Файл: Брандт, А. А. Плазменные умножители частоты.pdf

98 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЕЙ [ГЛ. II

принципиальную невозможность работы с ней на час­ тотах, превышающих 10 Ггц при сколько-нибудь зна­ чительной мощности из-за пробоя колбы. Эта пробле­ ма возникала и в умножителе на частоте 3 Ггц, однако особенно резко она проявляется в случае тонкостенных сосудов в миллиметровом диапазоне.

Одним из характерных исследовании умножителей миллиметрового диапазона является исследование, про­ веденное в работе [19, 79], в которой измерялась эф­ фективность преобразования при использовании разряд­ ной камеры типа «кольцо — диск» (рис. 4, г). В схеме установки (рис. 5) был использован клистронный гене­

электродами, расположенными перпендикулярно широ­ ким стенкам входного волновода умножительной сек­ ции, изображенной на рис. 59.

Мощность гармоники частоты 68 Ггц, возникшей r разрядном промежутке, проходила через сужающуюся

Рис. 59. Схематический разрез умножительной секции. I — резонансная диа­ фрагма, 2 — слюдяное вакуумное окно, 3 — подвижный электрод,

ющнй электрод, 5 — стеклянный цилиндр, 6 — входной волновод (34 Jen), 7 — коническая секция, 8 — волновод гармоники (63 Ггц),

(коническую) волноводную секцию в волновод гармо­ ники. Для предотвращения проникновения мощности гармоники в генератор использовалась резонансная диафрагма [80], установленная в основном волноводе на расстоянии, равном нечетному числу четвертей длин

100 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЕЙ [ГЛ. II

ния в десять раз выше оптимального, равного 2 тор, мощность второй гармоники резко падала (приблизи­ тельно на 14 дб), а при таком же понижении давления уменьшалась на 37 дб, что связано с уменьшением кон­

моник является негармонич­ ность движения электронов в неоднородном электриче­ ском поле. Так как этот нелинейный механизм реакти­ вен по своей природе, то при отсутствии потерь он дол­ жен давать 100%-ную эффективность преобразования. Как следует из сказанного выше, простая конструкция умножителыюй секции, изображенной на рис. 59, дает более высокую эффективность, чем многие другие ум­ ножители на значительно более низких частотах. По-

лянного цилиндра, окружающего электроды, поскольку оптимальная генерация гармоники имела место при не­ большом расстоянии между электродами, равном 1 мм, причем при глубоком погружении дискового электрода

в полый кольцевой эффективность уменьшалась незна­ чительно. Авторы отмечают, что серьезным недостат­ ком исследованного генератора гармоник является низ­ кая эффективность преобразования на третьей и более высоких гармониках.

В подробно рассмотренной работе [13] по исследо­ ванию умножителя, изображенного на рис. 40, были по­ лучены данные (таблица 6) для трехсантиметрового умножителя. В этой же работе был исследован умно­ житель входной частоты 35 Ггц (А,=8,6 мм) с такой же конструкцией умножительной секции, но с несколько меньшим диаметром электродов разрядной камеры. Данные о результатах эксперимента с умножителем час­ тоты 35 Ггц при входной мощности 25 вт приведены в таблице 12, где помимо величин выходной мощности и эффективности преобразования приводятся значения

Ео/Е, Ат и другие, физический смысл которых был по­ яснен в комментариях к таблице 6.

Как видно из таблицы 12, эффективность преобразо­ вания в этом эксперименте на 15 дб ниже, чем в рабо­ те [19] с электродами типа «кольцо — диск». Это обсто­ ятельство объясняется, по-видимому, различием в гео­ метрии электродов, потерями в волноводном тракте,

W^/Wy=0,21; # i/Z 0=0,25; для всех гармоник # m/Z0= 0,25.

а также применяемыми элементами настройки. В этой

102 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЕЙ [ГЛ. II

газового разряда используется клистрон мощностью 6 вт (35 Ггц). Конструкция разрядной камеры (рис. 61, а), устанавливаемой в соответствующем волноводе, анало­ гична используемой в работах [19, 79] с тем отличием, что разряд возникает между концом подвижного воль­ фрамового стержня диаметром 1 мм и участком проти­ воположной внутренней стенки волновода. В этом участ­ ке стенки имеется небольшое углубление или устанав­ ливается электрод другого типа (например, плоская

пластинка). В более ранней работе этих же авторов ис­ пользовалась разрядная камера, изображенная на рис. 61, б, устанавливаемая в умножительной секции, как это показано на рис. 61, в. Сам вольфрамовый стер­ жень, в свою очередь, является центральным проводни­ ком коаксиальной линии с короткозамыкающим порш­ нем, используемым для настройки (рис. 61, а и в ).

Для облегчения поджига разряда к электродам под­ водилось переменное напряжение частотой 50 гц. После возникновения разряда генерация второй и третьей гар­ моники обнаруживалась в процессе регулировки короткозамыкающего поршня, величины зазора между элект­ родами й других органов настройки. Существенное вли­ яние на мощность гармоники имел постоянный ток сме-

щения порядка 10—12 ма, протекающий в цепи элект­ родов через разрядный промежуток и создаваемый спе­ циальным источником питания. В работе было обнару­ жено также, что выходная мощность гармоники зависит от давления газа, величины разрядного промежутка н формы острия, причем при симметричной конфигура­ ции электродов выходная мощность гармоники ничтож­ на. На рис. 62 показаны некоторые результаты исследо­ вания мощности второй гармоники в зависимости от

р,тор р,тор

Рис. 62. Зависимость мощности второй гармоники от давления различных газов.

давления для четырех инертных газов и воздуха. Такие эксперименты с различными газами и их смесями ин­ тересны с точки зрения обнаружения наиболее эффек­ тивных газов для генерации гармоник. Водород и аргон исследовались в связи с тем, что у первого отсутствует эффект Рамзауэра, а у второго он сильно выражен [57] и может оказывать, по мнению авторов работы [2], существенное влияние на генерацию гармоник.

В результате проведенных исследований было уста­ новлено, что максимальное значение выходной мощно­ сти, равное 5 мет при эффективности преобразования около —30 дб, имело место при работе с воздухом при давлении около 20 тор и величине зазора 0,1 мм между электродами, изображенными па рис. 61, а. При ис­ следовании различных газов оказалось, что эффект