Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 73
Текст из файла (страница 73)
При малых токах, протекающих через катушку, напряженность магнитного поля, препятствующая уходу электронов на 3С, недостаточна, и значительная часть электронов попадает на 3С, т. е. не участвует в процессе преобразования энергии, поэтому выходная мощность мала.
По мере увеличения токаI ф. квозрастает удерживающая со стороны магнитного поля сила, и все большее число электронов передаетэнергию бегущей СВЧ-волне. В результате выходная СВЧ-мощность возрастает. При больших напряженностях магнитногополя(большие токиIф. к) выходнаямощность падает из-зауменьшениясопротивлениясвязи(электроны «прижимаются• полемрвыхближе к оси ЛБВО и взаимодействуютскимспродольнымСВЧ -полемэлектричеменьшей напряженности).ХаракrеристикаР вых(И0 ) при РвхоРис.13.17= IФ. к. оптвзаимодействияconst, I Ф· к.
== const, ro = const и приГлава13.Электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением389постоянных напряжениях на остальных электродах показана нарис.13.18.Приизменении напряженияна спирали изменяется скорость электронов, поступающих в 3С, где распространяется электромагнитная волна. Доля кинетической энергии, передаваемойэлектронным потоком волне, зависит от разницы в скоростях vФи ve, т. е. от относительного угла пролета <р = wt(1- - _!_ )· ПриvФ<р0 =1tусредненная за период энергия,veпередаваемая волне отэлектронов, максимальна. В этом случае электронный сгустокнаходится все врем.я в тормозящем поле волны и отдает максимум энергии.
При увеличенииve (по сравнению со случаем <р0 =1t)угол пролета <р возрастает. В этом случае уменьшается коэффициент модуляции электронного потока по скорости. Электроныгруппируются в сгустки дальше от входа ЛБВО (ближе к выходу), и сгусток вблизи выхода оказывается в ускоряющем полупериоде и отбирает у волны часть энергии.При уменьшенииve(по сравнению со случаем <р 0= 1t)уменьшается относительный угол пролета, а коэффициент модуляции по скорости возрастает, что может приводить к разгруппировке электронного потока, особенно на выходе ЛБВО (см. далее объяснение амплитудной характеристики на рис.При некотором значенииve <13.19).vФ мощность падает до нуля, вэтом случае электроны формируются в сгустки в области ускоряющего поля волны, т.
е. они ускоряются волной и, следовательно, отбирают Энергию у нее.Амплитудная харакrернстнка Рвых(Р вх) при w = const, И0 = И0 опт == const, IФ. к. опт = const и постоянных напряжениях на остальных электродах изображена на рис.13.19.рвыхРис.13.18Рис.13.19390Раздел3.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫПри увеличении амплитуды входного СВЧ-сигнала возрастает коэффициент модуляции электронного потока по скорости,вследствие чего электронные сгустки формируются ближе ковходу замедляющей системы и, следовательно, возрастает расстояние, на котором сформированный сгусток взаимодействуетс волной.
Доля передаваемой кинетической энергии от сгусткаволне увеличивается, что приводит к росту выходной мощностиР вых· При дальнейшем росте входной мощности Р вых начинаетуменьшаться,чтоможетбытьсвязаносперегруппировкойэлектронного сгустка из-за большой разности скоростей электронов, образующих сгустки. Электроны, образующие сгустки,имеют разные скорости, и при большой амплитуде входногосигнала это различие может быть значительным, что и вызывает продольную разгруппировку сгустков. Часть электронов сгустка при приближении к выходу ЛЕВО может попадать в ускоряющую область СВЧ-волны и забирать у нее энергию, что и вызывает уменьшение р вых·13.6.
Лампыобратной волны типа ОЛОВО используются как для генерирования СВЧ-колебаний,так и в качестве регенеративных усилителей. Эти приборы наиболее широко применяются в диапазонах от дециметрового досубмиллиметрового включительно.Генераторы на этих приборах отличаются большим диапазономэлектронной настройки частоты. Схематическое устройство усилительной и генераторной ЛОВО показано на рис.13.20,а и б соответственно. Катод К и управляющий электрод УЭ условно изображают электронную пушку. В ЛОВО обычно используются неоднородные замедляющие системы (на рисунке заштрихованы).Коллектор «Кол» выполняет те же функции, что и в ЛЕВО. Поглотитель П обеспечивает необходимое распределение СВЧ-поля в 3С.Направление групповой скорости переноса энергии в ЛОВО вотличие от ЛЕВО противоположно направлению скорости электv 0 , а фазовая скорость обратной гармоники совпадает с вектором v 0 • При выполнении условия синхронизма для обратнойроновгармоники(ve ~ vФ) можно обеспечить ее взаимодействие с электронным потоком таким же образом, как в ЛЕВО.В усилительной ЛОВО сигнал подается от внешнего генератора со стороны коллекторного конца.
В генераторной лампе вГлава13.Электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением391а)K~t~?--------)///////////////////##/////////////)/)///)"б)Рис.13.20результате флуктуации электронного потока наводятся слабыеколебания. Распространяющиеся по 3С волны представляютсумму пространственных гармоник. В ЛОВО условие синхронизмавыполняется, как правило, для первой обратной гармоники, чтообеспечивается конструкцией 3С, подбором ее параметров и изменением электрических режимов прибора. Взаимодействие электронов с полем обратной гармоники, возбужденной или внешнимсигналом в усилителе, или же за счет флуктуации в генераторах,приводит к их группировке. Сгруппированные электроны, как и вЛБВО, передают часть своей кинетической энергии СВЧ-полю.
Использование электронного потока, движущегося навстречу потокуэлектромагнитной энергии, обеспечивает положительную обратную связь, без которой невозможна работа автог!Энератора. У славным входом генератора на ЛОВО, так же как и в усилителе, можносчитать коллекторный конец 3С; так как энергия переносится волной от коллектора к выходу, расположенному со стороны электронной пушки. Для обеспечения возбуждения необход:Имо выполнить условие баланса фаз, которое для ЛОВО записывается в следующем виде:rolrolvФ(-1)Vo-- - где п =О,-1t=21tn,1, 2, 3, v0вие модуляции.-(13.24)скорость электронного потока в отсутстРаздел3923.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫПервое слагаемое в этом выражении определяет изменениефазы волны при прохождении расстояниявторое слагаемое-ронов в ЗС.
(Знак(13.24)l,равного длине ЗС,изменение фазы за время движения элект«минус»в обозначении ИФ(-l) в формулепоявляется из-за противоположного направления скоростей vФ иСлагаемое 1t определяет оптимальные условияv 0 .)для передачи энергии от потока полю, когда образовавшийсясгусток электронов не выходит из тормозящего СВЧ-поля.Первые два члена в выражении для баланса фаз, по сути дела, определяют относительный угол пролета <р 0 , и при п=О онбудет равен 1t, т. е. это условие максимального отбора волнойэнергии от электронного потока,когда сгусток электронов напротяжении всего совместного движения находится в макси~мально тормозящем поле, усредненном по полупериоду волны.При п =роны1относительный угол прол_ета равенсгусткатечение одноговтечение-двухполупериодовускоряются или,пространственного периода (<р0иначе,3rt,т.
е. электтормозятсяи= 2rt) усредненлаяза период Э!Iергия взаимодействия равна нулю, а в течение полупериодаэлектроны тормозятся. Для пвен <р 0= 57tвпри пролете одного7t= 2 относительный угол пролета раи обмен энергией электронов и волны происходит напротяжении21/ 2периодов волны. В течение двух полных периодов баланс энергии обмена равен нулю. Результатом являетсято, что опять на протяжении оставшегося полупериода происходит преобладающая передача энергии от электронов волне и т. д.Величину п называют порядком или номером зоны колебаний в ЛОВО. Наибольшая выходная мощность получается в основной зоне при п= О. Условие баланса фаз можно использоватьдля определения частоты генерируемых колебаний в различных зонах, если известна дисперсионная характеристика обратной пространственной гармоники. Частота, как следует из уело-·вия баланса фаз, в выбранной зоне зависит отv е•а следовательно,и от И0 , так как v е = J~ И 0 • Зависимости колебательной мощности Р к=<р 1 (И0 ) и частотыm=<р 2 (И0 ) генерируемых колебаний отускоряющего напряжения прины на рис.13.21,I ф.
к.=I ф. к. опт= const представлеа и б.Скорость электроновv е•взаимодействующих с обратной гармоникой электромагнитной СВЧ-волны; определяется ускоряю-Глава13.Электровакwмные приборы СВЧ с динамическим управлением393roб)а)Рис.13.21щим напряжением И0 , т. е. ve ~~.Замедляющие системы вЛОВО обладают сильной дисперсией (зависимостью фазовой скорости электромагнитной волны от частоты). 3а счет флуктуацийплотности электронного потока, вызванных тепловым разбросомскоростей электронов, которые эмитированы катодом, в замедляющей системе наводится широкий спектр электромагнитныхфлуктуаций. Изменяя скорость электронного потока, добиваются оптимальных условий взаимодействия с обратными гармониками разных частот(ve""'vФ(-l)).
Увеличение скорости электроновсоответствует взаимодействи:Ю с обратной гармоникой, имеющейбольшую фазовую скорость и, соответственно, большую частоту.Таким образом, увеличение И0 приводит к увеличению частотыгенерируемых колебаний, и при снятии зависимости колебательной мощности от ускоряющего напряжения Р к<И 0) происходитодновременное изменение частоты, т. е. Рк =F(ro).При работе на низких частотах (малые значения И 0 ) длиназамедленной волны А 3 большая, и поэтому электронный потокразбивается на относительно малое число сгустков в простран-стве взаимодействия (по длине спирали укладывается малоечисло длин волн, т. е. отношение Nиз-за уменьшения расстояния,=f.
невелико). В силу этогона котором сформированныйсгусток взаимодействует с волной, ухудшаются условия передач:И энергии от электронного потока волне, что усугубляется ктому же возрастанием объемного заряда в сгустках (из-за большого числа электронов в каждом сгустке). Последнее обстоятельство приводит к увеличению поперечной и продольнойразгруппировок сгустков. Поэтому на низких частотах наблюдается «завал» характеристики Р к(И 0 ).Раздел3943.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫПри больших И 0 (большие частоты) уменьшается сопротивление связи электронного потока с полем СВЧ-волны. В этомслучае поле :концентрируется в основном ближе :к поверхности3С, и на границе электронного потока на более высоких частотах существует продольное электрическое СВЧ -поле меньшейнапряженности, что и является причиной уменьшения мощности.Рассмотрим баланс мощностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
