Диссертация (1137078), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Такжепредставляют интерес зависимости изменения фазы и амплитуды выходныхколебаний ЭВП СВЧ от изменения величин питающих напряжений.ПриотсутствиисогласующихимпульсныхтрансформаторовСВЧгенераторные электровакуумные приборы подключаются непосредственно кимпульсному модулятору и являются его нагрузкой. В зависимости от типа ЭВПхарактер этой нагрузки различается. При этом различаются схемы модуляции:анодная и сеточная [14].2.1 Физические основы работы СВЧ ЭВПВо всех ЭВП СВЧ электроны под действием ускоряющего электрическогополя, приложенного между катодом и анодом, эмитируются с катода иприобретают некоторую скорость [54, 55].

Под действием высокочастотного поляв пространстве взаимодействия происходит изменение состояния электронов впотоке – модуляция электронов по скорости и электронного потока по плотности.Какправило,наэлектронывоздействуютодновременностатическиеэлектрическое и магнитное поля. В зависимости от их взаимного направлениядействия различают приборы М и О типов. В приборах типа М электрическое имагнитное поле перпендикулярны друг другу, а в приборах типа О эти поляколлинеарны.

В таблицах 2.1 и 2.2 приведена классификация ЭВП СВЧ [28].30Таблица 2.1. Лампы со скрещенными полями (типа М).РезонансныеНерезонансныеСтоячей волныПрямой волныОбратной волныС замкнутымС замкнутым С разомкнутымС замкнутымС разомкнутымэлектроннымэлектроннымэлектроннымэлектроннымэлектроннымпотокомпотокомпотокомпотокомпотокомУсилительУсилительМагнетронпрямойБиматрон,волныДематронобратнойБитермитронволны (УОВ),(УОВ),Амплитрон,карсинотронСтабилитронТаблица 2.2. Лампы с прямолинейным электронным лучом (типа О).РезонансныеПрямой волныОбратной волныКлистрон, многолучевой клистрон(МЛК), клистрон с удлиненнымпространством взаимодействияЛампа бегущей(КУПВ), клистрон сволны (ЛБВ)электростатической фокусировкойУОВ, Лампаобратной волны(ЛОВ)(КЭФ)Твистрон, многолучевой клистрон бегущей волныПриборы типа М обладают высоким КПД (40...80%), сравнительнонебольшой полосой рабочих частот (1...30%) и коэффициентом усиления (<20 дБдля генераторов с внешним возбуждением).Нерезонансные приборы типа О могут работать в широкой полосе частот(до нескольких октав), КПД таких устройств лежит в диапазоне 15...20% (безрекуперации), при этом коэффициент усиления составляет 30...60 дБ.

Клистроныявляются узкополосными приборами (полоса менее 10%).Приборы М типа обладают большей импульсной мощностью приодинаковых напряжениях питания по сравнению с приборами типа О.31Несмотря на существенные различия в устройстве и принципе действияприборов СВЧ [3], при рассмотрении вопросов модуляции они имеют многообщего [14, 15]. По схеме питания большинство приборов представляют собойдиоды, в них возможна только модуляция, по основным параметрам близкая канодной. Сеточная модуляция, или ей аналогичная, возможна в приборах,электронные пушки которых имеют для управления током луча специальныеэлектроды [14].

В усилителях прямой волны типа М возможно осуществлениемодуляции электронного потока входным СВЧ сигналом, что значительноупрощает системы питания таких приборов. В настоящей работе будутрассматриваться только приборы, в которых модуляция электронного потокаосуществляется изменением питающих напряжений.Отметим, что в большинстве случаев анод (коллектор) ЭВП СВЧподключается к корпусу прибора, следовательно, он должен находиться подпотенциаломкорпусаРПДС.Вэтомслучаеускоряющеенапряжение,прикладываемое к катоду ЭВП, должно иметь отрицательную полярность.Зависимости между скоростью электронов и ускоряющим напряжением(для приборов с прямолинейным лучом) или дрейфовой скоростью и величинойнапряженности скрещенных постоянных электрического и магнитного полей (дляприборов типа М) позволяют установить ряд общих связей, необходимых дляоценки влияния питающих напряжений на токи, мощность, частоту или фазувысокочастотных колебаний, выяснить возможность применения в РПДС тогоили иного вида модуляции [14, 4].В частности, для приборов типа О скорость электронов после пробегазазора, на котором действует ускоряющее напряжение U a , равна0  2eU a  6  105 U a , м/с,meгде e  1,6  1019 Кл и me  9,03  1031 кг – заряд и масса электрона.(2.1)32Для приборов типа М связь между средней переносной скоростьюэлектронов (дрейфовой скоростью в скрещенных электрическом и магнитномполях) и ускоряющим напряжением линейная:0 Ua, м/с,d  B0(2.2)где d – расстояние между катодом и анодом, а B0 – индукция магнитного поля,действующего в этом же зазоре ортогонально полю E=Ua/d.Так как межэлектродный промежуток, к которому прикладываетсямодулирующее напряжение U a , образует диод, то ток в цепи данного электродаI0 подчиняется закону трех вторых [56]:I0  Ua3/ 2 ,(2.3)где  – первеанс электронной пушки для данной цепи прибора.

Первеанс зависитот типа прибора, характера электронного взаимодействия и имеет размерностьА/В3/2. Первеанс в рабочей области изменений напряжения является постояннойвеличиной для данного типа прибора. У приборов магнетронного типа первеансявляется функцией отношения рабочей индукции магнитного поля к критической:  f ( B раб / Bкр ) , где Bкр  2meU a /(ed ) - индукция магнитного поля (для даннойвеличины напряженности электрического поля), при которой электроны,эмитированные катодом, могут достигнуть анода [3].Величину первеанса легко определить, если для заданного ускоряющегонапряжения U a в рабочей точке известна величина тока катода Ia :  I a / U a3/ 2 .(2.4)Ряд приборов имеет в составе электронной пушки специальный электрод,предназначенный для управления величиной тока катода, который частоназывается первым анодом или управляющим электродом.

В этом случае законутрех вторых подчиняются ток катода и напряжение первого анода.Мощность выходных электромагнитных колебаний связана с подводимойпо цепям питания мощностью следующим соотношением:33Pвых   P0 ,(2.5)где  - к. п. д. прибора; P0 - подводимая мощность.Если ток катода подчиняется закону трех вторых, то:Pвых   P0   I 0U a  U a5 / 2 .(2.6)Таким образом, для большинства приборов выходная СВЧ мощность имощность, подводимая от источника питания, пропорциональны напряжениюисточника питания в степени 5/2.Изменение ускоряющего напряжения в приборах СВЧ приводит кизменению скорости электронов и времени их пролета в пространствевзаимодействия – вдоль замедляющей системы или от входного до выходногорезонаторов в клистронах.

При известной длине пространства взаимодействия S –расстояния между точками ввода и вывода энергии для генераторов с внешнимвозбуждением или расстояния между выводом энергии и поглощающейотраженные волны насадкой у автогенераторов, можно определить время пролетаt s  S / 0(2.7)и фазовый сдвиг между входным и выходным колебаниями вдоль замедляющейсистемыs  ts .(2.8)Изменение времени пролета электронов, а следовательно, фазы колебаний сизменением ускоряющего напряжения вызывает у автогенераторов нарушениебаланса фаз на данной частоте. Если автогенерация не срывается, то баланс фазвосстанавливается, но уже на другой частоте, что приводит к изменению частотыгенерируемых колебаний  d s / dt .Вгенераторахсвнешнимвозбуждением(2.9)изменениеускоряющегонапряжения вызывает непостоянство или изменение сдвига фазы между входными выходным колебаниями.

Если учесть характер связи между величинойускоряющего напряжения и скоростью электронов (2.1) и (2.2), то можно34утверждать, что у приборов с прямолинейным лучом зависимость изменениянабега фазы от ускоряющего напряжения пропорциональна квадратному корнюот этого напряжения, а у приборов типа М эта зависимость линейная.Генераторные ЭВП принято характеризовать коэффициентом фазовойчувствительности по напряжению K    / (U 0 / U 0 )% , где U 0 – изменениенапряжения питания ЭВП, или по току K    / (I 0 / I 0 )% ,.В таблице 2.3 приведены типовые значения коэффициента фазовойчувствительности для различных типов приборов [57].Таблица 2.3. Коэффициенты фазовой чувствительности генераторных ЭВПСВЧ по ускоряющему напряжению.Тип прибораK ,°/%Усилители типа М1…2Клистроны5…10ЛБВ "О"15…25Рассмотрим подробнее особенности различных типов генераторныхприборов СВЧ.2.1.1 Магнетронные автогенераторы как нагрузка импульсныхмодуляторовОдним из первых приборов, применяемых для получения СВЧ колебаний,былмагнетрон[58,59,60].Многорезонаторныймагнетронявляетсяавтогенератором с замкнутым электронным потоком и замкнутой замедляющейсистемой, у которого взаимодействие электронного потока с бегущей волнойвысокочастотногоэлектромагнитногополяпроисходитвскрещенныхстатических электрическом и магнитном полях.

Под действием скрещенныхстатических полей траектории движения электронов приобретают циклоидальныйхарактер.Уприборовсзамкнутымэлектроннымпотокомподдействиемтангенциальной и радиальной составляющих высокочастотного электрического35поля электронный поток приобретает форму «электронных спиц», внутрикоторых электроны, двигаясь по циклоидальным траекториям и находясь в«тормозящем» поле, перемещаются от катода к аноду, отдавая полю частьпотенциальнойэнергии.«неправильнойфазы»,Впромежуткахсовершивпуть,междуравный«спицами»частивиткаэлектроныциклоиды,«бомбардируют» поверхность катода, отдавая ему кинетическую энергию,приобретенную в процессе взаимодействия с высокочастотным полем.Рис. 2.1. ВАХ многорезонаторного магнетрона.Импульсная модуляция в магнетронах по своим свойствам соответствуетамплитудной модуляции в ламповом генераторе, с тем принципиальнымотличием, что сопротивление генератора для модулятора непостоянно – егомодуляционная характеристика нелинейна.

Характеристики

Список файлов диссертации