Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 77
Текст из файла (страница 77)
20%при уровне выходной мощности отМитроны работают на частотах вплоть до3 до 150 Вт.1 мм (300 ГГц).При возрастании анодного напряжения И а изменяется напряженность радиального электрического поля в пространствевзаимодействия и, следовательно, скорость вращения спиц, по-скольку vцк= (Иа~_~)В.Частота, с которой спицы будут прохо-.дить среднюю линию каждого резонатора, равнаf=vцкlD(D -расстояние между соседними резонаторами, или период структуры).ЕслиИаN2 nB(r~ _N -число элементарных резонаторов,uтоf =ur~)B, т.
е. частота генерации является линеинои функ-цией И а' что подтверждается экспериментально. Зависимостьвыходной мощности от частоты Р вых= F(f)подобна резонанснойкривой анодной системы при ее низкой добротности. Это значит,что мощность на выходе пропорциональна импедансу, на который нагружен электронный поток. Зависимостьгична зависимости Р =Ja = F 1(f)аналоF(f) мощности от частоты при В = const.Лампа бегущей волны тиnа М {ЛБВМ). ЛБВМ используютсякак эффективные усилители мощных СВЧ-колебаний. Достоинствами этих магнетронных усилителей являются высокийКПД(до70% ),относительнонапример при Рвых =низкиерабочиенапряжения,100 кВт анодное напряжение составляетUa = 10".12 кв, а при Рвых = 1 МВт Иа = 25 ..
.40 кВ. ИмпульсныеЛБВМ имеют Рвых до 10 МВт при Иа = 100 кВ с поло.сой пропускания Лf::::: 1 7% .412Раздел З. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ !lРИБОРЫРис.14.11Обычно ЛБВМ имеют цилиндрическую конструкцию, реже-линейную. Физические процессы удобнее рассматривать с помощью линейной ЛБВМ, устройство которой представлено нарис.14.11,гдесистема (3С);1-3-электронная пушка (ЭП);холодный катод (ХК);2-4 -замедляющаяколлектор;напряжение на последнем ускоряющем электроде ЭП;напряжение на ХК; Изе-U0U хк--напряжение на коллекторе и 3С.ЭП формирует электронный поток с заданными параметрами.3С и ХК образуют пространство взаимодействия, где электронывзаимодействуют с СВЧ-полем 3С в скрещенных постоянныхэлектрическомS0 имагнитном В 0 полях. Электронный потоквводится в пространство взаимодействия таким образом, чтобыэлектрическая составляющая силыFe = -eS0 ,действующая наэлектроны в направлении ЗС, была уравновешена магнитной составляющей Fм = -e[v х В0 ].
В результате в отсутствие СВЧ-полей траектория электронов будет прямолинейной, т. е. циклоида выр~ждается в прямую линию. Скорость электронного потока в пространстве взаимодействия в этом случае будетve = f,0 /B 0 •В каждый момент времени все пространство взаимодействия,как и в магнетроне, можно разбить на ряд участков, где соседниеучастки имеют продольные составляющие СВЧ-поля, направленные противоположно. В результате на одних участках электроны будут замедляться, и электрическая составляющая силыFeбудет преобладать над магнитной. Электроны на этих участкахбудут подниматься в направлении 3С, на других, наоборот, электроны ускоряются, тогда преобладает силаF м· Электроны при этомдвигаются в сторону холодного катода.
Если и Ф = и е' то одни электроны будут подниматься, приближаясь к 3С, а другие падать накатод, т. е. процессы взаимодействия здесь во многом аналогичныГлава14. Электронныеприборы СВЧ с динамическим управлением413крвыхРис.Рис.14.1214.13процессам, протекающим в магнетроне.
В электронном потоке образуются уплотнения (сгустки) и разрежения. В ЛБВМ потенциальная энергия преобразуется в энергию СВЧ-поля, и по мере приближения к 3С потенциальная энергия электронов уменьшается,а энергия СВЧ-поля увеличивается. Поперечная составляющаяСВЧ-поля, нормальная к поверхнqсти Х:К (иначе-отрицательного электрода), играет такую же роль, что и в магнетроне, т.,е.она способствует лучшей группировке внутри сгустка.Примеры основных характеристик ЛБВМ цриведены нарис.14.12и14.13.На рис.14.12изображена амплитудная Х8;~рактеристика. С увеличением входной мощности выходная Р выхвозрастет из-за того, что напряженность СВЧ-поля становитсябольше и электроны более интенсивно поднимаютс:Я к 3С, отдавая все более значительную часть своей энергии.
На пологомучастке электроны при Рвх>Рвхl начинают достигать 3С, передав всю свою энергию СВЧ-полю. Незначительное увеличениеР вых в этой части кривой вызвано тем, что по мере роста Р вх всебольшее число электронов достигают 3С.Зависимости коэффициента усиления К от напряжения холодного катода Ихк и частотыf (см. рис. 14.13) подобны соответственно характеристике взаимодействия и частотной характеристике ЛЕВО.ЛампаобратнойволнытипаМ(ЛОВМ). Наряду с ЛБВМ в СВЧ-техникедостаточно широко применяются приборы, работающие на обратной пространственной гармонике-различные видыЛОВМ, которые могут использоваться вкачестве как усилителей, так и генераторов. Устройство генераторов на ЛОВМ(рис.14.14)сходно с устройством маг·Рис.14.14414Раздел3.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫнетронного усилителя типа ЛБВМ.
Замедляющая система (3С)4обычно свернута в незамкнутое кольцо. Выходная мощностьотводится в нагрузку по СВЧ-трактукатода7,подключаемому вблизиу ЛБВМ в этом месте находится вход прибора. У кол1,лекторного конца 3С ЛОВМ монтируется поглотитель6,который поглощает электромагнитную волну, отраженную от выходной СВЧ-линии и катодного конца системы.
В ЛБВМ у коллекторного конца располагается выход прибора. Пространствовзаимодействия в ЛОВМ, как и в ЛБВМ, формируется холоднымкатодом3и 3Сной пушки24.На рис.14.14и коллектор5;показаны также анод электронЗС конструируется таким образом,чтобы в ней преобладающую роль играла первая обратная гармоника, вектор фазовой скорости vФ(-l) которой совпадает с направлением движения электронов. Групповая скорость СВЧ-волны(скорость переноса энергии игр на рис.14.14) направлена навстречу движению потока.Под воздействием флуктуаций плотности электронного потока в 3С возникают слабые электромагнитные колебания.
Дальнейший механизм взаимодействия электронного потока с СВЧполем-формирование сгустков, отбор рабочих электронов, передача энергии полю волныподобен механизму взаимодействия-в ЛБВМ, за исключением того, что взаимодействие осуществляется не с прямой волной, а с обратной гармоникой. Однако фазовая скорость этой волны, как и в ЛБВМ, направлена в ту же сторону, что и направление движения электронного потока.Одним из достоинств генератора на ЛОВМ является возможность (за счет изменения напряжения источников пит,ания) электронного смещения частоты генерируемых колебаний в пределахнескольких процентов. Генераторы на ЛОВМ являются достаточно мощными приборами, у которых мощность в непрерывном режиме достигает нескольких кВт, :КПД- 30%.
Они работают вплоть до миллиметрового диапазона. ЛОВМ может работатькак усилитель, в котором вход располагается около коллектора.:Коэффициент усиления таких приборов20 ... 30 ДБ.Ампилитроны. Это разновидность усилительных ЛОВМ, устройствокоторыхсходносустройствоммагнетронов.Отметим некоторые отличительные особенности устройства ампилитрона (рис.14.15,стрелкамипоказанынаправления движения СВЧ-энергии).
Поскольку это усилительный прибор, тодля устранения возбуждения на колебаниях вида 1t, ампилитрон,Глава14.Электронные приборы СВЧ с динамическим управлением4151в отличие от магнетрона, имеет нечетное2число резонаторов. В магнетроне 3С образована замкнутой цепочкой резонаторов, а в ампилитроне 3С2разомкнута засчет разрыва системы связокное поле43.Магнитформируется постоянным магнитом. Входной сигнал Р вх возбуждает через связки поле в резонаторах. Электроны, эмитированные катодомвпространство1,поступаютвзаимодействияидви-жутся по таким же траекториям, что и вмагнетроне. Если скорость перемещенияРис.электронов равна фазовой скорости од14.15ной из пространственных гармоник СВЧ-поля, то в результатепроцессов группировки образуются спицы, в которых электроны передают свою потенциальную энергию СВЧ-полю.
Амплитуда волны, бегущей вдоль связок, возрастает за счет потенциальнойэнергии электронов. В ампилитроне взаимодействие осуществляется с обратной гармоникой, так же как и в ЛОВМ, т. е. ампилитрон объединяет в себе свойства магнетрона и ЛОВМ. Ампилитронявляется очень мощным прибором, его мощность в непрерывномрежиме достигает сотен кВт, а в импульсномМВт, усиление-но единицы ГГц,- десятков и более20 ... 30 дБ, рабочий диапазон частот - обычКПД до 70".80%.до---0-------il Контрольные вопросы1 - I- - - - - - - -1. Общие сведения о приборах типа «М», достоинства и недостатки.
Области применения.2. Каково устройство магнетрона? Движение электронов вскрещенных полях. Парабола критического режима.З. Особенности колебательной системы магнетрона: виды колебаний, колебания 7t-вида, разделение видов колебаний.4. Каковы рабочие характеристики и параметры магнетронов иамплитронов?5.Каковы особенности, устройство, параметры и характеристикиЛБВМ, митронов, ЛОВМ?РАЗДЕЛ4ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯИНФОРМАЦИИ.ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫГлава15ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ И ИНДИКАТОРЫ15.1. ОбщиесведенияГазовый разряд.
Элекrрическим разрядом называют совокупность процессов, связанных с прохождением электрического тока через газовую среду. Ионные или газоразрядные приборы (ГРП)-это приборы, использующие свойства электрического разряда вгазе или парах металлов при давлении от 10- 1 Па и выше.Существует множество видов разрядов в газах, которые используются в приборах, Их можно разделить на две большиегруппы: стационарные и импульсные. Стационарные разряды характеризуются установлением равновесных значений всех параметров газовых разрядов. В импульсных разрядах ток протекаеттоль;ко в короткие интервалы времени, когда в разряде не успевают установиться равновесные процессы возбуждения, ионизации, рекомбинации, излучения и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
