Диссертация (1137078), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

На вход клистрона непрерывно подаются СВЧколебания, а модуляция электронного потока осуществляется управляющимэлектродом.Впаузахмеждуимпульсамикуправляющемуэлектроду42прикладывается отрицательное относительно катода напряжение смещения,запирающее лампу. Во время импульса на управляющий электрод относительнокатода подается небольшое положительное напряжение превышения. Величинаэтого напряжения, как правило, выбирается по максимуму токопрохождения параметра, характеризующего отношение тока коллектора к току катода идающего представление о распределении тока катода между резонаторами (илиЗС)иколлектором.Зависимостьэтогопараметраотнапряжения,прикладываемого к управляющему электроду, приведена на рис.

2.6.Рис. 2.6. Зависимость токопрохождения от напряжения на управляющемэлектроде.Недостатком приборов с сеточной импульсной модуляцией является болеевысокая по сравнению с приборами с анодной модуляцией вероятностьвозникновения искрений в приборе. Это обстоятельство обусловлено болеесложной конструкцией катодного узла и тем, что полное ускоряющее напряжениеU a , соответствующее максимальной выходной мощности, приложено к приборуво время пауз между импульсами.В мощных приборах для получения возможности контроля распределениятока между резонаторами и коллектором последний изолируется от резонаторов.Это позволяет предусмотреть элементы защиты, отключающие напряжение, еслиток резонаторов превысит допустимую величину, в частности, из-за нарушенияоптимальных условий фокусировки электронного пучка магнитным полем.

Такое43разделение так же позволяет использовать схемы рекуперации энергии наколлекторе, которые будут рассмотрены в разделе 2.2.4.Эквивалентная схема клистрона при анодной модуляции аналогична схемемагнетрона (рис. 2.3). Отличие состоит в том, что I K (U K ) - ток катода клистрона,связан с напряжением, приложенным между катодом и анодом, выражением (2.1).Первеанс лампы определяется из паспортных значений тока катода иускоряющего напряжения для конкретного прибора.Рис. 2.7. Эквивалентная схема клистрона при сеточной модуляции.На рис. 2.7 представлена эквивалентная схема клистрона при сеточноймодуляции. Здесь CУЭ  К - емкость промежутка управляющий электрод – катод;CК КОРПУС - емкость катода на блок резонаторов (корпус прибора); CУЭКОРПУС емкость управляющего электрода на блок резонаторов (корпус прибора); IУЭ (UУЭ )- ток управляющего электрода, связан с напряжением, приложенным междукатодом и управляющим электродом, и может быть определен выражением:UУЭ  UУЭ 0  / RУЭ при UУЭ  UУЭ 0IУЭ (UУЭ )  ,3/ 2 IУЭ 0  KУЭ UУЭ  UУЭ 0  при UУЭ  UУЭ 0(2.11)где UУЭ 0 - пороговое напряжение управляющего электрода, при превышениикоторого лампа начинает "открываться", RУЭ - эквивалентное сопротивлениепромежутка "управляющий электрод - катод" в закрытом состоянии, KУЭ первеанс цепи "управляющий электрод - катод".

Ток катода I K (UУЭ ) , при44фиксированном ускоряющем напряжении может быть определен следующимвыражением:U 0 / R 0 при U УЭ  U УЭ 01/2,I K (U УЭ )    U УЭ  U УЭ 0 IприUU К0 УЭУЭ 0  U УЭ 1(2.12)где UУЭ 1 - оптимальное напряжение управляющего электрода, при которомдостигается минимальное значение тока резонаторов; I К 0 - рабочий ток катода;R0 - сопротивление катод- блок резонаторов полностью запертой лампы.2.1.3 ЛБВ О как нагрузка импульсных модуляторовМощные ЛБВ О-типа импульсного и непрерывного действия по сравнениюсмощнымиусилительнымиклистронамиобладаютбольшейполосойпропускания, а уступают клистронам только в величине КПД [63].

ЛБВ способныусиливать сложные, модулированные по фазе и частоте, сигналы с полосой до 3-хоктав, что обуславливает их широкое применение в последнее время. ЛБВкиловаттного уровня мощности обеспечивают усиление в 20  30дБ при К. П. Д.порядка 15% для широкополосных устройств и порядка 30% для узкополосных.Рис. 2.8 Схема устройства и питания спиральной ЛБВ:1 – подогревной катод; 2 – фокусирующий электрод; 3 – управляющий электрод(сетка); 4 – первый анод; 5 –замедляющая система; 6 – коллектор; 7 – магнитнаяфокусирующая система.45На рисунке 2.8 приведена схема устройства и подачи напряжений питанияЛБВ.

ЛБВ состоит из следующих основных конструктивных узлов: электроннойпушки, состоящей из подогревного катода с фокусирующими электродами;замедляющей системы с согласующими устройствами для получения в нейбегущей замедленной волны; входного и выходного устройства для ввода ивывода СВЧ электромагнитных колебаний; фокусирующей магнитной системы;коллектора с системой охлаждения.Электронные пушки ЛБВ для анодной импульсной модуляции не требуютвнешних питающих напряжений. Эти пушки строятся по схеме Пирса ифокусирующие электроды внутри лампы соединяются с катодом.

Для работытаких ламп необходимо напряжение накала и ускоряющее напряжение.В ЛБВ с сеточной модуляцией в составе электронной пушки имеется иногдауправляющий током луча электрод – первый анод, а чаще всего управляющийэлектрод – сетка, работающая в безтоковом режиме.В зависимости от требований к выходной мощности и рабочей полосеприборавкачествезамедляющихсистем(ЗС)используютсяспирали,волноводные замедляющие структуры типа гребенок, цепочек связанныхрезонаторов и др. Спиральные ЗС используются в широкополосных системахпередачи информации и средствах радиоэлектронной борьбы (РЭБ).

Так как оттаких ЗС достаточно сложно осуществлять отвод теплоты, то предельные уровнимощности для них не превышают сотни Вт. При необходимости получения болеевысоких мощностей используются ЗС в виде цепочек связанных резонаторов,однако они являются достаточно узкополосными (менее 10 %).Импульсная модуляция в ЛБВ, как и в клистронах, может осуществлятьсяизменением напряжения на управляющем электроде (первом аноде) и катоделампы.

Эквивалентные схемы ЛБВ для анодной и сеточной модуляциианалогичны схемам для клистрона, приведенным на рис. 2.3 и рис. 2.7соответственно. Уравнения, описывающие зависимости токов от напряжений вЛБВ, так же аналогичны приведенным ранее (1.1), (1.6) и (1.7).46При осуществлении анодной модуляции усилительных ламп прямой(бегущей) волны возможно проявление эффекта "заячьих ушей" [28] - явления,когда в отсутствии возбуждающих колебаний на СВЧ входе при нарастании илиспаде ускоряющего напряжения на входе и выходе прибора появляютсяэлектромагнитные колебания с мощностью, соизмеримой с рабочей выходной.Это явление обусловлено нарушением условия синхронизма электронного потокас прямой пространственной гармоникой электромагнитных колебаний исамовозбуждением прибора на обратной гармонике. В радиолокации появлениемощных паразитных колебаний на выходе РПДС не допустимо.

Поэтому вприборахтакоготипаиспользованиеанодноймодуляцииоказываетсязатруднительным. Требуется вводить в них управляющие электроды ииспользовать сеточную модуляцию.2.2 Структурные схемы выходных каскадов мощных импульсныхРПДС на основе СВЧ ЭВПРассмотрим структурные схемы импульсных РПДС, построенных на разныхтипах ЭВП СВЧ, и их особенности.2.2.1 Схема РПДС на магнетроне с однотактным модуляторомРис. 2.9. Структурная схема РПДС на магнетроне с однотактным модулятором.На рис. 2.9 приведена типовая схема построения импульсной РПДС на баземагнетрона. Анодная модуляция осуществляется однотактным (содержащим одинвысоковольтный ключ)емкости.модулятором с частичным разрядом накопительной47Высокопотенциальный источник питания подогревателя катода создаетуказанное напряжение.

Конструктивная паразитная емкость этого источника накорпус добавляется к емкости катода. Высоковольтный источник питаниязаряжает накопительную емкость Снак. После прихода внешнего импульсауправлениявысоковольтныйключ,находящийсямеждумагнетрономинакопителем энергии, замыкается, и через него начинает протекать ток.

Какотмечалось ранее, магнетрон является нелинейной нагрузкой (см. рис. 2.1),существенный ток анода начинает протекать только по превышению аноднымнапряжением некоторого порогового значения. Затем за время, определяемоевыражением (2.10) в нем возбуждаются электромагнитные колебания рабочеговида. При этом формируется фронт и плоская часть выходного радиоимпульсаСВЧ.Последовательно с высоковольтным ключом стоит ограничительныйрезистор Rогр. Он необходим для ограничения тока высоковольтного ключа иэнергии, выделяемой в магнетроне при возникновении в нем пробоя илиискрения.

Во время работы магнетрона этот резистор вместе с небольшимдифференциальным сопротивлением магнетрона образует делитель напряжения,стабилизирующий режим работы магнетрона. Во время импульса протекающийчерезданныйрезисторU Rогр  Rогр ( I а  I разрядн. ) , гдекатодныйI разрядн.токвызываетпадениенапряжения- ток разрядного резистора. Поэтомунеобходимо, чтобы высоковольтный источник питания обеспечивал большее наU Rогр напряжение по сравнению с рабочим напряжением магнетрона.

В случаепропуска импульса и отсутствия тока катода, к магнетрону будет прикладыватьсянапряжение источника питания.При закрытии высоковольтного ключа, ток через него прерывается.Напряжение на катоде за счет активного тока магнетрона начинает спадать довеличины порогового напряжения. Генерация СВЧ колебаний прекращается,формируетсяспадрадиоимпульса.Протеканиетокачерезмагнетронпрекращается. После этого спад напряжения на аноде замедляется. Время48прохождения спада в основном обусловлено токами утечки магнетрона. В этомсостоянии увеличивается вероятность возникновения пробоев.

При медленномспаде напряжения на магнетроне возможно возбуждение низковольтных видовколебаний (см. рис. 2.3). Для уменьшения длительности спада и снижениявероятности генерации низковольтных колебаний параллельно с магнетрономставят разрядный резистор Rразряд. Через него происходит разряд паразитнойемкости магнетрона. Величина сопротивления разрядного резистора, как правило,выбирается такой, чтобы во время импульса через него протекал ток, равный0,1...0,25 от тока анода магнетрона.

При этом длительность спада импульсанапряжения на магнетроне будет в 4…10 раз больше длительности фронта, аогибающая СВЧ колебаний будет иметь практически прямоугольную форму.Для уменьшения длительности спада импульса возможно использованиедвухтактныхмодуляторов,вкоторыхиспользуетсядополнительныйвысоковольтный ключ, шунтирующий магнетрон во время пауз междуимпульсами.2.2.2 Схема РПДС с двухтактным анодным модуляторомСтатическое сопротивление клистронов и ЛБВ в рабочей точке, какправило, велико и составляет для однолучевых приборов 1...100 кОм, длямноголучевых - 200...1000 Ом. В отличие от приборов типа М усиление СВЧколебаний в этих приборах происходит при любых ускоряющих напряжениях.Использование однотактных схем анодной модуляции (рис. 2.9) в этом случаеоказывается недопустимым, так как при приемлемых значениях длительностиспада импульса величина разрядного резистора оказывается соизмеримой ссопротивлением ЭВП, что увеличивает рассеиваемую в этом резисторе мощностьи значительно снижает КПД всей системы.

Характеристики

Список файлов диссертации