циклотронное защитное устройство с увеличенной полосой рабочих частот

Формула изобретения

1. Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство, содержащее электронную пушку, входную и выходную электродинамические структуры, имеющие однонаправленную связь друг с другом через электронный поток и разделенные диафрагмой с отверстием для прохождения электронного потока, а также коллектор и средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по направлению электронного потока, отличающееся тем, что каждая из указанных электродинамических структур образована, по меньшей мере, двумя последовательно соединенными резонаторами с электромагнитной связью между ними, при этом однонаправленная связь входной и выходной электродинамических структур друг с другом через электронный поток осуществлена между последним в направлении от входа к выходу устройства резонатором входной электродинамической структуры и первым в направлении от входа к выходу устройства резонатором выходной электродинамической структуры, указанная диафрагма размещена между этими двумя резонаторами, а первый в направлении от входа к выходу устройства резонатор входной электродинамической структуры и последний в направлении от входа к выходу устройства резонатор выходной электродинамической структуры снабжены элементами связи с внешними соответственно входной и выходной СВЧ-линиями, каждый из резонаторов обеих указанных электродинамических структур имеет два размещенных в его резонансной полости проводящих элемента в виде выступов в стенках резонатора или соединенных со стенками стержней, ориентированных навстречу друг другу, с промежутком между их концами, при этом любые два соседних резонатора каждой из электродинамических структур соединены таким образом, что часть резонансной полости каждого из них, находящаяся по одну сторону от указанных проводящих элементов, является общей для обоих резонаторов, и через нее осуществлена электромагнитная связь между этими резонаторами, а электронная пушка установлена относительно последнего в направлении от входа к выходу устройства резонатора входной электродинамической структуры и первого в направлении от входа к выходу устройства резонатора выходной электродинамической структуры таким образом, что формируемый ею электронный поток проходит через промежутки между концами указанных проводящих элементов этих резонаторов.

2. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что электронная пушка выполнена с возможностью формирования электронного потока в виде ленты, а промежутки между концами указанных проводящих элементов указанных резонаторов выполнены в виде узкой щели, достаточной для прохождения через нее электронного потока в виде ленты.

3. Защитное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по направлению электронного потока, выполнено в виде постоянного магнита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты СВЧ радиоприемных устройств, в частности приемников радиолокационных станций, от воздействия колебаний большой мощности в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.

Известны защитные устройства на полупроводниковых диодах (J.F.White. Semiconductor control. Dedham, Artech House, 1977 [1]) для ограничения СВЧ мощности, просачивающейся на вход приемника. Такие устройства имеют достаточно малое время восстановления, однако допустимая входная мощность для них не превышает нескольких киловатт даже в режиме коротких импульсов.

Известны защитные устройства с резонансными разрядниками (Д.Я.Ашкенази, В.П.Беляев и др. Резонансные разрядники антенных переключателей. Под ред. И.В.Лебедева. М.: Советское радио, 1976, с.27 [2]), способные работать при более высоких уровнях СВЧ мощности. Однако они имеют большее время восстановления (до 1 микросекунды) и не обеспечивают достаточной развязки (просачивающаяся мощность может составлять десятки милливатт и более).

Известно также циклотронное защитное устройство по патенту Российской Федерации №2167480 [3], в основу работы которого положено взаимодействие электродинамической структуры с быстрой циклотронной волной электронного потока. Это устройство содержит входную и выходную электродинамическую структуры в виде резонаторов, разделяющую эти структуры диафрагму и электронную пушку, формирующую поток электронов, проходящий через входную и выходную электродинамические структуры и указанную диафрагму. При этом все устройство помещено в однородное магнитное поле, ориентированное вдоль электронного потока. Через указанный электронный поток осуществляется однонаправленная связь входной и выходной электродинамических структур.

Данное устройство обеспечивает надежную защиту от СВЧ мощности высокого уровня при малом времени восстановления. Однако оно имеет недостаточно широкую полосу рабочих частот в режиме пропускания, составляющую в 10-см диапазоне длин волн 8-10% и снижающуюся до 4-5% в 3-см диапазоне. Как установлено авторами, это вызвано тем, что в данном устройстве не удается обеспечить равенство суммарной активной проводимости электронного потока и электродинамической структуры с активной проводимостью внешних входных и выходных линий, а также взаимную компенсацию реактивных проводимостей электронного потока и электродинамической структуры в более широкой полосе рабочих частот устройства в режиме пропускания.

Описанное устройство, известное из [3], наиболее близко к устройству по предлагаемому изобретению.

Предлагаемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в увеличении полосы рабочих частот циклотронного СВЧ защитного устройства в режиме пропускания. Ниже при раскрытии конкретных случаев выполнения устройства по предлагаемому изобретению называются и другие виды достигаемого технического результата.

Для достижения указанного технического результата сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство по предлагаемому изобретению, как и указанное известное, наиболее близкое к нему, содержит электронную пушку, входную и выходную электродинамические структуры, имеющие однонаправленную связь через электронный поток и разделенные диафрагмой с отверстием для прохождения электронного потока, а также коллектор. Устройство содержит также средство, создающее однородное магнитное поле, ориентированное по направлению электронного потока.

В отличие от наиболее близкого известного, в предлагаемом устройстве каждая из указанных электродинамических структур образована, по меньшей мере, двумя последовательно соединенными резонаторами с электромагнитной связью между ними. При этом однонаправленная связь входной и выходной электродинамической структур друг с другом через электронный поток осуществлена между последним в направлении от входа к выходу устройства резонатором входной электродинамической структуры и первым в направлении от входа к выходу устройства резонатором выходной электродинамической структуры. Разделительная диафрагма размещена между этими двумя резонаторами, а первый в направлении от входа к выходу устройства резонатор входной электродинамической структуры и последний в направлении от входа к выходу устройства резонатор выходной электродинамической структуры снабжены элементами связи с внешними входной и выходной СВЧ линиями.

Наличие электронной пушки и коллектора необходимо для существования упомянутого электронного потока, а средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по оси этого потока, необходимо для того, чтобы при наличии сигнала на входе устройства в электронном потоке могла быть возбуждена быстрая циклотронная волна и обеспечена однонаправленная связь входной и выходной электродинамических структур в направлении от входа к выходу устройства.

Благодаря наличию разделительной диафрагмы между последним в направлении от входа к выходу устройства резонатором входной электродинамической структуры и первым в направлении от входа к выходу устройства резонатором выходной электродинамической структуры достигается существенное ослабление связи между упомянутыми резонаторами при исчезновении электронного потока. Это обеспечивает выполнение устройством его защитной функции как при наличии входного излучения высокой мощности, разрушающего электронный поток, так и при отсутствии электронного потока по другим причинам.

Наличие нескольких (не менее двух) резонаторов в составе каждой из электродинамических структур предлагаемого устройства в сочетании с тем, что связь с входной и выходной СВЧ линиями осуществляется через резонаторы, не участвующие во взаимодействии с электронным потоком и не имеющие связи друг с другом через разделительную диафрагму, позволяет уменьшить крутизну частотной зависимости их активной и реактивной проводимостей. Благодаря этому становится возможным обеспечить равенство суммарной активной проводимости электронного потока и электродинамической структуры с активной проводимостью внешних входных и выходных линий, а также взаимную компенсацию реактивных проводимостей электронного потока и электродинамической структуры в более широкой полосе рабочих частот устройства в режиме пропускания.

Наличие элементов связи, которыми снабжены первый резонатор входной электродинамической структуры и последний резонатор выходной электродинамической структуры, необходимо для подведения энергии сигнала к устройству из входной СВЧ линии и передачи этой энергии в выходную линию.

Предпочтительным является такое выполнение всех резонаторов, при котором они имеют по два размещенных в их резонансной полости проводящих элемента в виде выступов в стенках резонатора или соединенных с ними стержней, ориентированных навстречу друг другу, с промежутком между их концами. В этом случае любые два соседних резонатора каждой из электродинамических структур соединены таким образом, что часть резонансной полости каждого из них, находящаяся по одну сторону от указанных проводящих элементов, является общей для обоих резонаторов, и через нее осуществлена электромагнитная связь между этими резонаторами. Кроме того, в этом случае электронная пушка установлена относительно последнего в направлении от входа к выходу устройства резонатора входной электродинамической структуры и первого в направлении от входа к выходу устройства резонатора выходной электродинамической структуры таким образом, что формируемый ею электронный поток проходит через промежутки между концами указанных проводящих элементов этих резонаторов.

Такое выполнение резонаторов позволяет достигнуть приемлемого сочетания степени связи электрической составляющей электромагнитного поля с электронным потоком и электромагнитной связи между ними с точки зрения коэффициента передачи энергии сигнала в режиме пропускания.

Целесообразно выполнение электронной пушки с возможностью формирования ею электронного потока ленточной формы, а промежутков между концами указанных проводящих элементов указанных резонаторов - в виде узкой щели, достаточной для прохождения через нее ленточного электронного потока.

Такое выполнение электронной пушки и указанных резонаторов позволяет уменьшить величину зазора, в котором пролетает электронный поток, и тем самым увеличить его связь с электрической составляющей электромагнитного поля резонатора, что в свою очередь приводит к дополнительному уменьшению крутизны частотной зависимости проводимостей электронного потока и электродинамической структуры и расширению его полосы рабочих частот в режиме пропускания.

Средство для создания однородного магнитного поля, ориентированного по направлению электронного потока, может представлять собой постоянный магнит или электромагнит.

Предпочтительным является использование постоянного магнита, так как он позволяет создать необходимый для функционирования защитного устройства уровень магнитной индукции, обеспечивает его стабильность при относительно небольших массе и габаритах и не требует, по сравнению с электромагнитом, дополнительного энергопотребления.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены:

на Фиг.1 - структурная схема предлагаемого устройства;

на Фиг.2, 3 - двухрезонаторная и трехрезонаторная электродинамические структуры, в которых связь между соседними резонаторами осуществляется через отверстие в соприкасающихся стенках;

на Фиг.4 - двухрезонаторная электродинамическая структура, в которых связь между резонаторами осуществляется через общую для соседних резонаторов часть их полости отверстие и электронный поток имеет "карандашную" форму;

на Фиг.5 - то же, что на Фиг.4, в случае, когда электронный поток имеет ленточную форму;

на Фиг.6 - трехрезонаторная электродинамическая структура, в которой связь между резонаторами осуществляется через общую для соседних резонаторов часть их полости, отверстие в стенке и электронный поток имеет "карандашную" форму;

на Фиг.7 - конструкция защитного устройства в целом с двухрезонаторными электродинамическими структурами, соответствующими фигуре 5;

на Фиг.8-10 - расчетные кривые, иллюстрирующие связь частотных зависимостей коэффициента передачи и проводимостей;

на Фиг.11 - зависимости от частоты коэффициента передачи предлагаемого устройства в сравнении с наиболее близким известным устройством.

Структурная схема предлагаемого циклотронного защитного устройства с многорезонаторными электродинамическими структурами связи между внешними линиями и электронным потоком приведена на Фиг.1. Защитное устройство содержит электронную пушку 1, входную 3 и выходную 6 многорезонаторные электродинамические структуры, коллектор 8. Коллектор 8 расположен напротив электронной пушки 1 на пути создаваемого ею электронного потока 7. Входная 3 и выходная 6 многорезонаторные электродинамические структуры имеют однонаправленную связь друг с другом через электронный поток 7 и разделены диафрагмой 4 с отверстием 9 для прохождения электронного потока. Устройство содержит также средство 10, создающее однородное магнитное поле, ориентированное по направлению электронного потока 7. Стрелкой В₀ показано направление вектора индукции магнитного поля.

Входная электродинамическая структура 3 образована n последовательно соединенными резонаторами 3.1, 3.2, ..., 3n, а выходная электродинамическая структура 6-n последовательно соединенными резонаторами 6.1, 6.2,..., 6.n. Однонаправленная связь входной и выходной электродинамической структур друг с другом через электронный поток 7 имеет место между последним в направлении от входа к выходу устройства резонатором 3.n входной электродинамической структуры 3 и первым в направлении от входа к выходу устройства резонатором 6.1 выходной электродинамической структуры 6. Разделительная диафрагма 4 размещена между этими двумя резонаторами. Устройство связано со входной 2 и выходной 5 внешними СВЧ линиями соответственно через первый в направлении от входа к выходу устройства резонатор 3.1 входной электродинамической структуры 3 и последний в направлении от входа к выходу устройства резонатор 6.n выходной электродинамической структуры 6.

На фигурах 2-6 показаны примеры конструктивного выполнения многорезонаторных электродинамических структур предлагаемого циклотронного защитного устройства.

На фигурах 2 и 3 показаны примеры выполнения, соответственно, двухрезонаторной и трехрезонаторной входных электродинамических структур, в которых соседние резонаторы соприкасаются своими стенками и связь между резонаторами осуществляется через отверстие в этих стенках.

На этих фигурами цифрами обозначены:

2 - входная СВЧ линия;

3.1, 3.2, 3.3 - соответственно, первый, второй и третий резонаторы входной электродинамической структуры, а 11, 12, 13 - их резонансные полости;

20 - элемент связи первого резонатора 3.1 со входной СВЧ линией,

21 - отверстие связи первого и второго резонаторов, 23 - отверстие связи второго и третьего резонаторов;

7 - электронный поток, проходящий через последний в ряду последовательно соединенных резонаторов (резонатор 3.2 на Фиг.2 и резонатор 3.3 на Фиг.3).

Связь с внешней входной линией (в данном случае - коаксиальным СВЧ трактом) 2 имеет первый в направлении от входа к выходу устройства резонатор 3.1 входной электродинамической структуры. Эта связь обеспечивается с помощью элемента связи 20, в данном случае представляющего введенный в резонатор 3.1 штырь, являющийся продолжением центрального проводника коаксиального тракта 2.

Электронный поток 7 проходит через последний (3.2 на Фиг.2 и 3.3 на Фиг.3) резонатор входной электродинамической структуры.

На фигурах 4 и 5 показаны примеры выполнения двухрезонаторной электродинамической структуры, в которой связь между соседними резонаторами осуществлена иначе, чем в электродинамических структурах, показанных на фигурах 2 и 3. Соседние резонаторы 3.1 и 3.2 имеют по два размещенных в их резонансной полости проводящих элемента в виде стержней 33, 34. Стержни ориентированы навстречу друг другу, а между их концами имеются малые промежутки 33, 36. Резонансные полости 11, 12 резонаторов 3.1 и 3.2 имеют общую часть 30. Для резонатора 3.1 она является частью резонансной полости 11, расположенной справа от стержней 33, а для резонатора 3.2 - частью резонансной полости 12, расположенной слева от стержней 34. Электромагнитная связь между резонаторами 3.1, 3.2 осуществляется через эту общую часть 30 их резонансных полостей.

Связь с внешней входной СВЧ линией 2, как и в предыдущем случае, имеет первый резонатор 3.1 через элемент связи 20.

Электронный поток 7 проходит через последний резонатор 3.2 входной электродинамической структуры. В случае, показанном на Фиг.4, он имеет, как и на описанных выше фигурах 2 и 3, "карандашную" форму, а в случае, показанном на Фиг.5, - форму узкой ленты. В обоих случаях электронный поток 7 проходит через узкий промежуток между концами стержней 34 резонатора 3.2, образующий емкостной зазор 36. По сравнению с выполнением, показанным на фигурах 2 и 3, это обеспечивает лучшую связь электронного потока 7 с электрической составляющей электромагнитного поля резонатора 3.2, что способствует увеличению коэффициента передачи устройства в режиме пропускания. При этом в случае, показанном на Фиг.5, эта связь еще более сильная, так форма электронного потока согласована с формой емкостного зазора.

На Фиг.6 показано выполнение входной электродинамической структуры, имеющей три последовательно соединенных резонатора 3.1, 3.2 и 3.3. Крайние резонаторы 3.1 и 3.3 идентичны крайним резонаторам фигуры 5. Резонатор 3.2 фигуры 6, являющийся в данном случае промежуточным по своему положению в ряду последовательно соединенных резонаторов, тоже имеет стрежни 34 с зазором 36 между их концами. Для этого резонатора часть 30 его резонансной полости, расположенная слева от стержней 34, является общей с частью резонансной полости резонатора 3.1, расположенной справа от его стрежней 33. Часть 40 резонатора 3.2, расположенная справа от стержней 34, является общей с частью резонансной полости резонатора 3.3, расположенной слева от его стрежней 44.

Связь с внешней входной СВЧ линией 2, как и в предыдущих случаях, имеет первый в направлении от входа к выходу устройства резонатор 3.1 данной входной электродинамической структуры через элемент связи 20, а электронный поток 7 проходит через последний резонатор 3.3. Как и на Фиг.5, электронный поток имеет ленточную форму.

Выходные электродинамические структуры конструктивно идентичны соответствующим рассмотренным выше входным. Выходная электродинамическая структура расположена относительно входной так, что электронный поток 7 проходит через крайние резонаторы обеих структур, т.е. резонатор выходной электродинамической структуры, являющийся первым в направлении от входа к выходу устройства, идентичен последнему резонатору входной электродинамической структуры. И наоборот, последний резонатор выходной электродинамической структуры идентичен первому резонатору входной электродинамической структуры, однако он имеет связь не с входной, а с выходной СВЧ линией.

Сказанное выше иллюстрирует Фиг.7, на которой показаны описанные взаимное расположение и связь через общий электронный поток 7 входной 3 и выходной 6 электродинамических структур, выполненных в соответствии с Фиг.5. На Фиг.7 показаны также остальные элементы устройства защиты в целом: электронная пушка 1, коллектор 8, диафрагма 4 со щелью 9 и средство 10 для создания однородного магнитного поля. Последнее в данном случае представляет собой постоянный магнит, который может быть выполнен, например, из кобальт-самариевого сплава. Этот магнит создает магнитное поле, однородное в пределах объема электронного потока 7 и ориентированное вдоль него. Создаваемый им уровень магнитной индукции В ₀ должен быть достаточен для того, чтобы обеспечить циклотронную частоту вращения электрона, равную средней частоте полосы пропускания устройства. Связь устройства со входной СВЧ линией 2 осуществляется с помощью элемента связи 20 первого резонатора входной электродинамической структуры 3, а с выходной СВЧ линией 5 - с помощью элемента связи 50 последнего резонатора выходной электродинамической структуры 6.

Все резонаторы электродинамических структур, представленные на фигурах 2-7, показаны для наглядности в разрезе и в действительности имеют замкнутые полости. Вся часть конструкции устройства в целом, расположенная между полюсами средства 10 для создания магнитного поля (Фиг.7), вакуумирована. Для этого она помещена в оболочку из магнитно-проницаемого материала, не показанную на чертеже. Упомянутое средство 10 размещено снаружи этой оболочки.

Предлагаемое защитное устройство в режиме пропускания работает следующим образом. Входной сигнал поступает в устройство из внешней линии 2, связанной с первым резонатором 3.1 входной электродинамической структуры 3 с помощью элемента связи 20. Электронная пушка 1 формирует электронный поток 7, который проходит через последний 3.n резонатор входной многорезонаторной электродинамической структуры 3, отверстие 9 разделительной диафрагмы 4 и первый 6.1 резонатор выходной многорезонаторной электродинамической структуры 6. Пройдя через упомянутые два резонатора 3.n и 6.1 и отверстие 9, электроны потока 7 оседают в коллекторе 8. Резонаторы 3.1-3.n входной электродинамической структуры 3 обеспечивают передачу энергии сигнала из внешней входной СВЧ линии 2 в электронный поток 7. Создаваемый средством 10 уровень индукции В₀ однородного магнитного поля, в котором находится электронный поток, обеспечивает циклотронную частоту вращения электрона, приблизительно равную средней частоте полосы согласования электродинамических структур 3 и 6 с электронным потоком 7 и внешними СВЧ линиями. Направление вектора индукции этого магнитного поля параллельно осевой линии электронного потока 7.

В электронном потоке 7 возбуждается быстрая циклотронная волна сигнала, осуществляющая передачу энергии сигнала из резонатора 3.n входной электродинамической структуры 3 в резонатор 6.1 выходной электродинамической структуры 6 практически без потерь. В резонаторе 6.1 происходит обратное преобразование энергии быстрой циклотронной волны в СВЧ сигнал. Таким образом, однонаправленная связь входной 3 и выходной 6 электродинамических структур через электронный поток 7 осуществляется только между ближайшими друг к другу резонаторами 3.n и 6.2 указанных структур. Резонаторы 6.1-6.n выходной электродинамической структуры 6 обеспечивают передачу энергии сигнала из электронного потока 7 во внешнюю СВЧ линию 5, имеющую связь с последним резонатором 6.n через элемент связи 50 (Фиг.7).

Описанные выше процессы, происходящие при работе предлагаемого защитного устройства, имеют место в линейном режиме - режиме пропускания. Взаимодействие последнего резонатора (резонатор 3.n на Фиг.1, резонаторы 3.2 на Фиг.2, 4 и 5, резонаторы 3.3 на Фиг.3 и 6) входной электродинамической структуры с электронным потоком 7 линейно до уровня входной СВЧ мощности приблизительно 1-5 мВт. При превышении этого уровня электроны начинают оседать на стенках резонаторов 3.2 и 3.3 (Фиг.2 и 3) или стержнях 34, 44 (Фиг.4-6), образующих пролетные зазоры 36, 46 указанных резонаторов. Дальнейшее увеличение СВЧ мощности (более 10-20 мВт) на входе защитного устройства приводит к полному оседанию электронного потока на упомянутых стенках или стержнях. При этом электронная нагрузка последнего резонатора (резонатор 3.n на Фиг.1, резонаторы 3.2 на Фиг.2, 4 и 5, резонаторы 3.3 на Фиг.3 и 6) входной электродинамической структуры уменьшается практически до нуля, что нарушает согласование входной электродинамической структуры 3 с внешней входной линией 2. До 90% СВЧ мощности, поступающей на вход защитного устройства, отражается от рассогласованного входа и возвращается во внешнюю входную линию. Остальная мощность рассеивается во входной электродинамической структуре.

Если электронный поток 7 по какой-либо причине (в том числе - при СВЧ мощности на входе защитного устройства более 10-20 мВт) отсутствует, то СВЧ мощность попадает со входа на выход защитного устройства лишь посредством излучения через отверстие 9 для электронного потока в разделительной диафрагме 4. Это приводит к значительному ослаблению мощности на выходе защитного устройства по отношению к мощности на его входе. Таким образом, и в этом случае осуществляется автоматическая развязка входа и выхода защитного устройства и обеспечивается защита входных цепей приемника. Наиболее целесообразно такое выполнение диафрагмы, при котором ее толщина превышает поперечный размер отверстия, а этот поперечный размер в несколько (по меньшей мере, в 3-5) раз меньше рабочей длины волны защитного устройства. В этом случае канал, образуемый отверстием диафрагмы, фактически является запредельным волноводом с очень большим затуханием. Это обеспечивает ослабление мощности на выходе защитного устройства по отношению к мощности на его входе в указанном режиме не менее чем на 60-80 дБ.

Чтобы пояснить достижение в предлагаемом устройстве указанного выше технического результата, заключающегося в расширении полосы рабочих частот в режиме пропускания, сначала рассмотрим выражение для коэффициента передачи мощности из нагрузки внешней линии в электронный поток (и наоборот) на частоте f для одного резонатора, нагруженного электронным потоком. С учетом соотношений, приведенных в работе [4] (В.М.Лопухин, А.С.Рошаль. Электронно-лучевые параметрические усилители. М.: Советское радио, 1968, с.107), указанный коэффициент может быть представлен в следующем виде:

,

где Ge и Be - активная и реактивная составляющие проводимости электронного потока, задаваемые соотношениями:

Go - активная проводимость электронного потока на циклотронной частоте f₀,

=(f-f₀) ,

- время пролета электронами резонатора;

Gr - проводимость потерь резонатора;

- реактивная проводимость резонатора,

- характеристическое сопротивление резонатора,

Gn и Bn - активная и реактивная составляющие проводимости нагрузки, пересчитанные к резонатору по правилам длинных линий.

Таким образом, вычислив частотные зависимости указанных проводимостей, можно определить и проанализировать полосу частот коэффициента передачи K(f).

Исходя из теоретических положений, содержащихся в работе [4], рабочую полосу частот циклотронного защитного устройства можно определить как полосу, в которой удается выполнить условия комплексно-сопряженного согласования проводимостей электронного луча, резонатора и нагрузки:

Gn=Ge+Gr;

Bn+Ве+Br=0.

На фигурах 8, 9 и 10 соответственно приведены зависимости от отстройки f=f-f₀ (по оси абсцисс, в единицах МГц) частоты f от центральной частоты f₀ рабочей полосы частот, рассчитанные с использованием приведенных выше соотношений:

- коэффициента передачи сигнала (по оси ординат, в единицах дБ) из внешней линии в электронный поток;

- активных проводимостей (по оси ординат, в единицах См): электронной - сплошная линия 51 и нагрузки - пунктирная линия 52;

- реактивных проводимостей (по оси ординат, в единицах См): электронной - сплошная линия 53, резонатора - пунктирная линия 54, суммарной - штрихпунктирная линия 55.

Кривые, приведенные на фигурах 8, 9 и 10, являются типичными обобщенными зависимостями. Их анализ подтверждает, что коэффициент передачи сигнала максимален и превышает величину приблизительно (-0,2...0,4) дБ на частотах вблизи центральной частоты f₀ в области, где близки одна к другой активные проводимости электронного потока (Ge) и внешней нагрузки (Gn), а также близка к нулю суммарная реактивная проводимость (определяемая как сумма реактивной проводимости электронного потока (Be) и реактивной проводимости резонатора (Br)). Активная проводимость потерь резонатора (Gr) и реактивная проводимость нагрузки (Bn) обычно достаточно малы и не учитываются в данных расчетах.

Согласно предлагаемому изобретению в циклотронном защитном устройстве для передачи энергии сигнала между внешней СВЧ линией и электронным потоком используются многоконтурные электродинамические структуры - высокочастотные цепи с электромагнитной связью внутри них, осуществляемой таким образом, чтобы наиболее удаленный от внешней входной или выходной линии резонатор такой цепи был эффективно нагружен электронным потоком. В этом случае появляются дополнительные активные и реактивные проводимости в цепи и, при их соответствующем подборе, условие комплексно-сопряженного согласования проводимостей может быть выполнено в более широкой полосе частот. Это означает, что полоса рабочих частот такого циклотронного защитного устройства будет увеличена.

На Фиг.11 приведены в сравнении частотные зависимости от величины отстройки f=f-f₀ (по оси абсцисс, в единицах МГц) коэффициента передачи (по оси ординат, в единицах дБ) в режиме пропускания предлагаемого циклотронного защитного устройства (кривая 56) и коэффициента передачи наиболее близкого к предлагаемому известного защитного устройства (кривая 57). Кривые 56 и 57 получены при одинаковом значении проводимости электронного потока. Полоса частот предлагаемого устройства по уровню коэффициента передачи, равному - 0,3 дБ, превышает полосу частот известного устройства приблизительно в 2,5 раза.

Предлагаемое циклотронное защитное устройство может быть использовано для защиты входных цепей как приемников радиолокационных станций, так и любых СВЧ приемников, работающих в условиях, не исключающих воздействие СВЧ колебаний высокой мощности.

Источники информации

1. J.F.White. Semiconductor control. Dedham, Artech House, 1977.

2. Д.Я.Ашкенази, В.П.Беляев и др. Резонансные разрядники антенных переключателей. Под ред. И.В.Лебедева. М.: Советское радио, 1976, с.27.

3. Патент Российской Федерации №2167480, опубл. 20.05.2001.

4. В.М.Лопухин, А.С.Рошаль. Электронно-лучевые параметрические усилители. М.: Советское радио, 1968, с.107.