Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 48
Текст из файла (страница 48)
14.3, б): Ьг =- юс! — 1/<еЕ,. Из теории длинных линий извес~но, что амплитуда напряженка на левое и прзвом сечениях я ~ейкн связаны соотпощением (/ (л)/(/ (х -!- 6) = = созф Из эквивалентной схемы на рис. 14.3, б имеем соз тР =- 1 + Ьз/2 Ь,. (!4 4) Из условия ! соз ф ! ( ! найдем граничные частоты юе и ю„полосы пропускания, на которых созф принимает экстремальные значения, а сдвиг фаэ равен О иди ю, = юя="зе1/ 3/ь с 1/ 4с4-с 1/ ь с Вы:щсляя пз (14.4) значение еф = ы /р, можно найти днсперсионную характеристику замедляющей сестемы, а также групповую скорость е„в = без/г(р.
Дисперснонную характеристику рассматриваемой периодической системы удобно представлять в координатах (д, л) (рпс, 14 4), где 4 = с/пф — коэффиниент замедления, равный отношению скорости света к фазовой скорости волны; х— длина волны. Из рпс. !4.4 следует, что при нормальной дисперсии основной волны для пространственных гармоник дисперсия обычно аномальная, 44.3. ЭнеРГетичесние сООтнОшений в лАмпАх еегунйей ВОлны типА О В ЛБВ типа О, схема которой показана на рнс.!4.5, входной сигнал усиливается за счет взаимодействия электронов с полем прямой основной волны нлн пространственной гармоники.
Анализ этого яв- ления в простейшем случае возможен на базе линейной теории ЛБВ. Рассмотрим основные положения этой теории. Примем, что переменные составляющие токов, скоростей к напряжений малы по сравнению е постоянными. Рассматривается одномерная модель 0 продольной координатой х, отсчитываемой от начала замедляющей системы. Взаимодействие электронов с полем приводит к тому, что амплитуда 1-й гармоники конвекционного тока !вт зависит от амплитуды поля Е, которая, в свою очередь, связана ° током /щ.
Составив уравнения /„, = /, (Е ) и Е /в (/„,) и решив их совместно, можно получить так называемое самосогласованное решение, учитывающее обе стороны процесса взаимодействия. В результате такого рассмотрения оказывается, что усиление ЛБВ зависит з от параметра С = ')г!ехс/4 Е „, где !„— ток луча, Яо — сопротивление связи замедляющей сиетемы. Обычно С 0,02...0лв Если скорость злектронов в 1+ + С 2 раз больше скорости волны, то амплитуда напряженности пола Еш, а также 1-й гармоники тока !„, вдоль системы возрастают по экспоненциальному закону.
При большой длине замедляющей системы в ЛБВ типа О возникает нелинейный режим: экспоненциальиый закон нарушается, а Еш уменьшавтси из-за влияния пространственного заряда. Коэффициент усиления ЛБВ О К„можно вычислить на основе линейной теории как отношение амплитуд напряженности поля на выходе и на входе лампы. В РезУльтате полУчаетсЯ Кл=(1!3) ехР ! )/3 ы СЛ2 о л1, где ! — геометРическан длина лампы. Обычно Кл выражают в децибелах: Кл [дБ! =20!Х вЂ” Е ел = — 9,54+ 47С !у, 1 (! 3 /2 )с ! р 3 где Ф = Р,лр2 и = !/Л вЂ” злектряческая длина лампы; Рел = ю/озк. При увеличении амплитуды входного сигнала возникает нелинейный режим, при котором максимальная плотность конвекционного тока ограничена пространственныгл зарядом и коэффициент усиления падает.
При значительной амплитуде входного сигнала выходная амплитуда уменьшается нз-за перегруппировки (рис. 14.б). КПД т), = Р,/Р, ЛБВ типа О определяется той долей кинетической энергии электронов то,',/2, которую может передать электронный поток высокочастотному полю.
Начальная скорость электройюв о, при С = 0,2 ...0,3 на 10 ...!бз!е больше фазовой Скорости водны пй). Юхз! Эиы! лл дл' й а! .Вм Рис. 14 6. Зависимости коэффициен- та усиления (а) я амплитуды выход- ного напряжения (б! от амплитуды входного напряжения ЛБВ О Рис 14.5. Схема усилительной ЛБВ типа О 14.4. РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЯ НА ЛАМЛАХ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ ТИЛА О Полоса частот„в пределах которой изменения коэффициента усиления ие превышают заданных пределов, определяется, в первую очередь, качеством согласования замедляющей системы на входе н выходе, а также ее дисперсией. Остановимся подробнее на влиянии последнего фактора на полосу. Усиление в ЛБВ возможно, если фазовая скорость волны равна (0,8 .,,1)п,л. При заданном напряжении Е,„начальная скорость электронов пз„= ~/2еЕ„!т. Поэтому при изменении гф (ю)в результате дисперсии условия взаимодействия электронов с полем нарушаются и усиление падает.
Кроме того, из-за влияния отражений внутри лампы или в Хл тракте связи с нагрузкой на одних частотах обратная связь положительная и К„ возрастает, а на других отрицательная и К„ уменьшается. Напряжение Е,п задает скорость электронов о„, которая при фиксированной на данной частоте фазовой скорости оф, должна ле! жать в узких пределах (1,3 ...1, 1)о,. Поэтому усиление ЛБВ в зависймости от Е„имеет вид зоны (рис. !4.7, а), максимум которой соответрнс.
!4у. Бавььсимост коэфф ниеь- ствУеттакомУ Е„„„пРи котором та усиления н фазового сдвига ЛБВ пзл опт 1ь!Ъьь Ширина зоььы со- О от ускоряющего напряжения е,з ставляет 5 ...10% от Ез 1ЬРО 1ььь! ! й) Тьг(лчь) ! Тьдя /) 210 При передаче энергии полю электроны тормозятся, и при равенстве скоростей усиление прекращается. Отсюда можно оценить КПД соот. ношением пьа'„~2 — пььф2 т ч ь (14.6) ьпа,~,/2 Из линейной теории ЛБВ следует, что пел = оф (! + С/2). Учитьтвая, что С (( 1, получаем т(, ж С. (1 4.6) Таким образом, теоретический КПД для ЛБВ типа О не превышает !О ...!Бе~а, реальный КПД еще ниже.
Для повышения КПД в ЛБВ О, как н в пролетных клнстронах, яспользуьот рекуперацьььо (см 4 13 41, снижая напряькение коллектора Еьь по отношению к напряжению на спирала Ес для уменьшения энергии удара электраноз о коллектор. Кроме того, разрабатываются так называемые хивах ронныеь ЛБВ, в которых изменением шага замедляющей системы добиваются уменьшения фазовой скорости волны па мере торььольеньья электронов при передаче имн энергии полю. Существуьот ЛБВ с секциаяираванной замедляющей системой, в которых повышают ускоряющее напряжение ат секции к секции для компенсации гарма кения электронов при отдаче энергии. В результате взаимодействия электронов а полем фазовая скорость волны в замедляющей системе ое зависит от начальной скорости электронов о,„.
Поэтому фазовый сдвиг в увилителе на ЛБВ «р Чгв — гр„а уменьшается е ростом Нее (рис. 14.7, б). В обычных ЛВВ в пределах зоны усиления чг меняется на (2. 3) 2л рад, в специальных фазовращательных ЛБВ с малым Кн — на (5 ...6) ° 2л рад. В нелинейном режиме фазовый сдвиг в ЛБВ зависит также от амплитуды входного сигнала.
Промышленностью выпускаются ЛБВ О мощностью от долей мплливатта до сотен киловатт в диапазоне частот от 0,5 до 20 ...40 ГГц. Полоса иропускания современных ЛБВ О от десятков процентов до нескольких октав. Коэффициент усиления достигает 60 дБ на один прибор, Разработаны специальные малошумящие ЛБВ о коэффициентом шума 1,2 ...5, умножительные, ограничительные, фазовращательные лампы бегущей волны. ТА5. АВТОГЕНЕРАТОРЫ НА ЛАМПАХ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ ТИПА О На основе широкополосных ЛБВ можно построить автогенератор е запаздывающей обратной связью, некоторые свойства которого не реализуются с помощью других приборов СВЧ. В этом случае генерация происходит за счет внешней обратной связи между выходом и входом ЛБВ, Тракт обратной связи может быть широкополосным или содержать, например, резонатор, как показано иа рис, !4.8.
В общем случае установившийся режим автогенератора на ЛБВ можно описать уравнением Ка (го, (2) К„. (го) = 1, где К„и К„с— комплексные коэффициенты передачи ЛБВ и цепи обратной связи; (7 — амплитуда сигнала; гр„и гр„— фазовый сдвиг в лампе и в тракте обратной связи. Выделяя в этом уравнении модуль и аргумент, получаем систему уравнений баланса амплитуд и фаз: ~ка (, и)!К„(.И = 1, гр„(го, (7) + гр,о (го) + 2па = О, а = О, 1, 2, ... (14. 7) О гр р роаононгор Рис. гча. Стена автогенератора на ЛБВ 2н(н-1 -2Х(о-Г/2 -2хо Рис.
!4 ГРафическое Ре~неиие ТРан- 2 „го+ пений стационарного режима автогенератора на ЛБВ 21г На основе свойств усилителя на ЛБВ, изложенных ранее, можносчнтать, что )Кл (ш, У)! кы Клз(ш)Кл(У), где Киа (ш) — нормированная к единице частотная характеристика ЛБВ в линейном режиме; Кл ((7) — амплитудная характеристика ЛБВ (рис.
14. 6, а); ~р = — ш1/ойг Рассмотрим свойства автогенератора на ЛБВ, когда в цепи обратной связи имеется узкополосный резонатор (рис. 14.8). В этом случае ! 14ос (ш) ! У)+ с' <ро, = — 'Р— агс!д $, (14.8) отр а УРР )РРР и) гнг оя Рис 14 1О Зависимости амплитуды (а) и частоты (б) генерапин автогенератора иа ЛБВ от уско. ряюшего напряжения Так как для некоторых значений Ег одновременно выполняются условия самовозбуждения для двух частот, зависимости У (Еся), ы (Ес ) имеют гистерезисный характер: при увеличении Ес происходит перескок от точки 3 к точке 4, при уменьшении — от точки 1 к точке у (см. также рис 14.9, б) для уменьшения ширины гистерезнсных участков или их устранения можно сократить длину тракта 1тв, а также уменыпить запас по самоаозбуждению Ке Кле.
Зависимость частоты от Есл в автогенераторе на ЛБВ весьма линейна (рис. 14 1О, б), что позволяет получать в такой системе частотную модуляпию е малыми нелинейными искажениями. Хай где Ц = 2Я (ш — шр)(шр — обобщенная расстройка резонатора с добРотностью Я на частоте ш относительно его Резонансной частоты шр) Ка — модуль коэффициента передачи тракта обратной связи на частоте ш; гр,р = — от1,р/п,р — фаза коэффициента передачи тракта обратной связи. Для оценки амплитуды и частоты генерации надо решить систему уравнений (14 7) с учетом (14.8), например, графически, как показано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
