питания коаксиальный диод, образованный полым цилиндрическим катодом и размещенным в нем полым прозрачным для электронов анодом, соединенным с корпусом вакуумной камеры и переходящим в устройство вывода сверхвысокочастотного излучения, в полости анода расположен гальванически связанный с катодом осевой электрод, новым является то, что геометрия электродов выбрана из условия образования парами катод-анод и анод-осевой электрод коаксиальных волноводных линий с одинаковым волновым сопротивлением, при этом электроды взаимно расположены с возможностью организации искусственной положительной обратной связи.

Эмитирующая электроны часть катода может быть установлена с возможностью перемещения вдоль оси камеры.

В предложенном генераторе при подаче на катод высоковольтного импульса отрицательной полярности от источника питания, электроны инжектируются с цилиндрического катода и формируют ВК внутри анодной полости в тормозящем квазистатическом поле. Колебания электронов в потенциальной яме «катод-анод-ВК», а также осцилляции самого ВК приводят к генерации СВЧ-излучения.

Для улучшения механизма генерации СВЧ-излучения необходимо обеспечить возникновение длительной излучательной неустойчивости, причиной которой является положительная обратная связь. Осевой электрод, расположенный внутри анодной полости и гальванически соединенный с катодом, анод, расположенный в полости катода, и катод образуют систему внутренних коаксиальных линий. Цилиндрические поверхности пар катод-анод и анод-осевой электрод создают эти вложенные друг в друга коаксиальные линии. Роль внутреннего проводника пары анод-осевой электрод выполняет внешняя поверхность осевого электрода, а внутренняя поверхность анода является вторым проводником коаксиальной линии. Роль внутреннего проводника пары катод-анод выполняет внешняя поверхность анода, а внутренняя поверхность катода является вторым проводником коаксиальной линии. В таких линиях может распространяться СВЧ-волна ТЕМ-типа. ТЕМ-волна, генерируемая в области формирования ВК, распространяясь в диодную область, будет обеспечивать организацию искусственной обратной связи в диодной области генератора.

Эта ситуация реализуется при выполнении заявляемых условий. Наличие гальванической связи катода с расположенным внутри анодной полости осевым электродом обеспечивает возможность проникновения СВЧ-волны в область формирования электронного пучка и дальнейшее взаимодействие СВЧ-волны и электронного пучка. Размеры катода, анода и осевого электрода выбраны такими, что образованные ими внутренние коаксиальные волноводные линии являются линиями с одинаковым волновым сопротивлением, что обеспечивает в отличие от прототипа согласование их волновых сопротивлений. Выполнение коаксиальных линий с одинаковым волновым сопротивлением приводит к распространению СВЧ-волны в область формирования электронного пучка с минимальными потерями.

При этом расположение катода, анода и осевого электрода относительно друг друга в зазоре между катодом и осевым электродом выполнено с обеспечением организации искусственной положительной обратной связи. Совпадение фазы СВЧ-волны, генерируемой виртуальным катодом и фазы модуляции электронного потока в диодном промежутке обеспечивается длиной, проходимой СВЧ-волной по коаксиальным линиям с одинаковым волновым сопротивлением от области формирования ВК до места формирования электронного потока. В этом случае при совпадении фаз СВЧ-волн в области формирования электронного пучка возникает искусственная положительная обратная связь, что приводит к дополнительной модуляции пучка электромагнитными волнами на частоте излучения. Согласно [4] (Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т.II. Электровакуумные приборы СВЧ. Под ред. Н.Д.Девяткова. Изд.2-е, перераб. и доп. Учебник для вузов по специальности «Электронные приборы», М.: Высшая школа, 1972, с.34) известно, что наиболее полное преобразование энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения происходит от предварительно промодулированного пучка на частоте излучения.

Выполнение катода таким образом, что часть катода, эмитирующую электроны, можно перемещать вдоль оси камеры, приводит к более точной подстройке фазы СВЧ-волны в области формирования электронного пучка. Перемещая часть катода, эмитирующую электроны, меняем длину пути для распространяющейся СВЧ-волны в область формирования электронного пучка и время ее прихода в эту область. Тем самым возможно провести более глубокую модуляцию пучка электронов.

В прототипе разница между волновыми сопротивлениями коаксиальных линий и отсутствие искусственной положительной обратной связи в области формирования электронного пучка приводит к уменьшению мощности излучения на 20 дБ.

В предлагаемом генераторе в результате дополнительной модуляции электронного пучка на частоте излучения происходит увеличение эффективности преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения, что приводит к повышению КПД генерации.

На чертеже схематично изображен СВЧ-генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком.

Заявляемый генератор имеет осевую симметрию и представляет собой вакуумную камеру 1, в которой установлен коаксиальный диод, состоящий из полого цилиндрического катода 3 с эмитирующей частью 4, закрепленного на держателе 2 и расположенного в нем полого анода 6, прозрачного для электронов, переходящего в устройство вывода СВЧ-излучения в форме рупорной антенны 7 с диэлектрическим окном 8. Кроме этого, внутри полости катода 3 и полости анода 6 установлен осевой электрод 5, гальванически связанный с катодом 3. К катодно-анодному промежутку прикладывается высоковольтное напряжение от внешнего источника питания 10 через высоковольтный ввод 11.

В качестве источника питания 10 возможно использование генератора импульсного напряжения, выполненного, например, по схеме Аркадьева-Маркса [5] (Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов, М.: Атомиздат, 1972), либо взрывомагнитного генератора с обострителем напряжения на основе электрически взрываемых проводников [6] (Асиповский Э.И., Лебедев Е.Ф., Леонтьев А.А. и др. Взрывные генераторы мощных импульсов электрического тока, М.: Наука, 2002).

Устройство в режиме отражательного триода работает следующим образом. Вакуумная камера (1) и анод (6) заземлены. При подаче отрицательного импульсного напряжения от источника питания (10) через ввод (11) на цилиндрический катод (3), установленный заявляемым образом, в результате взрывной эмиссии электронный поток устремляется с эмитирующей части (4) катода (3) сквозь анод (6). В полости анода (6) в тормозящем квазистатическом поле образуется ВК (8). Колебания электронов в потенциальной яме «катод (3)-анод (6)-ВК (9)», а также осцилляции самого ВК (9) приводят к генерации СВЧ-излучения.

Часть СВЧ-излучения, распространяется к рупорной антенне (7). А волна СВЧ-излучения, распространяющаяся по системе внутренних коаксиальных линий с одинаковым волновым сопротивлением, образованных цилиндрическими поверхностями осевого электрода (5) - анода (6), анода (6) - катода (3), попадает в область формирования электронного пучка и взаимодействует с пучком электронов. При совпадении фаз СВЧ-волн в области формирования электронного пучка получается искусственная положительная обратная связь, происходит дополнительная модуляция пучка на частоте излучения, что приводит к увеличению мощности СВЧ-излучения. Перемещение эмитирующей части (4) катода (3) вдоль оси системы, приводит к более точной подстройке фазы СВЧ-волны в области формирования электронного пучка. Тем самым возможно провести более глубокую модуляцию пучка электронов. Излучение выводится через диэлектрическое окно (8) рупорной антенны (7).

В примере выполнения предложенного СВЧ-генератора на основе виртуального катода с радиальным пучком корпус вакуумной камеры, держатель катода, катод, осевой электрод, антенна выполнены из стали, анод может быть выполнен из нихромовой проволоки, выводное диэлектрическое окно - из оргстекла. Внутренние полости генератора вакуумируются до давления остаточного газа не более 10-4 Тор.

Таким образом, выбор геометрии пар катод-анод и анод-осевой электрод с образованием коаксиальных линий с одинаковым волновым сопротивлением, а также задание взаимного расположения электродов с обеспечением организации искусственной положительной обратной связи позволило, благодаря увеличению эффективности преобразования энергии пучка электронов в энергию СВЧ-излучения за счет модуляции пучка, повысить КПД сверхвысокочастотного генератора на 30%

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 569.
20.01.2013
№216.012.1cd2

Гальванопластический способ изготовления сложно-рельефных элементов антенно-фидерных устройств

Изобретение относится к гальванопластике и может быть использовано для изготовления элементов антенно-фидерных устройств повышенной сложности. Гальванопластический способ включает использование форм из алюминия или его сплавов и гальваническое нанесение на формы никеля с последующим их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472872
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d92

Пневматическая установка для испытаний

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний на ударные воздействия конструкций различного назначения. Пневматическая установка для испытаний содержит ресивер со сжатым газом, полость которого отделена от внешнего пространства диафрагмой, средство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473064
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d9b

Шланговый гамма-дефектоскоп

Использование: для радиографического контроля промышленных изделий. Сущность: заключается в том, что шланговый гамма-дефектоскоп для радиографического контроля промышленных изделий содержит оснащенную ампулопроводом радиационную головку с корпусом, систему блокировок с замком и блоком защиты из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473073
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1de3

Способ переработки жидких радиоактивных отходов от применения дезактивирующих растворов

Изобретение относится к радиохимической технологии, конкретно к очистке жидких радиоактивных отходов. Способ переработки жидких радиоактивных отходов от применения дезактивирующих растворов включает сорбцию радионуклидов, обработку реагентами при комнатной температуре, осаждение осадка при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473145
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.20c9

Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена

Использование: для ультразвукового контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена. Сущность: заключается в том, что возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ, измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473894
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2137

Способ изготовления многоуровневых тонкопленочных микросхем

Изобретение относится к области изготовления микросхем и может быть использовано для изготовления многоуровневых тонкопленочных гибридных интегральных схем и анизотропных магниторезистивных преобразователей. Технический результат - упрощение технологии изготовления микросхем и повышение их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474004
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.218e

Способ герметизации трубчатых электронагревателей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении трубчатых электронагревателей. Технический результат изобретения заключается в увеличении надежности герметизации и срока службы ТЭН, а также снижении трудоемкости и ускорении процесса герметизации. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474091
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.2360

Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ

Настоящее изобретение относится к области химической технологии высокопористых керамических материалов и предназначено для использования непосредственно для фильтрации и адсорбции газообразных радиоактивных и вредных веществ в условиях высоких температур (свыше 1000°С) и химически агрессивных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474558
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.245f

Широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения

Использование: для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения. Сущность: заключается в том, что широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения включает герметичный корпус, в котором расположены каналы регистрации, каждый из которых включает в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474813
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.28bf

Блок трансформаторной развязки

Изобретение относится к области схемотехники. Техническим результатом является передача сигналов с меньшей длительностью. Блок трансформаторной развязки содержит генератор импульсов 5, первый трансформатор 14, первый резистор 6 и второй резистор 30, первый диод 22, трансформаторы 15, 16, 17,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475951
Дата охранного документа: 20.02.2013
Показаны записи 1-10 из 32.
27.10.2013
№216.012.7b4b

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом

Изобретение относится к высокочастотной технике и может быть использовано при создании генераторов высокочастотного (ВЧ) излучения. Генератор ВЧ-излучения на основе разряда с полым катодом содержит газоразрядную камеру, включающую в себя полый катод и изолированный от него анод, источник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497225
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.02.2014
№216.012.a3b6

Клистрон

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации электромагнитного излучения, и может быть использовано при создании генераторов мощного СВЧ-излучения. Клистрон содержит установленные в вакуумной камере, подключенные к внешнему источнику питания катод и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507625
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.05.2014
№216.012.c098

Способ получения радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследования и радиографический комплекс для его осуществления

Использование: для получения радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследования. Сущность изобретения заключается в том, что при получении радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследований выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515053
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.07.2014
№216.012.df14

Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом (варианты)

Изобретение относится к высокочастотной технике и может быть использовано при создании генераторов высокочастотного (ВЧ) излучения. Для первого варианта генератора по сравнению с генератором высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом, содержащим газоразрядную камеру,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522894
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.04.2015
№216.013.42bf

Мобильный радиографический комплекс и источник излучения бетатронного типа для радиографического комплекса

Изобретение относится к области импульсной рентгеновской техники, в частности, к способам и устройствам для получения изображения быстропротекающих, в частности взрывных, процессов в оптически непрозрачных объектах исследования, и может быть использовано при радиографии динамических объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548585
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.06.2015
№216.013.5509

Устройство для получения окиси азота

Изобретение относится к плазмохимии, в частности к технологии получения окиси азота (NO) из исходного газа, содержащего, по меньшей мере, азот и кислород, с помощью электрического разряда, и может быть использовано в научных исследованиях (экспериментальные исследования плазмы), в биологии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553290
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.08.2015
№216.013.71da

Система импульсно-периодической зарядки

Система импульсно-периодической зарядки (СИЗ) относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе. Система импульсно-периодической зарядки содержит источник высокого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560716
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.10.2015
№216.013.8346

Способ получения органического геля на основе фенольного соединения и способ получения органической пены

Изобретение относится к области получения органических гелей и органических пен на их основе и может быть использовано при создании мишеней для диагностики плазмы, в производстве катализаторов, сорбентов и носителей. Способ получения геля заключается в смешивании компонентов дифенилолпропана,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565209
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.12.2015
№216.013.9698

Способ управления параметрами излучения фазированной антенной решетки на основе сверхвысокочастотного генератора клистронного типа

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, может быть использовано при разработке мощных источников СВЧ излучения с высоким электронным КПД для целей радиолокации, навигации и передачи информации. В способе управления в процессе доускорения обеспечивают электронное управление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570172
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.08.2016
№216.015.5519

Способ получения газовой смеси, содержащей окись азота

Изобретение относится к плазмохимии, в частности к технологии получения окиси азота (NO) из исходного газа, содержащего, по меньшей мере, азот и кислород, с помощью электрического разряда и может быть использовано в научных исследованиях, промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593297
Дата охранного документа: 10.08.2016
+ добавить свой РИД