Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Таким образом, комплексную амплитуду 1-й гармони. ки конвекционного тока можно записать в виде 1!= 21оог(Х) е Н"+"1а!. 1-я гармоника иаведейиого тона 1иае! отличается от иее козффициеятом взаимодействия в еа. зоре М: !иао, =2М1„,1, (Х) е ! !~о+ п1 ! (13.19) Отношение тока 1„о ! к напряжению иа зазоре !) имеет смысл проводимости электронного зазора. С учетом возвратного движения элеитроиов при втором пролете е — ! !т,-~-п12! э ° 21 (Х) (13.20) Х а хм,г да рис. 13.!О Зависимость средней проводимости электронного зазора от параметра группироваиия 1иоо г го '!4 1о уэл =— и гав При фиксированном напряжении Х ~ 1 годограф Т л с ростом угла то описывает спираль с постоянным шагом, раскручивающуюся по направлению часовой стрелки.
Когда то принимает значения т,о, — — 2п (и+ 3/4) (и = 0,1,2), мнимая часть Тол равна нулю, а вещественная отрицательна. При постоянном то модуль Тол падает с ростом амплитуды колебаний пропорционально отношению 2 Iг (Х)/Х (рис. 13. !О). 13.6. УРАВНЕНИЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА АВТОГЕНЕРАТОРА НА ОТРАЖАТЕЛЬНОМ НЛИСТРОНЕ Автогенератор на отражательном клистроне является устройством с двухполюсным активным элементом, роль которого выполняет зазор с электронной проводимостью 7„. Уравнение стационарного режима запишем как сумму проводимостей зазора и резонатора, равную нулю: Уэл + 1/У = 0 или () = )б1иоот. (! 3.21) Представим эквивалентную схему резонатора в виде одиночного параллельного колебательного контура с резонансным сопротивлением Р и добротностью (3.
Комплексное сопротивление такого контура равно д, = Р/ (1 + Д) = Р соз гр,е!еи, (13.22) где е = 2 (ш — шо)(1/шо — обобшенная расстройка; ор„= — агс1е е— фазовый угол сопротивления Х. Уравнение (13.21) разделим на два: для модулей и для фаз, используя выражения (13.15), (13.20) и (13.22): Х= — '' соз(т,— т,„„) 2,/,(Х); Р/о то М 2ЕР 'ри = та тооят. (13.23) (13.24) Уравнение (13.23) позволяет найти установившееся значение параметра Х, а по нему амплитуду напряжения У = 2ЕРХ/тоМ. Уравнение (13.24) определяет частоту колебаний ш. Для удобства решения уравнений (13.23), (13.24) их целесообразно записать иначе. Введем параметр регенерации (ь = МеМа соз Ы2Ер, (13.26) характеризующий запас по самовозбу>кдению, где Л = т, — т,,— угол неоптимальности.
Тогда уравнение баланеа людулей (13.23) преобразуется к виду 2,7, (Х)(Х = 1(Р, (13.26) В уравнении баланса фаз (13.24) перейдем от фазы к частоте: (пт — гое)(гое = — 1а 3729 (13.27) Полученные уравнения однозначно связывают нормированную амплитуду колебаний Х с параметром регенерации (а, а частоту генерации го о углом пролета те. Предположим, что угол пролета фиксирован.
В соответствии с (13.26) установившееся значение параметра Х можно найти как або. цнссу точки пересечения зависимости 27, (Х)!Х (рис. 13.10) и горнзонтальной прямой на уровне 1/(ь. Поскольку при Х вЂ” 0 нормирован. ная проводимость стремится к единице, условие самовозбуждения автогенератора на отражательном клистроне записывается в виде Р. = 7е)7теМа соз б!2Ер ) 1. (13.28) При оптимальном группировании т, = т„, соз Л = 1 параметр регенерации максимален. Как видно из рис, 13.11, вблизи порога самовозбуждения )ь = 1 зависимость Х ((ь) имеет вертикальную касательную, так как при малых амплитудах Х ((1, а 2У, (Х) ж Х.
С ростом р параметр группирования увеличивается и стремится к пределу Х = Хм,„, = 3,84. дб „у 2 1 Рнс. 1ЗЛ1. Зависимость параметра группированнн Х от параметра регенерации р в отражательном клист. роне и/Ф 1(УЯ д 2 б Рис. 13 12. Зависимости параметра регенерации (а) и параметра группированин (б), а также амплитуды (в) и частоты (г) генерации от угла про- лета При этом значении Х функция 5т (Х) и ток 1-й гармоники !„„а стремятся к нулю. Отклонение угла пролета от оптимального значения уменьшаег запас по самовозбуждению.
Перепишем условие самовозбуждения (13.28) в виде 1ь = †р з1п те ) 1,) (13.29) где гт = 1т!е()(Ч2Ер. Из рис. 13.12, а следует, что параметр регенерации положителен для ряда значений п = О, 1, 2, ..., каждое из которых соответствует определенной зоне генерации. Число и имеет смысл целого числа периодов за время между первым и вторым пролетом электронами зазора. При выбранном на рис. 13.12, а значении й в нулевой зоне п = 0 (вблизи т„„= 0,75 ° 2п) условие самовозбуждения (13.29) не выполняется. В других зонах самовозбуждение происходит, запас регенерации возрастает с увеличением номера п. Зависимости установившихся значений Х „, амплитуды У и частоты от т, (рис.
13.12, б, в, г) построены по (13.26), (13.27). Физический смысл того, что с ростом номера зоны увеличивается запас по самовозбуждению, состоит в том, что при больших углах пролета возрастает степень группирования электронного пучка при неизменных остальных параметрах клистрона. 1З,Т. ВЛИЯНИЕ ПИТАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ И НАГРУЗКИ НА АМПЛИТУДУ а) чАстОту кОлеБАЙНЙ ОтРАжАтельнОГО клистРОнА Для нахождения колебательной мощности Р, применим соотношение Р, = (гт!2)с, Используя рис. 13.9 и рис. 13.12, получим так называемые зональные кривые Р, (Е„о) и ьт (Е„,р), построенные на рис. 13.13. Пределы перестройки частоты клистрона расширяются с ростом номера зоны и из-за увеличения параметра регенерации 1ь. Мощность Р, в центрах зон растет с номером зоны, пока (а не превышает 2 ...3, а затем спадает, поскольку рост гь незначительно увеличивает Х (рис.
13.11), а мощность Р, обратно пропорциональна квадрату те Ускоряющее напряжение Ео влияет на работу отражательного клистрона несколько сложнее. Рост Ео приводит к изменениям угла пролета т, (13.18) (см. рис. 13.9, 6), р параметра регенерации (ь (13.25) и тока луча 7е = РЕаа~е. Кроме того, растет коэффициейт пропорцио,,гг нальности между Х и (5 = -г5а -гвв -155 -Юв -55 и = 2ЕоХгтел(. атгта Важной характеристикой авто- генератора на отражательном кли-г5 -гак -150 -лз -55 р стропе является диапазон элек- тронной перестройки по частоте, Рис.
13.13. Зеналыиие краине отра определяемый как разность значе. жательиого клистрона ний частоты, при которых выходная мощность уменьшается в некоторое р, число раз по сравнению с ее значением в центре зоны. Рассчитаем наибольший диапазон перестройки по значениям частоты на верхней в, и нижней вн границах зоны Л = = (ва — вн)(вэ, где колебания срываются. Из условия )ь = 1 и из (13.28) получаем трансцендентное уравнение для определения граничного угла пролета соз Ь„р —— т„„( )хат„р, где )га = 7еМ' )тте,„,!2Е,— параметр регенерации в центре зоны, С небольшой погрешностью можно заменить та,р в правой частз полученного соотношения значением угла пролета в центре зоны т„„, = = 2ц (п + 3)4). Тогда соз Ьгр ю 1)ре Подставив Ь = Л„р в выражение (13.27), получим (и~„~= — ! У)ь' — 1.
(13.3О) Таким образом, с ростом номера зоны диапазон перестройки по частоте увеличивается в связи с возрастанием параметра регенерации. Рис. !3,14. Нагруэочные характе ристикн отражательного клнстро на Выражение (13.31) позволяет оценить теоретический электронный КПД отражательного клистрона т), = Рх)Ре = 2ХУт (Х)lтэ. Отсюда видно, что КПД наибольший при Х„, = 2,4, он равен в этом случае т)э„,„е = 0,38/ (и + 3/4) и уменьшается е ростом номера зоны. В нулевой зоне теоретически т), = 53%, в первой — 23%, во второй— 14% и т. д. Практически значения полного КПДзначительно меньше и составляют обычно единицы процентов. Рассмотрим влияние сопротивления согласованной (активной) нагрузки на мощность в нагрузке.
Пусть сопротивление резонатора, не связанного е нагрузкой, равно Ртнен, Тогда )4 = )1неи (1 — 1)цс), где Чцс — КПЛ цепи аогласования. При увеличении связи с нагрузкой резонансное сопротивление )! уменьшается. При этом падает параметр регенерации р и уменьшается амплитуда колебаний () до срыва генерации при и = 1, Мощность колебаний в резонаторе равна Рт —— !наа т У/2. Используя вместо )ш„, х, его выражение (13, 19) и переходя пт () к Х = ()т,М/2 Ер, получаем формулу для колебательной мощности Рх = 2 Ре Хут (Х)(та (13.31) где Р, = )эЕр — потребляемая мощность, Согласно (13.31) колебательная мощность Рх при изменении Х, а следовательно, и )г имеют максимум при Хопа = 2,4, когда произведение ХУт (Х) наибольшее и равно 1,25.
Таким образом, при фиксированных значениях т,о т (задан номер зоны и) нагрузочная характеристика Р, (й) совпадает е изображенной на рис, 13.14, а. Наибольшая мощность при оптимальном Яопт, обеспе. ' О,33 чивавшем оптимальное значение Х = 2,4, равна Рт „с = Р, — ' н опт = и.+ 3)4 уменьшается о ростом номера используемой зоны генерации. Мощность в нагрузке Р» = Ргицо 2 Реут (Х) (1 — г(~!сиен)1то имеет максимум при значениях )1, несиолько меньших, чем Ро т (рис. 13 14, б). При работе отражательного клистрона на несогласованную нагрузку в резонатор ие только вносятся активные потери, ио и подключается реактивная проводимость, что смещает частоту генерации.
При этом и амплитуда, и частота генераппи зависят от связи о нагрузкой. Обычно нагрузка подключена с помощью длинной линии. Рассогласование на конце этой линии может приводить к затягиванию или даже перескокам частоты и мощности (подробнее см. э 15.5). Отражательные клистроны — маломощные электронные' приборы СВЧ, работающие обычно в качестве генераторов радиоприемных устройств и анализаторов спектра или однокаскадных частотно-модулированных передатчиков малой мощности. Их мощность редко выходит за пределы 1О ...1000 мВт. Г Л А В А 14, ГВНРРАТОРЫ НА ЛАМПАХ БЕГУЩИЙ ВОЛНЫ ТИПА О 14.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
