ШИРОКОПОЛОСНЫЙ КАСКАДНЫЙ КЛИСТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ХАОТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В СВЧ ДИАПАЗОНЕ

Полезная модель относится к радиотехнике и может найти применение в информационных технологиях, основанных на использовании динамического хаоса [Ю.В. Гуляев, Р.В. Беляев, Г.М. Воронцов, Н.Н. Залогин, В.И. Калинин, Э.В. Кальянов, В.В. Кислов, В.Я. Кислов, В.В. Колесов, Е.А. Мясин, Е.П. Чигин. / Информационные технологии на основе динамического хаоса для передачи, обработки, хранения и защиты информации. // Радиотехника и электроника, 2003, Т. 48, №10. С. 1157-1185].
Среди известных в настоящее время генераторов хаоса СВЧ диапазона наибольшее распространение получили твердотельные генераторы, использующие в качестве активных элементов диоды и полевые транзисторы с применением микроволновой техники и нелинейной линии задержки на поверхностной магнитостатической волне [А.С. Дмитриев, Б.Е. Кяргинский, А.И. Панас, Д.Ю. Пузиков, С.О. Старков. / Сверхширокополосная прямохаотическая передача информации в СВЧ-диапазоне. // Письма в ЖТФ, 2003, Т. 29, Вып 2, С. 70; С.В. Гришин, Б.С. Дмитриев, Ю.Д. Жарков, В.Н. Скороходов, Ю.П. Шараевский. / Генерация хаотических СВЧ-импульсов в кольцевой системе на основе клистронного усилителя мощности и нелинейной линии задержки на магнитостатических волнах. // Письма в ЖТФ, 2010, Т. 36, Вып 2, С. 62]. Существенным недостатком подобных источников хаотических колебаний является низкая выходная мощность - десятки милливатт [А.С. Дмитриев, А.В. Клецов, А.М. Лактюшкин, А.И. Панас, С.О. Старков. / Сверхширокополосная беспроводная связь на основе динамического хаоса. // Радиотехника и электроника, 2006, Т. 5, №10, С. 193].
Значительно большей мощностью обладают электронные генераторы хаотических колебаний на основе классических электровакуумных приборов - многорезонаторных клистронов. В работе [Б.С.Дмитриев, Ю.Д. Жарков, Д.В. Клокотов, Н.М. Рыскин / Экспериментальное исследование сложной динамики в многорезонаторном клистронном автогенераторе с запаздывающей обратной связью // ЖТФ. 2003. Т. 73. Вып. 7. С. 105-110] описан генератор хаоса с запаздывающей обратной связью (ЗОС) на пятирезонаторном промышленном клистроне с уровнем мощности несколько ватт в режиме развитого хаоса. Другим важным преимуществом этих приборов является возможность работы в условиях электромагнитного и радиационного излучений. Однако приведенный вариант клистронного генератора при значительной выходной мощности хаотических колебаний обладает существенным недостатком - относительно узкой полосой частот хаотических колебаний порядка 30 МГц. В тоже время для целого ряда применений, например, для повышения скорости передачи информации прямохаотических систем связи требуется значительно большая полоса частот - до 100 МГц [А.С. Дмитриев, Б.Е. Кяргинский, А.И. Панас, Д.Ю. Пузиков, С.О. Старков / Сверхширокополосная прямохаотическая передача информации в СВЧ-диапазоне. // Письма в ЖТФ, 2003, Т. 29, Вып 2, С. 70].
Наиболее близким к предлагаемому решению является каскадный клистронный генератор хаоса с ЗОС, состоящий из двух последовательно соединенных многорезонаторных клистронов, когда выход каждого парциального клистрона соединен через цепь обратной связи со входом другого, т.е. соединение клистронов в каскад последовательное [Б.С. Дмитриев, Ю.Д. Жарков, В.Н. Скороходов, П.Ю. Семеновых, А.А. Бирюков / Каскадный клистронный автогенератор с запаздыванием // ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 12. С. 94-97]. В таком каскадном клистронном автогенераторе хаоса удается получить значительно меньший пусковой ток и более развитые области хаоса. Однако заметного расширения полосы частот хаотических колебаний получить не удается.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в существенном расширении полосы частот хаотических колебаний.
Указанный технический результат достигается тем, что в каскадном клистронном генераторе хаотических колебаний, включающем два парциальных клистрона с единой цепью задерживающей обратной связи, согласно решению клистроны соединены параллельно, а механическая отстройка резонансных частот резонаторов парциальных клистронов выбрана так, чтобы частотные диапазоны клистронов частично перекрывались. Входы клистронов соединены через тройник и ферритовые вентили, выходы клистронов также соединены через тройник и ферритовые вентили, при этом входы и выходы включены в единую цепь задерживающей обратной связи.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлены частотные характеристики клистронов, на фиг. 3 представлена схема широкополосного клистронного каскадного автогенератора с ЗОС, на фиг. 4 представлен спектр выходного хаотического сигнала автономного правого клистрона, на фиг. 5 приведен спектр выходного хаотического сигнала автономного левого клистрона, на фиг. 6 показан спектр выходного сигнала предлагаемого каскадного клистронного автогенератора с ЗОС из двух параллельных парциальных клистронов.
В настоящей заявке предлагается новый вид клистронного каскадного автогенератора с значительно большей частотной полосой хаотических колебаний. Принципиальное отличие этого генератора от ранее описанных состоит в том, что используется каскадное соединение парциальных клистронов с параллельным включением их в единый автогенератор с ЗОС. Основное достоинство предлагаемого нового вида клистронного каскадного автогенератора с ЗОС состоит в том, что для существенного расширения полосы частот хаотических колебаний резонансные частоты отдельных приборов подбирают так, чтобы частотные диапазоны парциальных клистронов частично перекрывались. В многорезонаторных клистронах использовались двухзазорные объемные резонаторы, работающие на противофазном виде колебаний. Резонансные частоты резонаторов парциальных клистронов можно было менять за счет механической подстройки. Контроль и определение этих частот проводились с помощью анализатора цепей Agilent E4402B при малом токе электронного пучка клистрона. На фиг. 1 и 2 представлены частотные характеристики автономных пятирезонаторных клистронов при токе 6 мА (номинальный ток 70 мА), полученные с помощью анализатора цепей, из которых четко определяются подобранные резонансные частоты отдельных резонаторов клистронов, отмеченные на фигурах.
Схема нового вида широкополосного клистронного каскадного автогенератора с ЗОС, на котором были проведены эксперименты по изучению расширения полосы частот хаотических колебаний, представлена на фиг. 3. Ток электронных пучков и ускоряющее напряжение парциальных клистронов К1 и К2 обеспечивались автономными источниками питания 1 и составляли 60 мА при ускоряющем напряжении 1400-2800 В. Выходные резонаторы клистронов через ферритовые вентили 2 и тройник 3 включены в единую коаксиальную линию обратной связи. В цепь этой линии через направленный ответвитель 5 введены анализатор спектра 6 для исследования зависимости мощности от частоты, поляризационный аттенюатор 4 для изменения глубины обратной связи, тройник 3 и ферритовые вентили 2, что обеспечивает кольцевую обратную связь автогенератора хаоса необходимыми измерительными и управляющими приборами и устройствами. Если механическая отстройка резонансных частот резонаторов парциальных клистронов подобрана так, что частотные диапазоны клистронов частично перекрываются, а выходные мощности отдельных приборов складываются и попадают в цепь обратной связи, то частотная полоса каскадного клистрона существенно расширяется. В самом деле, на фиг. 4 представлен спектр выходного хаотического сигнала автономного правого клистрона с полосой частот хаотических колебаний 30 МГц и максимальной мощностью 0,2 Вт, а на фиг. 5 приведен спектр сигнала автономного левого клистрона с полосой частот хаотических колебаний 35 МГц и максимальной мощностью 1 Вт. На фиг. 6 показан спектр выходного сигнала предлагаемого каскадного клистронного автогенератора с ЗОС из двух параллельных парциальных клистронов с полосой частот хаотических колебаний более 75 МГц и максимальной мощностью 2,3 Вт при токе электронного пучка каждого клистрона 65 мА.