Лекция 10. Пролетные клистроны (1095408), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Такая зависимость является типичной для скоростноймодуляции в присутствии второй гармоники.Рис.10.14. График зависимости фазы прибытия электрона в третий резонаторот фазы прохождения через первый резонатор при каскадной группировке.Недостатком синхронного режима многорезонаторного клистрона являетсяочень узкая мгновенная полоса частот. Для устранения этого недостаткавводят дополнительную расстройку промежуточных резонаторов в обестороны от средней частоты подобно тому, как это делается приконструировании полосовых усилителей промежуточной частоты.Увеличивая количество резонаторов клистрона и подбирая их расстройку поотношению к средней частоте полосы, удается ценой отказа от достижениямаксимально возможного коэффициента усиления добиться расширениярабочей полосы до нескольких процентов от средней частоты, т.е.∆`= 2 − 3%`10.
Многолучевые клистроныОсновной тенденцией развития клистронов для радиолокации и связиявлялось повышение выходной мощности прибора при жесткихограничениях по напряжению питания. Естественным решением в этомслучае было повышение тока пучка. Однако это приводило к увеличениюпроводимости и первеанса пучка, что, в свою очередь, вело к значительномупонижению КПД взаимодействия, а также к значительному повышениюмагнитного поля, а значит, массогабаритных параметров прибора. Выходомстало использование многолучевых конструкций, в которых первеанспарциальных пучков не превышал оптимальных величин 0,5 … 1,0 мкА/В©/ ,а общий первеанс мог достигать десятков мкА/В©/ .Поэтому мощные широкополосные многолучевые клистроны (МЛК)нашли широкое применение в выходном каскаде усиления передатчиковрадиолокационных станций (РЛС) различного назначения.
К современнымклистронам для РЛС предъявляется ряд требований: большая выходнаяимпульсная мощность, составляющая более 10 кВт в сантиметровомдиапазоне частот, при большом уровне средней мощности; широкая полосарабочих частот клистрона, позволяющая увеличить помехозащищенностьстанции, которая должна составлять несколько единиц процентов отцентральной частоты.
Большое значение имеет также величина питающихнапряжений клистрона, уменьшение которых позволяет создавать болеекомпактные передатчики.Удачное внедрение многолучевых конструкций обусловленопреимуществами этих приборов по сравнению с однолучевымиконструкциями: более низкое высоковольтное напряжение, малая масса,широкополосность, низковольтное сеточное управление. При этом режеупоминались присущие многолучевым конструкциям недостатки:усложнение технологии изготовления, повышенное токооседание наэлементах электродинамической системы, достаточно сильное влияниепоперечных составляющих фокусирующего магнитного поля.На рис.10.15 приведена конструктивная схема трехлучевогомногорезонаторного пролетного клистрона, из которой видно, чтоэлектронные пучки, создаваемые электронной пушкой при использованиипарциальных катодов, параллельно распространяются в отдельныхпролетных каналах и взаимодействуют с ВЧ электрическим полем зазоровконкретных резонаторов.Рис.10.15.
Конструктивная схема трехлучевого клистронаОбеспечение большой импульсной мощности в сочетании созначительной широкополосностью многолучевых клистронов во многомзависит от конструктивного исполнения многолучевого клистрона, котороеможно разделить на две группы: клистроны, работающие на основном видеколебаний резонаторов, и клистроны, работающие на высших видахколебаний.
Клистроны, работающие на высших видах колебаний, имеютпреимущества по обеспечению величины средней выходной мощности, нопроигрывают клистронам, работающих на основном виде, по достижениюширины усиливаемых частот.Для бортовых передатчиков радиосистем различного назначения(РЛС, ответчики, навигация, связь) часто требуются малогабаритныеисточники СВЧ, в основном работающие коротковолновой частисантиметрового диапазона длин волн. В качестве таких источниковиспользуются миниатюрные многолучевые клистроны, уровень мощности взависимости от назначения изменяется от единиц ватт до 1 кВт.
Несмотря наотносительно небольшую абсолютную величину выходной мощности,плотность выделяемой на миниатюрных элементах таких клистроновтепловой энергии сравнима (а иногда и превышает) с тепловыми нагрузкамиприборов большой мощности. Поэтому решение возникающих при этомпроблем требуют применение неординарных конструктивных решений приразработке приборов.11.
Параметры, характеристики и параметры пролетныхклистроновВ настоящее время многорезонаторные пролетные клистроны из-заспособности развивать большие мощности находят широкое применение вмощных передатчиках СВЧ радиолокационных и телевизионных систем, атакже в аппаратуре связи дециметрового, сантиметрового и миллиметровогодиапазонов длин волн.Основными параметрами усилительных пролетных клистроновявляются средняя рабочая частота, выходная мощность, коэффициентусиления, КПД, рабочая полоса частот.Важным параметром клистрона с точки зрения проектированияисточников питания (импульсных модуляторов), а также расчетов режимовмодуляции являются их статическое кс и динамическое кд сопротивления:т.к. 7 = ª©/.кд=кс=7∆2=∆73ксОсновными характеристиками пролетных клистронов являютсязависимость выходной мощности Nвых от входной Nвх (амплитуднаяхарактеристика), зависимость Nвых от частоты { (частотная характеристика),зависимость фазы напряжения на выходе отили { (фазовыехарактеристики).Амплитудные и частотные характеристики клистронов мы ужерассматривали.Рис.10.16.
Фазовые характеристики пролетного клистронаа) зависимость сдвига фаз от ускоряющего напряжения;∆‘б) зависимость сдвига фаз от изменения частоты = A‘)На рис.10.16 показана фазовая характеристика пролетного клистрона.Зависимость сдвига фаз во входном и выходном резонаторов клистрона отнапряжения имеет вид«=Œ +'¬_=2+_=2a2+_2≈ −0,53 град/В. Обычные полные значения запаздывания вЭту характеристику можно аппроксимировать прямой линией с'1)пролетных клистронах составляют 1000 − 3000°.крутизнойОтносительное изменение фазового сдвига, вызываемого изменениемускоряющего напряжения∆«∆=−«2Типичное значение фазовой чувствительности (изменение фазовогосдвига при изменении на процент величины напряжения) обычно составляет5 − 15°.Изображенная фазочастотная характеристика клистрона вблизи {может быть успешно аппроксимирована прямой линией.
Эта характеристикаопределяется фазовыми характеристиками резонаторов клистрона.12. Режимы работы клистроновВ большинстве случаев пролетные клистроны используются в режимеусиления. При усилении амплитудно-модулированных сигналов (в том числеи однополосных) для снижения уровня вносимых нелинейных искаженийклистроны обычно работают на линейном участке амплитуднойхарактеристики, выбирая при этом рабочую точку в середине этого участка.Для получения максимального значения коэффициента усиления клистроннеобходимо настраивать на минимально возможную полосу. В таком режимеработы большая часть подводимой к клистрону энергии выделяется в видетепла в коллекторе. Некоторое увеличение КПД клистрона можно получитьза счет уменьшения напряжение на коллекторе относительно катода.Заметим, что произведение полосы пропускания на коэффициент усиленияявляется неизменным, т.е.
увеличение ширины полосы пропусканияклистрона за счет расстройки его резонаторов приводит к снижениюкоэффициента усиления.Если необходимо усиливать сигналы, промодулированные по частотелибо фазе, или импульсно-модулированные сигналы целесообразно работатьв режиме максимальной мощности, т.е. вблизи насыщения. В этом случаеКПД клистрона имеет большое значение, амплитуда сигнала на выходе имеетболее стабильное значение и при этом ослабляется паразитная амплитуднаямодуляция.Выходная мощность пролетного клистрона также зависит отпараметров его нагрузки. Как видно из рис.10.17 изменение модулякоэффициента отражения (КСВН) и его фазы значительно может влиятьвыходную мощность. Поэтому на выходе клистрона часто включаютразвязывающий прибор в виде ферритового циркулятора.Т.к.
промодулированный по плотности электронный поток в пролетныхклистронах может содержать большое число высших гармоникD7 = 7 + 27 B C! ( /),!Eто их можно использовать для умножения частоты. Обычно для этой целииспользуют двухрезонаторные клистроны, которые позволяют умножитьчастоту до 10 раз. С помощью умножительных клистронов можно получитьстабильные колебания в сантиметровом и даже миллиметровом диапазонахдлин волн, используя в качестве задающих генераторы более низких частот,стабилизированные на гармониках кварца. Выходная мощность такихклистронов не превышает нескольких сотен милливатт, а КПД составляетнесколько процентов.
Выходной резонатор умножительного клистронанастраивается на n-гармонику входного сигнала ω и поэтому его размерывсегда много меньше входного резонатора. В выходном резонаторевозбуждается высокочастотное напряжение(− «! ),! =!где– коэффициент умножения, а мощность на выходе клистрона равнаN! = ! 7 C! ( /).Рис.10.17. Зависимость нормированной выходной мощности от}¯c1 нагрузки клистрона1 – наихудшая фаза отражения; 2 – наилучшая фаза отражения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
