С.П. Вятчанин - Конспект лекций по Радиофизике 2005 (1119806), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

(R. Vessot) использовался для измерения релятивистского изменения ходачасов. Для этого водородный стандарт был помещен на борту спутника. Ход этих "часов"сверялся с ходом"часов"на земле. Таким образом была измерена релятивистская разница хода часов на борту и на Земле.12 ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙreplacementsreplacementsAA110' 1012 шт/сек' 1016 шт/секH2ОтбормощностиГубчатаяплатинаСВЧвозбуждениеМощноемагнитное полерезонатор(тефлоновая колба)(селекция атомов)Рис. 107: Переход между уровнями атома H2 , используемый в водородном мазере (вверху).

Принципиальная схема водородного мазера (внизу).Эта разность по общей теории относительности должна быть равна∆ω ∆Φgrav−10 '7×10=H=104ω Relc2km−15за 1 час. Эксперимент подтвердилНестабильность водородного стандарта составляла ∆ωω ' 2 × 10релятивистскую формулу для изменения хода часов с точностью∆Φgrav∆ω =1 ± 2 · 10−42ω Relc12.10Мощные автогенераторы СВЧ диапазонаВ этом разделе мы рассмотрим принципы действия мощных автогенераторов СВЧ диапазона. Общим дляних является использование взаимодействия э.м. поля с электронным потоком.12.10.1КлистронВ клистроне поток электронов пролетает сначала через первый резонатор (см.

рис. 108) так, что время пролета через емкостную часть резонатора много меньше периода. После этого пролета электроныполучают дополнительный импульс. Этот импульс может быть положительным или отрицательным взависимости от того, какое поле было в момент пролета: ускоряющее или тормозящее. Амплитуда поля впервом резонаторе небольшая, так что электронам передается или отбирается небольшая энергия. Ключевым в клистроне является формирование электронных сгустков на некотором расстоянии L от первогорезонатора (см.

график на рис. 108 — быстрые электроны догоняют медленные). Если это расстояниесовпадает с расстоянием до второго резонатора, то во второй резонатор электроны будут поступать ввиде сгустков. Если теперь подобрать время пролета между резонаторами так, чтобы в момент влетасгустков электронов во второй резонатор электрическое поле в нем было бы тормозящим то электроныбудут отдавать энергию электро-магнитным колебаниям. Таким образом будет осуществляться подкачка энергии в резонатор. Очевидно, что для синхронной работы первый и второй резонаторы должныбыть связаны. Тогда образуется классическая структура автоколебательной сиситемы и при выполненииусловий баланса фаз и амплитуд происходит возбуждение автоколебаний.Выше мы рассмотрели схему прямопролетного клистрона.

Теперь рассмотрим схему отражательногоклистрона. Пусть второго резонатора нет, а на расстоянии L/2 от первого стоит "зеркало"т.е. сетка, отражающая электроны. В этом случае тоже будут образовываться сгустки и можно так подобрать геометрию,12 ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ111xLV0 − ∆VLreplacements eAV0 + ∆VtU∆V ' eUτ/mdtРис. 108: Принцип работы клистроначто сгустки будут пролетать вторично через резонатор и тормозиться электрическим полем. При такихусловиях будут выполнены условия возникновения автоколебаний.Диапазон длин волн, генерируемых клистронами составляет от 10 см до нескольких миллиметров.Особенно часто клистроны используются тогда, когда надо получить большую мощность.

Клистронымогут выдавать мощность до 1 МВт в непрерывном и до 20 МВт в импульсном режиме. В клистронеполучено высокое значение к.п.д. (до 70% кинетической энергии электронов может быть преобразовано вэнергию колебаний).12.10.2МагнетронМагнетрон относится к так называемым приборам со скрещенными полями. Поэтому сначала рассмотримвспомогательную задачу о движении заряженной частицы (заряд q и масса m), в постоянных электрическом и магнитном поле, направления которых перпендикулярны друг другу, как показано на рис.

109а.Очевидно, что движение частицы будет происходить в плоскости xy. Выпишем уравнения движения поосям:md2t x = q dt y B,md2t y = q E − q dt x B.Перейдем в другую инерциальную систему, которая движется вдоль оси x с некоторой скоростью V 0 ,x = x 0 + V0 t. В этой системе уравнения движения перепишутся в виде:md2t x 0md2t y= q dt y B,= q E − qV0 B − q dt x 0 B.Очевидно, что если выбрать величину скорости V0 = E/B, то уравнения упрощаются так, что они будутэквивалентны уравнениям вращения заряженной частицы в магнитном поле B.Таким образом, мы видим, что движение заряженной частицы в скрещенных полях может быть представлена как равномерное вращение вокруг центра, движущего со скоростью V 0 . Траекторией такогодвижения является циклоида (пример циклоиды — траектория точки на катящемся колесе).

Скорость V 0называют дрейфовой скоростью. Подчеркнем, что дрейфовая скорость направлена перпендикулярно какэлектрическому, так и магнитному полю.Теперь рассмотрим работу магнетрона, сечение которго показано рис. 109б. Электроны, вылетая с катода (он находится на оси системы) , начинают двигаться к аноду, но из-за постоянного магнитного поля(направленного перпендикулярно плоскости чертежа) их траектории загибаются. Величины электрического и магнитного полей подбираются так, чтобы траектории электрона не касались анода, но вращалисьвблизи его по траекториям, похожим на циклоиды.В аноде высверлена последовательность полостей, которые являются резонаторами. Эти резонаторыимеют выраженную емкость.

Важно, что электрическое поле в каждой емкости частично "вываливается"так, что пролетающие электроны попадают в зону его действия. Электроны, пролетая последовательно12 ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ112yA~ExreplacementsAKz~BРис. 109: Слева: сечение резонаторного блока с резонаторами магнетрона. Справа: скрещенные электрическое и магнитное поля.через области электрических полей, испытывают "клистронный"эффект: в одной области они получаюттакие добавки к скоростям, которые приводят к формированию сгустков заряда (в магнетроне это "спицы") при пролете мимо следующего резонатора, где электроны отдают энергию.

Очевидно, что резонаторы работают парами: один формирует сгусток, а другой забирает энергию получившегося сгустка.Колебания в соседних резонаторах должны быть в противофазе, что достигается за счет специальныхперемычек связи между резонаторами.Магнетроны конструируют в расчете на различную мощность: от 1 Вт (малогабаритные лабораторныемагнетроны) до 1 МВт импульсной мощности в радиолокционных станциях.

В популярных сейчас СВЧпечах в качестве источника СВЧ излучения также используются магнетроны...

Характеристики

Список файлов лекций