Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 77

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 77)

6 10.1), затраты мощности на модуляцию проходящего однородного по скорости потока практически ничтожны, а это значит, что прибор обладает хорошими усилительными свойствами. Второй резонатор, которому поток передает свою энергию, называют ула алина,гелем. Вследствие того, что сгруппированный поток, подобно морским волнам, воздействует на улавливатель, прибор был назван к л и с троном о м, что в переводе означает «морской прибой». Электроны, прошедшие улавливатель, собираются к о л л е кт о р о м. Полезная мощность из улавлнвателя передается в нагрузку с помощью элемента связи и фидерной линии. Как и всякий усилительный прибор, нлистрон может быть превращен в автогенератор, если соединить улавливатель с группирователем линией ОС (рис.

10.46) . Двухконтурные и более сложные, но работающие на том же принципе многоконтурные клистроны широко используются преимущественно как усилители дециметровых и сантиметровых волн. Основным достоинством их является большой коэффициент усиления по мощности, достигающий десятков миллионов! К недостаткам клистронов следует отнести сравнительно низкий КПД, не превышающий обычно 45а/а, и возможность работы только в очень узком диапазоне частот, что определяется наличием двух и более высокодоб- 248 Рис. 10.46. Двухконтурный клистрон. ный автогенератор ротных резонаторов, механическая перестройка которых затруднительна.

В качестве маломощных автогенераторов широкое распространение получили одноконтурные о т р а ж а т е л ьн ы е кли с троны. В них вместо второго резонатора поставлен отрицательно заряженный электрод-о т р а ж ат ел ь (рис. 10.47). Электроны„прошед- Рис. 10.47. Одноконтурный от- ражательный клнстрон шие резонатор, летят по инерции к отражателю, но под действием его поля останавливаются, а затем летят в обратном направлении и вторично проходят через резонатор. При этом ускоренные электроны подлетают ближе к отражателю, чем замедленные.

Можно так подобрать напряжение на отражателе, что те и другие будут возвращаться к резонатору одновременно. При этом образуются сгустки электронов, которые отдают резоНатору значительно больше энергии, чем тот тратит ее на изменение скорости однородного потока. Механизм возникновения колебаний в нлнстроне такой же, как в любом автогенераторе. Первичный импульс тока при включении прибора или всякое другое нарушение стационарного состояния приводит к появлению слабых колебаний в резонаторе. Последние модулнруют поток по окорости. ~В нем появляются сгустки, которые с частотой модуляции воздействуют на резонатор.

Благодаря отмеченным выше усилительным свойствам прибора колебания в резонаторе нарастают. Амплитуда колебаний постепенно устанавливается вследствие роста потерь в резонаторе и изза тото, что при большом напряжении на нем увеличивающаяся модуляция потока по скорости приводит к неодновременному возвращению электронов в резонатор, т. е. к ухудшению группировки потока. Интересной особенностью отражательных клистронов является возможность изменения частоты генерируемых колебаний электрическим путем — изменением напряжения на отражателе. Поясним физическую сущность этого процесса.

Допустим, что сгустки возвращающихся электронов 1 проходят резонатор во время действия на нем максимального тормозящего поля (рис. 10.48,а). Взаимодействие этого поля с потоком носит чисто активный характер. Это означает, что первая гармоника тока электронного пучка й проходит резонатор в противофазе с действующим на нем напряжением иь Если изменить напряжение на отражателе, то время прихода сгустков к резонатору изменится. Они уже не будут проходить резонатор точно в максимально тормозящей фазе (ряс. 10.48,б), а это приведет к тому, что и первая гармоника тока пучка сдвинется во времени. Значит, появится сдвиг фаз между ией н напряжением на резонаторе, т.

е. помимо активного взаимодействия возникнет и реактивное. Ре- 4 1! 1 юз ~ ис 1 аа ) аз а) 4) Рнс. 10.48. Возникновение электронной перестройки в отражательном клистроие активное взаимодействие приведет и изменению собственной частоты резонатора, а последнее, в свою очередь, вызовет изменение частоты генерации, пока взаимодействие опять не станет активным.

Такое явление получило название электронной перестройк и г е н е р а т о р а. У отражательных клистронов относительная электронная перестройка обычно не превышает нескольких процентов. С укорочением волны приходится уменьшать размеры резонаторов. При этом во избежание электрического пробоя необходимо ограничивать амплитуду напряжения на них, что приводит„ конечно, к уменьшению генерируемой мощности. Вместе с тем время пролета электронами пространства между сетками резонатора становится соизмеримым с периодом колебаний, а это приводит к тем последствиям, с которыми мы уже сталкивались в ламповых генераторах, т. е.

к необходимости увеличения мощности возбуждения, к ухудшению эффективности взаимодействия потока с полем и к падению усиления. Поиски иных способов осуществления энергетического взаимодействия потока с полем колебательных систем привели к созданию обширного класса генераторов бегущих волн. 10.9. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН В клистроне для получения скоростной модуляции на электроны оказывает кратковременное, ио относительно сильное воздействие поле резонатора. Тот же эффект может быть получен, когда на электроны будет действовать поле во много раз меньше, если во столько же раз увеличить время его воздействия.

То же можно сказать и о взаимодействии сгруппированного потока с полем выходной колебательной системы. Этн соображения кладутся в основу создания мощных генераторов очень коротких волн н решения важной проблемы разработки генератора с боль- 249 1)гкорнещее Тормюлшее "в ляля папе О )о — "а -%".' О О О О О ) :-~ )11:,БВ )е )о )О О) О ( э О ) О Рис. 10.49. Взаимодействие бегущей волны с электронным потоком: и — при равенстве скоростей потока и волны; б — при скорости потоха, немного превышающей скорость волны шой полосой электронной перестройки.

Последняя задача не могла быть решена с помощью клистронов, поскольку их колебательная система образуется высокодобротными узкополосными резонаторами. Очевндно, что ее решение следует искать в применении широкополосных или, еще лучше, апериодических (нерезонансных) электромагнитных систем. Как в тех, так и в других поля много слабее пол~й высокодобротных резонаторов. Из гл. 5 нам известно, что идеально широкополосной апериодической системой является согласованная на конце линия передачи, вдоль которой распространяются бегущие волны.

Если вдоль линии, в которой слабый входной сигнал возбудил бегущую волну, пропускать поток электронов, движущийся в том же направлении и с той же скоростью, что и волна, то одни электроны будут на протяжении всего полета находиться в тормозящем, а другие— в ее ускоряющем поле. Это приведет к скоростной модуляции потока, и на некотором расстоянии от входа все электроны, как в клистроне, соберутся в сгустки около невозмущепных электронов. Однако при этом не появится возможность передачи электронами энергии полю волны, потому что сгустки все время будут лететь в ее нулевом поле (рис.

10.49,а). Положение будет иным, если скорость потока о, хотя и мало отличается от фазовой скорости волны в„но несколько превышает ее. В этом случае, как и раньше, нз-за малой разности скоростей часть электронов бу- дет лететь относительно долго в тормозящем, а часть — в ускоряющем поле. Произойдет скоростная модуляция потока и образование сгустков около не- возмущенных электронов. Но постепенно эти сгустки, опережая волну, попадут в ее тормозящее поле (рис. 10.49,б).

И опять-таки из-за малой разности скоростей они значительное время будут находиться в тормозящем поле волны, отдавая ей свою энергию. Когда сгустки начнут переходить в ускоряющее поле, они будут отбирать энергию у волны. Поэтому и существует некоторая оптимальная длина системы, зависящая от разности скоростей потока и волны и от частоты.

Вы можете сказать, что идея понятна, но на пути ее осуществления лежат принципиальные трудности. Во-первых, вдоль воздушных линий электромагнитные волны распространяются практически со скоростью света, а электроны, как установила теория относительности, не могут двигаться с большей скоростью. Во-вторых, из гл. 5 мы знаем, что электрическое поле линий перпендикулярно направлению распространения волны, поэтому оно и не может взаимодействовать с электронами, летящими вдоль проводов. Все это, безусловно, справедливо.

Характеристики

Список файлов книги