ШИРОКОПОЛОСНАЯ УСИЛИТЕЛЬНАЯ ЦЕПОЧКА НА ОСНОВЕ ВАКУУМНЫХ СВЧ ПРИБОРОВ

МПК H03F 1/28
ШИРОКОПОЛОСНАЯ УСИЛИТЕЛЬНАЯ ЦЕПОЧКА НА ОСНОВЕ ВАКУУМНЫХ СВЧ ПРИБОРОВ
Полезная модель относится к области вакуумной СВЧ электроники и предназначена для усиления принципиально широкополосных и сверхширокополосных сигналов. Полезная модель может найти применение в системах связи, в том числе спутниковой навигации, радиолокации (А С. Дмитриев, А.И. Панас. М.: Физматлит. - 2002; Н.Н. Залогин, В.В. Кислов. М.: Радиотехника. - 2006.).
Известны различные устройства усилительных цепочек на основе вакуумных СВЧ приборов для усиления узкополосных и широкополосных СВЧ сигналов. Развитие многоцелевой радиолокации, дальней тропосферной и космической связи, современных средств радиоэлектронного подавления (РЭП), а также перспективных  информационных каналов систем управления оружием требует создания широкополосных усилителей СВЧ колебаний большой мощности свыше 100 Вт. Наиболее перспективными электровакуумными приборами, позволяющими создать такие усилители, являются лампы бегущей волны (ЛБВ) О-типа с продольными электрическим и магнитными полями. Благодаря распределенному по длине взаимодействию электронного пучка с электромагнитным полем бегущей волны в приборах этого типа достигается значительное усиление при сравнительно небольшом токе пучка. Применение замедляющих систем со слабо выраженными резонансными свойствами обеспечивают усиление в широкой полосе частот, достигающей двух и более октав. Мощные ЛБВ непрерывного и импульсного режимов относятся к наиболее быстро развивающейся группе приборов СВЧ. Широкая полоса усиливаемых частот наиболее просто достигается применением спиральных замедляющих систем. Для получения предельных параметров по мощности и КПД широкое распространение также получили усилительные цепочки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является усилительная цепочка, включающая две последовательно соединенные усилительные ЛБВ: первую входную ЛБВ со встроенным СВЧ поглотителем и большим коэффициентом усиления 15-20дБ и вторую выходную прозрачную ЛБВ без встроенных поглотителей с небольшим коэффициентом усиления 7-9дБ (Ильина E.М., Калинин Ю.А., Кудряшев В.П. Электронная техника Серия 1. Электроника СВЧ. 1974. № 8. С. 33-39.). Сигнал подают сначала на СВЧ вход первой ЛБВ. Далее усиленный сигнал снимают через СВЧ выход первой ЛБВ и через коаксиальную линию связи подают на СВЧ вход второй ЛБВ. Усиленный сигнал снимают с СВЧ выхода второй ЛБВ. Такая цепочка характеризуются высоким КПД, значением коэффициента усиления до 40дБ и большой полосой усиливаемых сигналов в случае работы усилительных ламп на спиральной линии замедления. Недостатком такой схемы является то, что выходная прозрачная усилительная ЛБВ должна иметь малый коэффициент усиления. При больших коэффициентах усиления в усилительной цепочке начинает возникать паразитное возбуждение за счет отражения от нагрузки и СВЧ выхода выходной прозрачной усилительной ЛБВ. Отраженный сигнал возбуждает непосредственно саму выходную прозрачную усилительную ЛБВ, а также по коаксиальной линии связи отраженный сигнал передается на СВЧ выход входной усилительной ЛБВ.
Задачей данного технического решения является создание такой усилительной цепочки, которая могла бы преодолеть указанные выше недостатки существующего аналога и обеспечила получение усиления внешних широкополосных и сверхширокополосных полезных сигналов, значение которого превышало бы 50 дБ, при этом в цепочке присутствовал бы механизм подавления паразитных сигналов.
Технический результат, достигаемый в предложенном устройстве, состоит в повышении уровня усиления полезного сигнала при подавлении паразитных сигналов.
Указанный технический результат достигается тем, что усилительная цепочка на основе вакуумных СВЧ приборов, содержащая последовательно расположенные входную усилительную ЛБВ с вводом и выводом энергии, коаксиальную линию связи, выходную усилительную прозрачную ЛБВ с вводом и выводом энергии, согласно решению содержит промежуточную прозрачную ЛБВ в режиме подавления входного сигнала, причем вывод энергии входной усилительной ЛБВ соединен коаксиальной линией связи с выводом энергии промежуточной ЛБВ, а ввод энергии промежуточной ЛБВ соединен коаксиальной линией связи с вводом энергии выходной усилительной ЛБВ.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема заявляемого устройства. Позициями на чертеже обозначены: 1 - входная усилительная ЛБВ, 2 - промежуточная прозрачная ЛБВ, 3 - выходная усилительная прозрачная ЛБВ, 4 - ввод энергии, 5 - вывод энергии, 6 - коаксиальная линия связи.
Усилительная цепочка на основе вакуумных СВЧ приборов содержит входную усилительную ЛБВ 1, промежуточную прозрачную ЛБВ 2 в режиме подавления входного сигнала, выходную усилительную прозрачную ЛБВ 3. Каждая ЛБВ снабжена вводом энергии 4 и выводом энергии 5. Ввод энергии 4 входной ЛБВ 1 является входом заявляемой усилительной цепочки, а вывод энергии 5 входной ЛБВ 1 соединен коаксиальной линией связи 6 с выводом энергии 5 промежуточной ЛБВ 2. Ввод энергии 4 промежуточной ЛБВ 2 соединен коаксиальной линией связи 6 с вводом энергии 4 выходной ЛБВ 3, а вывод энергии 5 выходной ЛБВ 3 является выходом заявляемой усилительной цепочки. В качестве входной ЛБВ 1 может быть использована ЛБВ с большим коэффициентом усиления 30-40дБ, содержащая встроенный поглотитель.
Полезная модель работает следующим образом.
Полезный СВЧ сигнал подают на ввод энергии входной усилительной ЛБВ 1. Далее усиленный сигнал снимают с вывода энергии входной ЛБВ 1 и через коаксиальную линию связи 6 подают на выход энергии промежуточной прозрачной ЛБВ 2. Сигнал проходит против движения электронного пучка в промежуточной прозрачной ЛБВ 2, работающей в режиме подавления входного сигнала, затем СВЧ сигнал снимают с ввода энергии ЛБВ 2. Далее через коаксиальную линию связи 6 сигнал подают на ввод энергии выходной усилительной прозрачной ЛБВ 3. Усиленный СВЧ сигнал снимают с вывода энергии выходной усилительной прозрачной ЛБВ 3. В случае возбуждения выходной усилительной прозрачной ЛБВ 3, а также формирования отраженных сигналов от ее ввода и вывода, сигнал от нее поступает на ввод энергии промежуточной прозрачной ЛБВ 2 и, распространяясь вдоль движения электронов, существенно ослабляется, так как промежуточная прозрачная ЛБВ 2 работает в режиме подавления входного сигнала. Таким образом, паразитный сигнал не поступает на ввод энергии входной усилительной ЛБВ 1, и соответственно предотвращается ее паразитное возбуждение.
e
Проведенные экспериментальные исследования показали, что при фиксированной длине спиральной замедляющей системы коэффициент усиления выходной усилительной ЛБВ (в режиме отсутствия самовозбуждения) составляет 7.6 дБ для прототипа и 8.4 дБ для заявляемой полезной модели. При увеличении длины спиральной замедляющей системы второй усилительной ЛБВ ее коэффициент усиления, при котором наблюдается устойчивая работа цепочки, возрастает для заявляемого устройства до 12.5 дБ. Выходные характеристики цепочек при фиксированной длине спиральной замедляющей системы представлены в таблице 1. Электронный КПД η усилительной цепочки в целом составляет 28%, технический КПД η составляет 46% при коэффициенте усиления G всей цепочки 56 дБ.
Таблица 1
G, dB
η<sub>e</sub>,%
η,%
прототип
48
34
44.2
заявляемая цепочка
56
28
46