Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 78

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

Текст из файла (страница 78)

И можно даже добавить, что если бы взаимодействие происходило даже при скорости электронов, несколько меньшей скорости света, то и тогда возникли бы огромные трудности, связанные с использованием напряжений в сотни тысяч вольт, необходимых для придании электронам столь большой скоро- сти. Следовательно, нужно применить такие линии, в которых, во первых, скорость распространения электромагнитных волн была бы много меньше скорости света, т. е.

создать системы, замедляющие скорость волн, и, во-вторых, электрическое поле волны должао иметь в них продольную составляющую. Роль таких замедляющих систем могут играть, например, коаксиальные линии, в которых средний провод свит в спираль (рис. 10.50). Несколько упро- й 5 Рис. 10.50. Коаксиальная спиральная замедляющая система щенно появление нужных нам свойств у такой линии можно понять, представив, что волна обегает витни спирали. При этом ее распространение в направлении оси спирали замедляется (практически можно получить «замедление» до 1О раз). Обежав виток, волна изменяет свою фазу, вследствие чего между соседними витками создается разность потенциалов, что приводит к появлению в поле волны составляющей, направленной вдоль оси спирали.

Эта составляющая и будет воздействовать на поток. Теперь уже нетрудно представить конструкцию лампы бегущей волн ы (сокращенно ЛБВ) (рис. ! 0.51). В левой стороне баллона лампы разме- щается электронный прожектор. Пв волноводу или фидеру на вход спирали подается усиливаемый сигнал, возбуждающий бегущую волну в замедляющей линии, вдоль которой движется пучок электронов. В начальной части замедляющей системы волна производит скоростную модуляцию потока, которач благодаря его однородности не требует большой затраты энергии. В дальнейшем поток собирается в сгустки и отдает свою эпергпю волне, амплитуда которой многократно возрастает на пути к выходу.

Длину замедляющей системы выбирают такой, чтобы сгустки до выхода прошли всю тормозящую полуволну. Электроны, прошедшие замедляющую систему, собираются коллектором. В сгустках действуют значительные силы электростатического расталкивания; на большом пути пролета их действие может привести к расхожденшо пучна и оседанию электронов на спирали. Чтобы предотвратить расхождение пучна, лампу помещают в продольное магнитное поле электромагнита илв постоянного магнита. Допустим, что под действием сил расталкивания электрон отклонится от оси спирали; тогда на него начнет действовать отклоняющая сила магнитного поля, направленная по правилу левой руки в перпендикулярном к оси направлении, которая изменит направление его движения (рис. 10.52).

Если проследить последовательно за движением электрона под действием поля катушки, то окажется, что он по сложной винтообразной траектории будет приближаться к оси спирали. Следовательно, катушка собирает (или, как говорят, «фокусирует») электронный потоп в узкий пучок у оси прибора. Усилители на лампах бегущей волны обладают большим коэффициентом В 9 У(7 7'7' Рэс.

!ОЗ!. Лампа бегущей волны — усилитель: 1 — катод: 2 — первый анод; 3 — второй акад; а — «панч«акай широкополосный пркаыкый вибратор; З вЂ” входной »пако»ад; 6 — поглотитель; 7 — фпкускрующап катушка; 8 — спираль; 9— согласующая шлейф; 10 — аыхпдкой аплкпвпд: Ы вЂ” коллектор -Л 2 У Е.»- .»- б) Рис. 10.53. Неоднородные замедляющие системы 252 Рис. 10.52.

Фокуснрующее действие продольного магнитного поля соленоида усиления, достигающим сотен тысяч раз по мощности. Как и всякий усилитель, .лампа бегущей волны может использоваться в качестве автогенератора, если связать ее вход с выходом. Это можно осуществить с помощью специальной лилин связи, но можно и просто создать некоторое рассогласование на выходе (конце) линии; тогда часть энергии будет отражаться и возвра- 10.10. ЛАМПЫ ОВРАТНОЙ ВОЛНЫ Помимо спиралей в лампах бегущих волн могут использоваться и другие замедляющие системы. Например, широко распространены гребенчатые линии (рис.

10.53,а), в которых, упрощенно говоря, замедление достигается за счет того, что волна последовательно «обегает» щели гребенки. За время, в течение которого волна обегает щель, напряжение на «входе» щели изменяется, между ее краями создается разность потенциалов и продольное поле, взаимодействующее с потоком (рис.

10.53, б). Аналогичными свойствами обладает и коаксиальная линия с диа- щаться на ее вход. Есин отраженная волна достаточно интенсивна и совпадает по фазе с волной на входе, то произойдет самовозбуждение. В усичятелях же, где самовозбуждение необходимо устранять, а некоторое рассогласование практически всегда имеется, в средней части замедляющей системы ставят специальный поглотитель, гасящий отраженные волны. Благодаря отсутствию резонанс. ных систем лампы бегущей волны нвляются усилителями с очень широкой полосой пропускания, крайние частоты которой у некоторых образцов относятся как 1: 4.

Область их использования — дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. В качестве автогенераторов лампы бегущей волны используются довольно редко, так как упомянутое выше условие самовозбуло дения, требующее наличия определенной фазы отраженной волны, сильно сужает рабочий диапазон генератора. Гораздо большие возможности широкополосной работы создаются в лампах обратной волны. фрагмами (рис. 10,53, в). На сантиметровых волнах вместо коаксиальной линии используют диафрагмированные волноводы (рис. 10.53, г). Допустим, например, что вдоль гребенчатой системы справа налево распространяется электромагнитная волйа, создающая в данный момент времени максимальное тормозящее поле в щелях 1, 3, 5 и т. д. Зададим себе вопрос: может ли поток электронов эффективно взаимодействовать с полем такой системы, двигаясь навстречу волне? В спиральной замедляющеи системе взаимодействие со встречной волной не дало бы результирующего эффекта, потому что электроны попеременно подвергались бы воздействию то ускоряющего, то тормозящего поля.

Структура же поля в гребенчатой линии иная (рис. 10.53, б): здесь между краями щелей действует максимальное продольное поле, а под зубцом его нет. Поэтому если электрон, проходивший первую щель в тормозящем поле, достигнет второй щели через полпериода изменения полк, то он будет и в той, и в другой, и во всех следующих щелях испытывать тормозящее воздействие.

Под зубцами он будет прохо. дить по инерции, не испытывая воздействия идущей навстречу волны, так как продольная составляющая поля там всегда ранна нулю. Следовательно, в такой замедляющей системе возможна как группировка потока, так и передача волне энергии сгруппированным встречным потоком. Периодические системы, на отдельных участках которых действует переменное электрическое продольное поле, а на других оно отсутствует, называют пепл~породными в отличие от спиралей, на всех участках которых действуют поля с одинаковой амплитудой, поэтому онн являются од н о р од н ым и системами.

Приборы, в которых осуществляется энергетическое взаимодействие потока со встречной волной, распространяющейся вдоль неоднородной замедляющей системы, называют л а м п а м и обратной волны (сокращенно ЛОВ). В рассмотренном выше примере эффективное взаимодействие осуществлялось благодаря тому, что за одинаковый отрезок времени волна смещалась на одну ячейку влево, а электрон — на одну ячейку вправо. Следовательно, для работы ЛОВ необходимо, чтобы скорости потока электронов и электромагнитной волны были равны по значению и обратны по знаку. Теперь можно представить себе усилитель обратной волны (рнс. 10.54). Входной сигнал должен поступать на ближайший к коллектору конец замедляющей системы, а усиленный — сниматься с конца, ближайшего к катоду.

Однородный поток, вышедший из прожектора, попадает в интенсивное поле усиленного сигнала, модулируется по скорости, затем по плотности и отдает свою энергию движущейся навстречу волне. Нужно заметить, что в качестве усилителей ЛОВ используются довольно редко. Вследствие того, что на части пути электроны не взаимодействуют с полем, КПД н коэффициент усиления этих ламп меньше, чем у ламп бегущей волны.

Кроме того, встречное движение потока н волны создает в приборе естественную ОС, что сильно затрудняет устранение самовозбуждения генератора. Поэтому лампы обратной волны в основном используются в качестве автогенераторов. В таких генераторах имеется только один высокочастотный вывод (рис. !0.55). Необходимо заметить, что фазовая скорость волны изменяется с изменением частоты. Сформулированное выше условие эффективности взаимодействия потока с нолем лампы обратной волны всегда может быть выполнено путем соответствующего выбора ускоряющего напряжения.

По своему смыслу — это фазовое условие самовозбуждения. Амплитудное условие сводится к требованию, чтобы усиление прибора было не менее некоторого тчритического значения. Последнее обеспечивается участием в процессе взаимодействия достаточно большого числа электронов, т. е, созданием в приборе электронного пучка, ток которого превышает некоторое кп у с к ов о е» значение. Отсюда следует, что, если возможно изменять ускоряющее напряжение, принципиально не существует ограничений для диапазона пе- + Рис. 10.54. Лампа, обратной волны — усилитель 253 Рнс. 10.55, Лампа обратной волны — а~втогене- ратор 10.11. ГЕНЕРАТОРЫ ВЕГУЩНХ ВОЛН КЛАССА М рестройки лампы обратной волны, что является наиболее ценной особенностью этого прибора. На практике, однако, ряд конструктивно-технологических моментов ограничивает диапазон перестройки.

Характеристики

Список файлов книги