Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Источник чо(мяовипммо ивмввжемня Е,®р включен между катодом н отражателем. Напряжвнмояэь тормозящего чу Кгга Кнтг ахтар + Рпс 13 2. Схема отражательного кли- строиа Рис. 13.1. Схема лнухрезонаторного пролетного клистрона поля меткду резонатором и отражателем равна Е = — 1Е + ~Е„р1)йт', где аг — расстояние от зиредины зазора до отражателя. 1"гри Е„р ( О электроны на отражатель не попадают, поэтому постоянный ток через источник Е„и отсутствует. В отражательном клистроне, как и в пролетном, однородный поток электронов, летящих от катода в установившемся режиме генерации, модулируется по скорости высокочастотным напряжением на зазоре. Далее электроны движутся по инерции в статическом тормозящем поле между резонатором и отражателем.
Поскольку потенциал отражателя меньше потенпиала катода 1Е„р «О), электроны не достигают отражателя и возвращаются к зазору. Длительность пребывания их в пространстве торможения зависит от значения высокочастотного напряжения на зазоре в момент первого пролета зазора. В результате поток электронов, возвращающихся в зазор, оказывается модулированным по плотности.
Если при выбранных значениях Ер и Е„р фаза 1-й гар. моники наводимого при втором пролете электронами тока совпадает с фазой высокочастотного напряжения в зазоре, то имеет место положительная обратная связь, возбуждающая колебания в резонаторе, тз.з. расчет ндввданного токл в пролетном кпнстрона Рассмотрим процесс группирования электронов в клистроне в кинематическом приближении, т. е. пренебрежем действием пространственного заряда и электронном потоке, рассчитывая движение каждого электрона независимо от соседних.
Допустим, что в зазор первого резонатора влетает равномерный поток электронов, ускоренных напряжением Ер. Считая скорость электронов у катода нулевой, определим скорость и, „, с которой они влетают в зазор, из условия равенства кинетической и потенциальной энергии гпи,*,е/2 = еЕр, где е и гп— заряд и масса электрона, Отсюда о и У~еЕр(т. Если Ер выразить в вольтах, то пеле 1м1с) ж 6 ° !Оа)~Ер. Пусть между сетками зазора действует высокочастотное напряжение и„= — У,х гйп т, где т = ге„т+ ~р„га, и ~р, — частота и началь- ная фаза входного сигнала; (/„— амплитуда напряжения в зазоре. Знак минус выбран здесь для удобства записи последующих выраже- нии.
(13.3) Определим форму импульсов конвекционного тока !а(т,). Иапользуя ) равнение непрерывности заряда >Е> = /зс(т> = !заг(тз, где /, — постоянная составляющая тока катода, получим г „> (т,) = /ч/2'. )! — Х соз т, (т,)1, (13.6) Лля чгпх импульсов !з„(тз) (рис. 13.4) характерны бесконечно высокие пики тока при Х 1 и скачки тока с бесконечно крутыми фронтами, зач чзз За время пролета кинетическая энергия каждого электрона меняетчя на величину Л)Р а, которую находим, интегрируя по шир чае зазора а при рашен пеннер. гип >(йга = — еУ,х з!п т >(х/Й при прелате расстояния >(х.
Обозначим через тт = ю х/т + >р/ момент пролета одиаочным алектроном сеРедины зазора. Прн У, « Ер изменение скорости внутри зазора невапиКО И т = т> + ызхх/озал Тогда а/2 Ь)Є— — ~ еУ,ха!п~ т,+ — /!>(х= — М, зУ,х з!и т„ (13,2) -а/э з!и В,/2 где Мт = — коэфрицнент взаимодействия электронов о полем первого О>/2 зазора, учитываюший, что за время пролета через зазор напряжение между сетками меняется; О> = ызх />/озлз — угол пролета через зазор. При малых углах пролетав, коэффициент М> 1.
Однако сильно уменьшать ширину зазора и для понижения 0 нецелесообразно из-эа возрастания емкости между сетками и падения характеристического сопротивления резонатора, а также по технологическим соображениям. Увеличение скорости о,л, для этой же цели ведет х возрастанию мошностп, потребляемой от источника питания, появлен>по вторичной эмиссии и ограничено релятивистскими соотношениями. Реальпь.е значения О, для первого резонатора лежат в пределах и/4 О! « < 3 л 4, т. е. 0,96 ) М> ) 0,73 Учитывая (13 1) и (!3 2) при йгн = еЕР+ ц !Рю можно записать выражение для ск >рости электровоз о, ай лета>ошах из первого зазора: Гйб / еЕР / Узх Уах о>» = 1!)~ (! Л!х мп тд) озл (1 Мз Мп т>).
т (, Ер "/ "(, 2ЕР Р!оринрованное время пролета каждым электроном расатояния зтз между серединам~ зазоров первого и второго резонаторов: шнт и> 'та=т>+ ьч т>' ,т — Х 5>Г тю (13.4) сзл > где та = юзхг/>з/гала — угол пролета невозмушенного электрона! Х= Мг Уахы Хт„/2Ер — параметр группировзння электронов. На графикзх тз (гт) по (13.4), где та =та — 'тз (рис. 13.3), при Х ~ 1 имеются гочки А н В, в которых >(тз/>(т> = О.
Это зйачит, что целые группы электронов, пролетевшие первый зазор за конечные интервалы врамеии, близкие к т1 и ть>*, пРибывают ео второй зазор одновременно в моменты т," ит,"* еоответвтвеийо. Следовательно, плотность конвекционного тока электронов в плоскости второго ре: зона>ора >„(т,) в моменты т", и т',* стремится к бесконечности.
Более детальный расчет, учитывающий разброс скоростей электронов и расталкнвающее действие пространственного заряда, приводит к сглаживанию формы импульсов. Высота пиков и крутизна фронтов импульсов тока ген (та) ограничивается, однако качественный характер явлений и общий вид импульсов сохраннются.
Проведем гармонический анализ конвекцион:ого тока, представив его в виде ряда Фурье: (з, =!о+)г сои(т,— та)+ Уасоз2 (т,— т„)+ ... = = те+ ~и~ ! ссбптз л=-г где — и [ — ) Ь. ""а,,| — амплитуда и-й гармоники конвекционного тока; т, =- т, — т,. г1спользуя уравнение непрерывности заряда (13,5) и равенство (!3.4), с помощью соотношеяия с~а а х . ~~р~ 2 (а)е~лх, гдэ .га (й) — функция Бесселя первого рода порядка и от аргумента а, по.нучаем у„= 2)еаа (пХ). (13.7) Из рис. 13.5 видно, что максимум тока 1-й гармоники в импульсах конвекционного тока имеетместо при Х = 1,84 (где а, (1 84) = 0,58), а максимумам высших гармоник соотнетствугот параметры группироваиии в интервале от 1 до1,53 в зависимости от номера (см.
приложение!'т). !ге/ге к(7 к Ух(7 7к 0 7К 4я Рис. 133. Зависимость моментов про- лета злектронамв второго резонато- ра от моментов пролета первого Рис. 13 4 Импульсы конвекпиоиного тока в двухрезонаторпом клистране Рассчитаем ток, наведенный в выходном зазоре сгруппированными йр Электронами. Если полагать, что акорость электронов внутри зазора в среднем равна р, „напряжение йу синусоидально, а его амплитуда (уом„Ер, то п-я гармоника на- й2 веденного тока 1и„„равна той же гаРмонике конвекцийонного Гв, Умно- ° женной на коэффициент взаимодействия с полем второго зазора М, = — подсчитанный на частоте рис. !3.$. Зависимость вмииитуа 8)~ ' гармоиан ноивенпиоииого тона оа выделяемой гармоники, где О, = параметра группироваиия поо„йо!р,ио — угол пролета невозмущенным электроном второго зазора на частоте п-й гармоники; й— ширина зазора; ~ (13,8) Если резонансное сопротивление второго резонатора, приведенное к зазору, равно 77„ то напряжение иа зазоре вычисляется с помощью (!3.7), (13.8) в виде (уомн = 2йаМауоуо (пХ), (13.9) Для повышения колебательной мощности в выходном зазоре Р,„,= = 0,„,7„,„/2 надо обеспечивать максимум 7 (пХ) и увеличивать 1!о.
Графики рис. !3.5 имеют смысл амплитудных характеристик (У, ((Увн) усилителя (при и = !) и умножителя частоты (при а ~ 2) на пролетном клистроие, Важно отметить, что выходная амплитуда уменьшается при больших значениях У, из-за появления провала в середине импульса тока (рно. 13.4) и уменьшения при этом тока выде. ляемой гармоники. 33.3.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В УСИЛИТЕЛЕ на двухрезОИАГОРИОм пРОлетнОм клистРОИВ (! 3.11) (13. ! 2) 993 Подсчитаем КПЛ и коэффициент усиления по мощности увилителя на пролетном клистроне. От источника коллекторного питания при Ер = Еи потребляется мощность Ра Г оЕР Колебательная мощность в выходном резонаторе Р„„= —, У„27~ М,,Г~(Х) = —,' !2lоМе,7~(Х)!о. Отсюда электронный КП)й усилителя Ъ = — '"* = — '"' Ма т (Х) др Из этого выражения следует, что для повышения т)э надо увеличивать М, и коэффициент использования напряжения питания У,„,1ЕРэ а также подбирать оптимальный Х,, = 1,84 для обеспечения максимума тока 1-й гармоники Возможности повышения М, обсуждались ранее, его предельное значение равно 1. Наибольшее значение отношения (/,„,/Ер также равно 1, так как при превышении его часть электронов будет останавливаться в зазоре н двигаться в обратном направлении.
Таким образом максимальное значение КПхг усилителя на двухрезонаторном пролетном клистроне равно 58%. Практически значение т), значительно меньше (30 ...40ег8) из-за влияния пространственного заряда, расфокусировки электронов и др. Мощность на входе пролетного клистрона равна Р„= (/,'„/2Ры (13.13) где /1т — резонансное сопротивление первого резонатора. Коэффициент усиления по мощности двухрезонаторного пролетного клистрона найдем с помощью (13.11) и (13.13) ' эыт Г 1„тн 21,(Х) 1' Кр = — — — /тт /тг ~Мт Мг 2Ер Х Отсюда следует, что наибольшее значение Кр, равное Кр —— = РЯз!М,М,/нт,/2Е !', имеет место при малом сигнале (Х (( 1), когда 2/т (Х)/Х ж 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
