Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 72
Текст из файла (страница 72)
В них волна как будто «скользит» по резонаторам,не замечая их; характеристики поля в двух соседних резонаторах отличаются незначительно, и фазовая скорость волны в таких системах слабо зависит от частоты (областиЕслиD1 на рис. 13.14).~ Аз, то такие системы называются неоднородными.В этом случае поля в соседних резонаторах отличаются значительно, и фазовая скорость претерпевает сильные изменения взависимости от частоты (область11).Приборы с однородными3С обладают широкой полосой пропускания частот, в то времякак устройства с неоднородным 3С имеют большой диапазонэлектронной перестройки частоты.Глава13.Электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением383rРис.Рис.13.1413.15Если фазовая скорость в функции частоты уменьшаете.я, т. е.d:dv<О, то такая дисперсия называете.я нормальной (области 1и 11 на рис.
13.14), а если возрастает, т. е.аномальна (областьlll на рис.13.14).d:dv>О, то дисперсияВ больши~стве практических случаев необходимо, чтобы vФ была меньше скорости света,поэтому в основном используете.я нижняя часть кривой рис.13.14.Одним из важнейших параметров 3С .являете.я сопротивленце св.язи Rсв• которое дает св.язь между напряженностью электрического пол.я и мощностью волны. Сопротивление Rсв определяетэффективность взаимодействия электронного потока с бегущейволной и вычисляете.я по формуле(13.14)где Pzm, п -амплитуда напряженности продольного пол.я пространственной п-й гармоники, Р-мощность электромагнитнойволны. Во всех ЭВП СВЧ наиболее важную роль играет продольна.я составляющая Pzn электрического пол.я той пространственнойгармоники, для которой обеспечиваете.я условие синхронизмаve ~ vфn" Составляющая Pzn при удалении от поверхности 3Суменьшаете.я (рис.13.15, где r -текущее расстояние от поверхности 3С).
Следовательно, сопротивление св.язи Rсв будет иметьмаксимальные значения около поверхности и уменьшаться приудалении от нее, что важно при взаимодействии электронногопотока и волны. Наиболее эффективно это взаимодействие будет при движении электронов на возможно близких расстояниях от поверхности ЗС.Раздел3843.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ13.4. Физическиепроцессы в ЛБВОРассмотрим физические процессы в ЛЕВО. Положим, что навход ЛЕВО подана СВЧ-волна с частотойro,которая начинает распространяться вдоль '3С, при этом длина волны в замедляющейсистеме Л,3 меньше длины волны в свободном пространстве.
Электронный поток бежит со скоростьюv ев том же направлении, что иволна. в той части 3С, где векторыBz и ve имеют ОДНО и то же направление,электронытормозятся,тивоположно направлены,а там,где этивекторы пропроисходит ускорение электронов.В результате осуществляется модуляция электронного потока поскорости, которая приводит к образованию сгустков, причем в отличие от клистронов процесс формирования сгустков осуществляется при совместном движении электронов и СВЧ-волны и их непрерывном взаимодействии.
Если первоначальная невозмущенная скорость электроновv0будет равна фазовой скорости волныvФ, то сгустки, показанные на рис.13.16в виде темных прямоугольников, окончательно сформируются в области, когда потенциал СВЧ-поля растет и проходит через нуль, что отражено напространственно-временной диаграмме рис.13.16, а.Здесьz1определяет смещение электронов относительно волны в отсутствиемодуляции по скорости, т. е. когда величинаSzравна нулю. Поскольку движение электронов рассматриваете.я: в движущейся сфазовой скоростью vк=vФ системе координат, то притории будут прямыми линиями (штриховые на рис.v =О13.16).траекПри наличии модуляции по скорости (Sz ""' О), электроны будутдополнительно ускоряться или замедляться, смещаясь на величи-а)б)Рис.в)13.16Глава13.Электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением385z' по сравнению со случаем, когда €2 =О (см.
рис. 13.16, а, б, в).ve < vФ = vк, то сгустки сформируются в ускоряющем полеСВЧ-волны (рис. 13.16, б), а при ve > vФ- в тормозящемнуЕсли(рис.ve >13.16, в).Рабочим режимом ЛБВО является режим, когдаvФ. В этом случае сгустки, двигаясь совместно с волной, всевремя тор;мозятся и передают часть своей кинетической энергииволне. Процесс передачи энергии от электронного потока будетпродолжаться до тех пор, пока электроны не затормозятся волной до скорости, равной фазовой скорости СВЧ -волны.Количественно процессы совместного движения электронови волны характеризуются абсолютным и относительным углами пролета.
Абсолютный угол пролета ее определяет движениеэлектрона в неподвижной системе координат безотносительно кдвижению волны:(13.15}гдеv,,, -скорость электронов;zzдо рассматриваемой плоскостивия. Приz = l,бора, угол еегде=l -расстояния от входа системыв пространстве взаимодейстрасстояние между входом и выходом при2тсt/Т определяет время движения электрона,выраженное в долях пер:Иода колебаний на всем протяжениипространства взаимодействия от входа до выхода.В случае модуляции по скорости(€2 , v ""О) электроны будут дополнительно ускоряться или замедляться,смещаясь на€2 , v=О (см. рис.величину13.16,z'по сравнению со случаем, когдаа, б, в), т.
е.(13.16}Здесьv-возмущенная СВЧ -полем часть скорости электронов,v0 =где Испffu: - невозмущенная скорость электронов,-постоянный потенциал либо спирали, либо последнего электрода электронной пушки, поскольку чаще всего спираль электрически соединена с ним. Следовательно, ее можнозаписать в виде(13.18)13-6779Раздел386гдее 0 = -(J)Z Vорона, а е-аб3.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫuсолютныи угол пролета невозмущенного элект-изменение угла пролета вследствие модуляции по скорости.
в результате модуляции угла пролета ее и образуются сгустки. В отличие от клистронов процесс образования сгустков вЛБВО происходит при непрерывном взаимодействии с волной, поэтому целесообразно вести рассмотрение в подвижной системе координат, которая перемещается со скоростью волны. При анализеработы ЛБВО удобно воспользоваться относктельным углом пролета(<ре) электронов, который определяет смещение электронов относительно волны в процессе их совместного движения, т. е.(13.19)Относительный угол пролета, как и абсолютный, содержит постоянную и переменную составляющие, т.
е. <Ре= <Ро+ (j)~ Наиболееэффективная передача энергии от электронов полю достигается втом случае, когда электронный сгусток во время взаимодейс'l'вияостается в тормозящем поле волны. Формируясь в начале тормозящего полупериода,сгусток за время совместного движения сволной смещается к концу этого полупериода, т. е. <Ро = 1t.
Выходная мощность при <Ро = 7t оказывается максимальной.13.5.ВПараметры и характеристики ЛБВОзаключениерассмотримпараметрыихарактерист.икиЛБВО. Одним из основных параметров является коэффициентрвыхусиления К= Р.вхАмплитуды Бгт, 0 продольной составляющей волны на входеи Бгт, 1 на выходе 3С связ·аны между собой соотношением(13.20)гдеl-длина 3С, у- параметр усиления.Выходная мощность однозначно определяется входной амплитудой(13.21)Глава13. Электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением387а выходная мощность(13.22)где Gвых и Gвх-соответственно выходная и входная проводимости.При полном согласовании 3С с выходной и входной СВЧ-линиями Gвых = Gвх• поэтому коэффициент усиления по мощностиК= Рвыхf Рвх с учетом соотношенийравен К=(13.20)-(13.22)= ехр (2yl) и в децибелах выражается соотношениемК=р;ых =10 lg10 lg (e2Yl) = 8,68yl,(13.23)вхпротивление связи;10-.ток электронного пучка; И 0 - напряжение ускорения электронов; Л, 3-длина замедленной волны.Если использовать параметры С иN,то, как показывает теоретический анализ, коэффициент усиления К~значенияNz10 ...
30,С z0,02 ... 0,5,а К=РеальныеCN.20 ... 50 дБ.Электронный коэффициент полезного дейсmия ЛБВО определяетсясоотношением Т\е=Рвыхf(Иоf0 ). Мощность Рвых пропорциональнауменьшению кинетической энергии электронов в результате взаимодействия с волной. Если принять, что конечная скорость электрона равна фазовой скорости волны, то изменение кинетическойэнергии электрона, обусловленное взаимодействием его с волной,будет равно ЛWкин = (тvб /2)-(mv~ЛWкин z C(mv8 /2), где С -/2). Оценки показывают, чтопараметр усиления, mv8/2=W0-энергия, которая затрачивается на ускорение электронного потока, т.
е. Р 0z= Иоf0 ~ W 0 • Тогда электронный КПД Т\е = ЛWкинfW0 zС. Дл~ увеличения КПД в ЛБВО применяют такие 3С, в которыхv Ф уменьшается по мере замедления электрона. В результате времяпребывания сгустков в тормозящем поле волны увеличивается, чтои позволяет получить дополнительное усиление и большую выходную мощность. 3С, в которых vФ уменьшается вдоль системы, называются изохронными.Существует еще ряд способов увеличения КПД. В специально разработанных ЛБВО КПД может быть доведен до13'50 ... 60%,Раздел3883.а выходная мощностьЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ-до нескольких десятков кВт в непрерывном режиме.Одним из достоинств усилителей на ЛБВО является возможность получения низкого уровня шума,лажденияспирали,коллекторанасниженияспираль,в частности путем охтока вторичныхиспользованияэлектроновмалошумящихизэлектронных пушек.
В малошумящих ЛБВО коэффициент шума (см.гл.22) принимаетКш=значения2,5 ... 20 (т.е.4 ... 13 дБ).Рассмотрим основные харакrеристики ЛБВО. На рис.13.1 7 изображена зависимость выходной мощности Р вых(I ф. к) от тока I ф. кв фокусирующей катушке Р вх = const, ro = const и И0 = И0 опт == const. Фокусирующая катушка в ЛБВО предназначена в основном для предотвращения поперечной расфокусировки электронныхсгустков,происходящейподдействиемобъемногозаряда электронов в сгустках. (В современных ЛБВО вместосоленоида в основном применяются системы постоянных магнитов.) Следовательно, изменение тока Iф.к в фокусирующейкатушкеприводиткизменениюнапряженностипродольногомагнитного поля Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
