Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Число «спиц» равно целому числу периодов поля, укладывающихся иа всей длпие простраиства взаимодействия. Для колебаний вида и зго число равно»у»2, Формироваииго «сниц» гпособствусг радиальиая составляющая почя Е«. Коифигурация поля слева и справа от щели резонатора такова, что Гэ, увеличивая пли уменьшая основное постоянное поле Еа»б, ускоряет или притормаживает электроны, стремясь собрать вл в компгктвый сгусток — «сгпщу».
В установившемся режиме средняя скоростй электрона в спице постоянна и равна фазовой. Поэтому, поднимаясь к аноду,электрон движется в одной и той же тормозящей области бегушей волны, т, е. синхронно с ней, и отдает полю почти всю свою потенциальную энергию. Рассмотрим подробнее условие синхронизма пб — — пер в магнетроне. Фазовую скорость для произвольного и можно связать с частотой: пб — — Фз (г, + ги),'2л.
Средняя скорость движения электронов равна оер — — Е«1В (г, — г,). Следовательно, условием синхронизма является равенство Е, = (шл,'2п) (г, '— г.')В. (15. 7) Таким образом, при постоянной частоте необходима линейная связь между Е, и В, а коэффициент пропорциональности зависит от вида колебаний, формы и размеров замедляющей системы. Выбор Ез и В, кроме того, ограничен соотношением (!5.2). Из рнс. !5.4, где условиям сннхронизма (15.7) соответствуют прямые линии при разных л, видно, что колебание вида п требует наименьшего анодного напряжения при заданной индукции В.
Это является еше одним его преимушеством. Небольшие отклонения Е, или В от значения, предписанного (!5.7), вызывают отклонение частоты генерации от ю„, т. е. элек- д«0 тронную переатройку частоты. Благодаря этому анихронизм электронов в полем вохраняетая. Однако нз-за узкополосиости колебательной виетемы большие отклонения частоты приводят к арыву генерации. Соотношение (16.7] пояеняет, почему ыагнетропы миллиметрового диапазона должны иметь большее число резонаторов (до 363.Е8), чен мзгнетроны саитиметоного диапазона (12...18 в трехсантиметровом, 8...!2 в десятиеантиметровом), ействительно, если напряжение Еа ограничено, то повышение частоты должно сопровождаться уменьшением радиуеа анода и увеличепиеч числа резонаторов (йг = 2л для вида и).
Следует отметить, что в магнетронах миллиметрового диапазона применяют иногда взаимодействие не на основной волне замедляющей системы, а на 1-й пространственной гармонике, Фазовая скорость ее примерно в 3 раза ниже (для вида и), чем основной волны, что позволяет не повышать чрезмерно анодное напряжен пе. Оценим электронный КПД магнетропа. Выразим его через потребляемую Р, и рассеиваемую на аноде Рр„мощности: г)е = 1 — Ррае)Ре.
Будем учитывать в Рр„лишь потери, вызванные ударом об анод электронов, отдавших энергию полю. Полагая, что электроны подлетают к аноду, находясь в окрестности вершины циклоиды, считаем их скорость равной п„,р — — 2пе . Тогда полная энергия одиночного электрона равна еЕ„а рассеиваемая при ударе кинетическая гпп е„„/2 = = 2тпсш Поэтому т)з= !— (15.8) е(га г )зне Если учесть, что Е, и В связаны условием синхронизма (15.7), то 'из (15.8) получим окончательно т)е = 1 — Ош„)пВ, (15.9) где 0 = — "' "+'". В уравнении (15.9) и ( )зг/2. Следовательно, КПД е га гк магнетрона для колебаний вида и (и = Ф2) наибоЛьший по сравнению с КПД для колебаний других видов.
На фиксированной рабочей частоте КПД растет е увеличением индукции В, приближаясь к единице. Реальные КПД достигают 60...75еее. Практически КПД ограничен двумя факторами: невозможностью создания сверхсильных магнитных полей и электричеекой прочностью, поскольку для выполнения условия синхропизма, соглааио (15.7), с ростом В нужно увеличивать Е,. ТЗЛ. РАЕОЧИЕ И НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНЕТРОНА Мощность в нагрузке, КПД и частота колебаний магнетрона определяются анодным напряжением Е„индукцней магнитного поля В и нагрузкой )'„.
Выбор режима производится по рабочим и нагрузочным характеристикам. Рабочие характеристики снимаются при согласованной ч постоян. ной нагрузке. Они наносятся на плоскость (Е„)е) ()е — постояггная 221 со п 1а га Р !а а) й а 1 р 1 5) Рис 15 10 Рабочие характеристики иагиетроиа 1 а 1 г) созтавляющая тока магнетропа). Завипимозти 1о (Е ) при В = зопзФ представляют собой вольт-амперные характерйпгнки прибора (рис. 15.10, а), Выполнение условия синхронизма (15.7) при малом изменении частоты требует, чтобы Еа менялось в небольших пределах. Поэтому практически удобнее ток анода откладывать по оси абсцисв.
Генерация происходит в области 1о < 1, < 1о, причем токи 1о и 1о отличаются примерно на порядок, а анодное напряжение изменяется всего на !О ...20%. С ростом индукции В кривые Е, (1,) перемещаются в сторону больших Ео, что соответствует условию синхронизма (15.7). Линии постоянной мощности в нагрузке Ра = сопи) на плоскости (Еа~ 1о) (рис. 15.!О, б) с ростом 1о падают в соответствии о соотношеРо = Е,1, = Р„1Ч,а1,, Если считать, что КПД Ч, от тока 1, меняется мало, то Е, обратно пропорционально току: Еа = Р 1оЧоЧи.
Зависимость т1, (1,) (рис. 15.10, в) можно объяснить с помощью соотношения (15.8), учитывая, что Е, немного растет с увеличением тока 1,. При малых токах 1, КГЦ уменьшается из-за того, что амплитуда колебаний при работе вблизи порога самовозбуждения недостаточна для эффективного группирования электронов.
Частота колебаний с ростом 1, увеличивается (рис. 15.10, г) из-за возрастания Е, в соответствии с условием сннхронизма (15.7). Этоявление называют электронным смещением уастоты. Нагрузочньге характеристики магнетрона" снимаются при Еа, В = =- сопи! и изображаются на круговой диаграмме проводимости на. грузки в виде линий Р„= сопз! и 51 = сопз((Л/ = ) — )о аао — ча стота при согласованной нагрузке) (рис. 15.11, а).
В заштрихованной на Рис. !5.!1, а области генератор работает неустойчиво. Следует об- губа 7'и Е„" 7Иа 77) Рнс. 1511, Нагрузочные характеристики импульсного 3-сч магнетрона (а), линни равных 0„В (б) и аквивалентнан схема проводимостей, пересчитанных к выхоЛу магнетрона (в) ратить внимание гга то, что мощность в нагрузке максимальна не в центре диаграммы прп коэффициенте отражения Г=О, а при иных значениях модуля и фазы коэффициента отражения. Линии равных мощностей близки по форме к линиям равных вещественных проводимостей, линни равных расстроек — к линиям равных реактивных проводимостей на круговой диаграмме (рис. 15,11, б). Такое совпадение показывает, что в первом приближении магнетрон можно заменить упрощенной эквивалентной схемой (рис.
15.!1, в, см. также $ 15.8), состоящей из одиночного контура 1.С, злекгронной проводимости б,л + !В, и нагрузки бн+)В„. 15.5. ПЛАТИНОТРОНЫ Платинотроны принадлежат к классу приборов со скрещенными полями, у которых электронный поток замкнут, а замедляющая система разомкнута. По устройству они отличаются от магнетронов тем, что имеют два вывода — вход и выход, которые получены разрывом кольцевых связок в одном из резонаторов (рис. !5.12). Второе отличие — в числе резонаторов: у платинотрона оно нечетное для того, чтобы предотвратить возбуждение колебаний вида и.
Взаимодействие электронного потока с электромагнитным полем в пространстве между анодом и катодом протекает так же, как и в магнетроне: оно наступает при выполнении условий синхронизма, пространственный заряд имеет форму вращающегося чкольца со спицами», высокочастотным колебаниям передается потенциальная энергия электронов. Однако теперь замедляющая система разомкнута и в ней могут распространиться волны произвольной частоты, лежащие в пре- 222 Каи покйзыва|от эксперименты, коэффициент усиления по мощновтп 15„,= = Р„ыь'Рвк сит ьно зависит от влодной мгннностн: с ростил~ сигнала ий входе Кг стремится кедгнпце, а прн уменьшении Р„а до некоторого порога Ри, возрас.
тает примерно до 20 дБ )рпс 15!3). Если Рава ( Рн„„, то наблюдается неустойннвая генерация из.за поль жительной обратной связин приборе(электроны взаи- 0 Рнер Рм Рнс. 15 12, Усгройство платинотрона Рис. 15.13. Амплитудная характеристика амплнтрона делах полосы пропускания. Элект)юнный поток в платинотроне взаимодействует в обратной волной, хотя может взаимодействовать и с прямой. Остановимся на частотных свойствах платцнотрона как усилителя, называемого в этом случае амплитроном.
Полоса рабочих частот амплитрона ограничивается дисперсией замедляющей системы и замкнутостью электронного потока. Поэтому среди возможных значений набегов фазы на ячейку замедляющей системы некоторые оказываются предпочтительными. Действительно, для большего усиления сигнала, поступающего на вход амплптрона, требуется, чгобы спицы пространственного заряда проходили под щелямн резонаторов в момент, когда поле в ннх тормозящее и максимальное.
Так должно повторяться после каждого оборота спиц вокруг катода. При этом набег фазы тр„на ячейку замедляющей структуры подчиняется такому же требованию, как и в магнетроне: Лзр„= 2пп, где Л/ — число резонаторов, а=О, ),2,... Таким образом, наибольшее усиление в амплитроне соответствует определенной частоте со„, на которой полный набег фазы кратен 2п. При изменении частоты относительно оптимальной усиление уменьшается, потому что теперь спицы будут проходить под щелями в моменты, когда поле, хотя и тормозящее, но не максимальное.
Тем самым у амплитронов усиление наблюдаешься в некоторой паносе частот входного сигнала, центром которой является частота ш„. В пределах полосы пропускання замедляющей системы таких зон усиления несколько. Они расположены вблизи собственных частот замкнутой замедляющей отруктуры. Ширина зон определяется дисперсионной характеристикой, поэтому полоса пропусканпя амплитрона сравнительно узкая. модействуют о обратной волной).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
