Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Электроны в «спицах» отдают свою потенциальную энергию высокочастотному полю, благодаря чему в контуре поддерживаются незатухающие колебания. Условие синхронизма в митроне совпадает,с (15.7), где надо принять и = Ф/2. В результате щ = й/Е,/ (г, — г„')В, т. е. частота колебаний линейно зависит от анодного напряжения. При совпадении частоты колебаний с собственной частотой контура (этому соответствует определенное значение Еа) «спицы» перемещаются синхронно с максимумом тормозящего тангенциального поля.
Если же частота колебаний отличается от резонансной,то появляется пространственный сдвиг по фазе между «спицами» и максимумом тормозящего поля. Рассмотрим причину вынесения катода в митроне пз пространства взаимодействия Эксперименты поназали, что митрон работает в условиях ограниченной эмиссии катода. Если катод расположен как в магнетроне, то он подвергается бомбардировке электронами, попадающими в ускоряющее поле. В результате происходит дополнительный разогрев катода и увеличение эмиссии.
Указанное явление зависит от уровня генерируемой мощности, и устранить его чрезвы. чайно трудно. Вынесение катода нз пространства взаимодействия нрсдотвраща. ет обратную бомбардировку и позволяет сохранять эмиссию ограниченной, В про- странство между замедляющей системой и холодным катодом электроны вводятся с помощью управляющего электрода, форма и потенциал которого специально подобраны.
Достоинствами митрона по сравнению с другими автогенераторами с электронной перестройкой являются широкий диапазон изменения частоты (октава и более), высокая линейность модуляционной характеристики, сравнительно небольшие перепады мощности ( 3 дБ). Обычно митроны изготавливаются в двух модификациях: а большой перестройкой и относительно малой выходной мощностью (долн и единицы ватт) или о перестройкой порядка десятков процентов и повышенным уровнем мощности (десятки ватт). 1$.З. РАБОТА АВТОГЕНЕРАТОРА СВЧ НА НЕСОГЛАСОВАННУЮ НАГРУЗКУ В любом автогеиераторе частота колебаний зависит от реактивной составляющей проводимости нагрузки, т.
е. имеет место «затягиванпе частотык В автогенераторах СВЧ (магнетронах, клиотронах и т. д ) нагрузка, потребляющая мощность, соединяется а генератором фидерной линией достаточно большой длины и не всегда точно согласованной. Электрическая длина фидера пропорциональна частоте, н нагрузка, пересчитанная к генератору через фидер и элемент связи, может существенно зависеть от частоты. В результате плавная перестройка генератора или небольшая вариация длины фидера сопровождается значительными изменениями частоты и мощности колебаний, а в некоторых случаях даже их перескоками. Чтобы найти частоту и амплитуду генерации, которые устанавливаются в системе генератор — фидер — нагрузка, необходимо состави~ь и совместно решить уравнение, показывающее, как меняется режим генератора от нагрузки и как нагрузка зависит от частоты.
Пусть автогеиератор Г связан о нагрузкой Н фидерной линией длиной 1 (рис. 15.1В). Для небольших расстроек относительно частоты ~операции заменим генератор в сечении аа эквивалентной ахемой в вид. электРонной пРоводимости У,л = б,„ + )В,л и одиночного колеба. тельного контура с индуктивностью 1., емкоатью С, еопротивлением потерь холостого хода )т„,н (рис.
15.!1, в). Эквивалентная проводимость электронного потока зависит от частоты и амплитуды колебаний. При положительной обратной связи вещественная составляющая б,„отрицательна. Проводимость нагрузки пересчитана к сечению аа 'т'„= 6„+ )Вн.
Составим уравнения баланса активных и реактивных проводимостей длн схемы на рпс. 15.1!,а: 11)вен + Пн (ы) + + а,а (м, и) = О, В„(ы, и)+ -1- Вн (ы) + Вн (м) = О, (15 1О) Рис. 15,18. Схема ээтогенератопа СВЧ, связанного с на~руаной длинной линией (15,11) 229 где / в е1„'т ! 20е — во) Вк (в) =вС- — = ! — — —" ! 1 р— вй — реаитивиая проводимость контура; р = )/(.)С; в, = !Г)/Ю вЂ” характеристическое сопротивление и собственная частота контура. Если пренебречь зависимостью В,л от амплитуды О, то иэ уравнении(15.11) можно найти частоту в, а из (15.10) — амплитуду колебаний. для решения уравнения (15 1!) необходимо учесть, что проводимость ун является функцией модуля Г и фазы 9 коэффициента отражения Г = Ге 1 — Гз в(! +Г'+2Г сох гр) (!5.12) 21 з1п 9 Вн= и (1+ Гз+ 2Г соз 9) ( .
) 15.13 где п~ — волновое сопротивление фядерз (рис. 15 19) Набег фазы гр в фидере определяется его удвоенной электрической длиной и фазой нагрузки И: %н гр = 2в1го+ ри (15.14) Подставляя выражение для Ви (в) в (15.11), приходим к уравнению в!ва = 1 — 0,5 р (Ва (гр) + Вал), (15.15) которое вместе с (15.14) составляет систему уравнений для определения частоты генерации Когда электрическая длина линии мала !)Х << 1, членом 2 в!гс в (15.14) можно пренебречь, считая ~р — — ~рп Тогда рис. 15 19, 6 представляет собой зависимость изменения частоты, генерации (в — ве) ве = — РВн (гр)/2 от фазы нагруаки.
Е лн аятогенератор работает в таком режйме, при котором амвлитуда колеба. Р ний ~/ нз контуре рис 15 !д слабо завпснт от проводимости нагрузки, то м н о мощность „= 0,5 (гзба (ф) пропорциональна „ этом случае ляпни Рн сопз1 и в = сопз1 на нруговой диаграмме проводимостей (рис. 15 11, б) являются окруж. ностями и качес~венно совпадают с экспериментальными нагруэочными ха акта.
рнстнкамн нз рнс. !5 11, а. и характз. ) Рис. 15.19 Зависимости вещественной (а) и мнимой (д) составляющих проводи. мости нагрузни от фазы коэффициента отрй)кения 239 Рве 1о 20. 3авнсимость частоты генераинн от фазы ноэффнцнента отраженна При произвольной длине тракта систему (15.11) удобно решать графически (рис. 15.20 для Вэа = О), находя ординатьт точек пересечения характеристики оэ (ф) генератора по уравнению (15.15) и фазовой характеристики р (оэ) фидера по уравнению (15.14). При возрастании коэффициента отражения Г увеличивается размах завиоимооги оз (1), удлинение фидера 1 приводит к уменьшению наклона прямой раг рй гл а) Ряс 15 21.
завнсвмоств мощвоств (а) н частоты (в) от данны фанера в невре. рывном романе ~р («р). При больших значениях Г и ! кривые пересекаются в трех и более точках. Дополнительное исследование показывает, что устойчивыми являются лишь те точки„в которых крутизна зависимости «р («р) меньше, чем крутизна ~Р («б). Физически это означает возможность скачков частоты и амплитуды генерации из-за «эффекта длинной линии», например из точки ! в точку 2 (рис. 15.20) при увеличении <Р и из 8 в 4 при уменьшении. Для зависимостей мощности в нагрузке Р„= 0,5(/«б„и частоты генерации от длины фидера1 (рис.
15.21) характерны резкие изменения Р „и «р при таких значениях параметров, когда ~Р близко к и (2п — 1), п = 1, 2, 3, ... При больших значениях !/1 и Г на этих участках возникают гистерезисные явления из-за эффекта длинной линии: при увеличении ! или ~р„происходит скачок из точки ! в точку 2, при обратном движении — из точки 3 в точку 4. При некоторых значениях длины ! мощность в нагрузке заметно превышает Р„, соответствующее идеальному согласованию Г = 1. Физичесии это означает, что эквивалентная проводимость нагрузки С«„в таких режимах сильно возрастает, и, если напряжение (/ неизменно, это приводит к выделению большой мощности в нагрузке Р„= 0,5(/»О„.
Как видно из рис. 15.21, большая электрическая длина линии связи с нагрузкой приводит к вредным последствиям. Для устранения герескоков надо улучшать согласование тракта с нагрузкой и, по возможности, уменьшать длину тракта !.' Г Л А В А 1б. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И АВТОТЕНЕРАТОРЫ СВЧ Гбд. РЕЖИМ И ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА СВЧ ТРАНЗИСТОРА В диапазонах низких, средних и высоких частот (30 кГц ... 30/»(Гц) в транзисторных усилителях мощности при гармоническом напряжении на коллекторе выходная мощность, КПД и коэффициент усиления по мощности максимальны в критическом режиме. На СВЧ при гар«оническом (/кэ (т) оптимальным по выходной мощности н КПД также является критический режим, но при этом коэффициент усиления го мощности оказывается значительно меньше, чем в недонапряжениом режиме. Это объясняется резким ухудшением усилительных свойств транзистора на СВЧ при остаточных напряжениях из коллскторе !/кэ „„„порядка единиц вольт.
Однако на СВЧ Кр часто является решающим фактором при выборе режима. Если транзистор работает на частотах, близких к /„р, то Кр получается порядка нескольких единиц, и оптимальным по совокупности Р„КПД и Кр оказывается режим, лежащий в области недонапряженного. Будем называть его «граничным» и по аналогии с критическим характеризовать крутизной З,р, которая меньше 5»р, Однако на частотах, в несколько раз меньших /„р, транзистор еще обладает значительным запасом усиления. При этом можно, поставив его в режим, близкий к обычному 232 Рис 16 1. Эививалентнан схема СВЧ транзистора критическому, получить более высокие значения Р, и КПД ценой онижения Кр. Для примера сравним выходные характеристики усилителя иа транзисторе КТ904 на относительно невысокой частоте г = 100 МГц в двух режимах.
В граничном режиме при Кр= 50 Р, = 4 Вт, 1) = 50%, а в критическом режиме Р, и т) возрастают соответственно до 8 Вт и 70% при уменьшении Кр до 8. Как и на более низких частотах, на СВЧ для повышения КПД усилителей мощности транзисторы работакп с отсечкой коллекторного тока. При этом транзисгор периодически попадает из активного состояния в состояние отсечки. Активному состоянию транзистора в эквивалентной схеме (рис. 16.1) соответствует замкнутое положение ключа, отсечке — разомкнутое. Эквивалентная схема СВЧ транзистора отличается отэквивалентной схемы низкочастотного транзистора наличием индуктивностей выводов 1„„1.е и 1'.„, а также сопРотивлений коллектоРа г„и эмиттеРа г,. В г, входят сопротивление материала эмиттера и стабилизирующие сопротивления, являющиеся частью структуры многоэмиттерного транзистора (обычно г, ж ги/3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
