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

ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЕЙ 1ГЛ, II

дуга, по мнению автора [91], может рассматриваться как неразрушающийся точечный выпрямитель с рядом еще неисследованных свойств, дающих возможность исполь­ зовать ее для генерации гармоник сравнительно мощно­ ного входного сигнала.

На рис. 66 показаны основные детали такого генера­

ги около 0,1 мм выходная мощность четвертой гармони­ ки (10 Ггц) превышала 1 мет, что соответствует эффек­ тивности преобразования —33 дб. Кроме того, при по­ мощи спектроанализатора был обнаружен заметный сигнал на частоте 30 Ггц (двенадцатаягармоника).При работе генератора гармоник в цепи анод — катод про­ текал постоянный ток порядка 100—600 ма в зависи­ мости от режима горения дуги и мощности входного сигнала. Автор отмечает, что для указанной частоты входного сигнала эффективность дугового генератора гармоник сравнима с нелинейными полупроводниковы­ ми устройствами с тем преимуществом, что катод ду­ гового генератора гармоник не может быть поврежден при перегрузках.

§ Б] УМНОЖИТЕЛИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА 111

Дальнейшие эксперименты [92] проводились на вход­ ной частоте 35 Ггц при использовании дуги между про­ волочным вольфрамовым анодом и ртутным катодом, расположенными в волноводе в плоскости напряженно­ сти электрического поля. Гармоники, генерируемые ду­

аргон при давлении 20 атм. Высота разрядного проме­

ность которой оказалась равной 10-8 вт. Мощность чет­

а тонкая пластинка кальция. Использование других ма­ териалов для катода связано с поисками такого мате­ риала, у которого катодное пятно (активный участок автоэлектронной эмиссии) остается неподвижным. Для большинства опробованных материалов катодное пятно непрерывно перемещается, приводя к изменению длины дуги и колебаниям мощности гармоники. Лучшим из материалов оказался кальций, который, однако, также не свободен от указанного недостатка.

Дуга поджигается подключением постоянного напря­ жения к аноду, после чего перемещением катода доби­ ваются его контакта с анодом. Затем катод отодвига­ ется, так что образуется зазор порядка 0,1 мм. Гармо­ ники, так же как и в предыдущей работе, излучаются в малый волновод, выходящий из стенки большого. При высоком давлении газа (аргон, 20 атм) разрушение катода сильно уменьшается и он отдает большую плот­ ность тока, оставаясь «холодным». Постоянная состав­ ляющая тока смещения, текущего через дугу (0,25 ма), регулируется сопротивлением по максимуму выходной мощности гармоники. С кальциевым катодом была

112 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЕЙ [ГЛ. И

обнаружена девятая гармоника (0,95мм), причем макси­ мальное значение мощности оказалось равным 1 мквт.

Более совершенная конструкция дугового генератора гармоник [94] показана на рис. 67. Так же как и в ум­ ножителях, изображенных на рис. 45 и рис. 52, генера­ тор гармоник представляет собой волноводный крест, связанный общим штырем 1, возбуждаемым входным

/5

Г, 11

волноводом 5 на частоте 35 Ггц. Гармоники, возникаю­ щие в плазме дугового разряда, создаваемого между анодом 1 и катодом 9, излучаются в волновод гармо­ ник 8 и далее через кварцевое окно 7 в измеритель мощности. В качестве катода используется платиновая проволока 9, установленная таким образом, что ее кон­ чик плавится под действием дуги. При достаточно вы­ соком давлении газа в приборе положение катодного пятна на чистой расплавленной платине очень устойчи­ во. Настройка на ту или иную гармонику производится короткозамыкающим поршнем 11, расположенным в волноводе гармоник, и двумя подстроечными плунже­ рами 2 и 10. Анод, изготовленный из вольфрамовой проволоки 1, изолирован по постоянному току от като­ да посредством слюдяной шайбы 4, что дает возмож­

около 200 ма. Анод 1, имеющий диаметр 0,5 мм, пере­ секает волновод 5 диапазона 35 Ггц и через отверстие связи диаметром 0,76 лыг проходит в волновод гармоник 8, расположенный перпендикулярно входному. Возни­ кающие в дуге гармоники входной частоты излучаются непосредственно в волновод гармоник, диаметр которо­ го в одних опытах равнялся 3,5, а в других 1,7 мм. Для оптимальной настройки умножителя положения обоих электродов (/ и 9) и коаксиальных плунжеров 2 и 10, изготовленных из молибдена, регулируются по макси­ муму выходной мощности гармоники.

Описанный разрядник состоит из разборных элемен­ тов, устанавливается в блоке, изготовленном из алюми­ ниевого сплава, п заполняется аргоном под давлением 600 атм. Осп регулировочных устройств каждого из электродов п других элементов настройки проходят че­ рез стенки алюминиевого блока и уплотняются тефло­ новыми прокладками, зажатыми резьбовыми втулками. Входной и выходной волноводы при выходе из блока заканчиваются уплотнительными окнами из кристалли­ ческого кварца, заключенными в конические обоймы.

Перед поджигом разряда на катод и анод подают постоянное напряжение и включают клнстронный гене­

0,2 мм. При оптимальном согласовании входного волно­ вода с дугой падение напряжения па зажимах дуги должно составлять несколько вольт при условии, что в дугу попадает достаточно ВЧ-мощности.

В процессе настройки аппаратуры были проведены исследования формы дуги, для чего ее изображение при помощи объектива микроскопа проектировалось на экран. В дуге наблюдается яркий столб диаметром 40 мк и длиной 80—100 мк. Начинаясь на аноде, этот столб вблизи катода резко сужается и образует на като­ де очень яркое пятно диаметром 2—8 мк. Когда раз­ рядный ток превышает 200 ма, концы электродов начи­ нают оплавляться. На экране при этом видны конвек­ ционные токи, под действием которых поверхности элек­ тродов в процессе разряда непрерывно обновляются,