Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Варианами в 1938 голу. Прицлип группирования электронов в сгустки лежит в основе физики работы клистронов. ))а рис. 4.11, а приведена схема труппирования электронов в пространстве резонатора. Электроны, для которых выполняется соотношение 13 гйпси > О, получают дополнительное ускорение, Электроны, для которых справелливо 1т япсо < О, -- замедляются. Электроны 1, 3, 3 одновременно возврагцаются в резонатор и вместе с электронами от 1 до 3 бразуют сгусток электронов, г.задует особо отметить тот факт, что в приборах этого типа носителями информационного сш-нала являются уже не электроны, а так называемые динамические неоднородности.
В данном случае это сгустки электронов. формирование сгустков электронов ухудшают как кулоновскис силы, так и конечное время пролета электронов между сетками резонатора. 11а рис. 4.11, 6 представлена конструкция клистрона. Пучок электронов, формируемый электронной пушкой 1, ускоряешься полем электрода 2 и пронизывает узкий зазор А между стенками входного тороидального резонатора ггруппирователь электронов) 4 и движется в трубке дрейфа б. В трубке лрейфа электрические поля отсутствуют, и в ней происходит преобразование скоростной модуляции потока в модуляцию по плотности. Далее поток из сгустков электронов попадает в выходной резонатор 5.
а/ Рис. 4.11. Схема абразсваиия сгустков 1а) и устройство двухрвзснагсрнсго пролетного хлистрсиа 1б): 1 — катод; 2 — ускоряющий электрод; 3 — хсллвхтср, и — входной резонатор; 5 — выходиой резонатор, б — трубка дрейфа, т — электронный поток, 6 — положительная обратная связы А — 1-й зазор,  — 2-й зазор б) 120 Часть б Вакуумная и плазменная электроника В~~рой резонатор служит для отбора высокочастотной энергии из потока электронов. Частота поступлений сгустков электронов во второй резонатор равна частоте входного сигнала, Ток наводится на внутренней поверхности стенок второго 1выходного) резонатора Появляющееся между сетками резонатора электрическое поле тормозит электроны.
Кинетическая энергия электронов, полученная от источника, ускоряющего напряжения преобразуется в энергию СВЧ-колебаний. Электроны, прошедшие второй зазор, попадают на коллектор и рассеиваются на нем в виде тепла. Клистрон обладает рядом преимуществ по сравнению с приборами типа лампы СВЧ- диапазона. Среди них: С) отказ от электростатического управления электронным потоком; С5 использование динамического управления, основанного на скоростной модуляции и группировке электронов; С) использование принципа наведения тока в выходном зазоре В и разделение функции выходного зазора и коллектора электронов; ьз применение полых резонаторов, отвечающих требованиям СВЧ-диапазона; выделение катода из состава высокочастотной цепи и расположение ускоряющего промежутка перед высокочастотным управляющим зазором.
Клистрон из усилителя может быть преобразован в автогенератор путем введения положительной обратной связи между выходным и входным резонаторами. Одним из способов повышения коэффициента усиления клистрона является их каскадное соединение или создание многорезонаторных конструкций с периодической электростатической фокусировкой электронно>о пучка. Клистрон отражательного типа имеет олин полевой резонатор, который дважды пронизывается электронным потоком.
Резонатор играет роль группирователя электронов при первом прохождении электронов через зазор и роль выходного контура при повторном прохождении зазора. Для того чтобы клистрон мог генерировать СВЧ-колебания, сгустки электронов должны прохолить через зазор при обратном движении в те моменты, когда в нем имеется тормозящее высокочастотное электрическое поле. С этой целью одновременно регулируи>тся напряжения на ускоряющем электроде и на отражателе.
Основным назначением отражательных клистронов является генерирование СВЧ. колебаний малой мощности. Их преимущество состоит в простоте конструкции и настройки, а также в хороших модуляционных характеристиках. Важным их достоинством является высокая механическая прочность и надежность.
Возврат элекгронов в зазор резонатора А обеспечивается с помощью отражателя, находящегося под отрицательным потенциалом по отношению к катоду (рис. 4.12). При использовании отражательного клистрона в качестве усилителя ток в пучке делают меньше пускового и модулированный по скорости пучок электронов в отраженном пото ке превращается в модулированный пучок по шюгности. 11ри этом в резонаторе возбуждается усиленный сипзал. Различают отражательные клистроны с внешними и внутренними резонаторами. Шире кое распросгранение получили клистроны с интегральной перестройкой частоты, созда ние которых стало возможным благодаря разработанной технологии изготовления скользящих электрических контактов в вакууме.
Диапазон перестройки составляет 10 — 15'Ь ьт и КПД свыше 40ЗЬ. На рис. 4.13 показан широкий спектр отечественных клистронов. 4 Приборы и устройства вакуумной электроники Рис. 4.12. Конструкция отражательного хлнсгрона: 1 — катод, 2 — ускоряющий электрод; 3 — резонатор, 4 — отражатель; 5 — вывод энергии; 6 — элехгрониыи поток; Я вЂ” зазор Рис. 4.13. Номенклатура отечественных хппстронов 4.4.3. Лампы бегущей волны Приборы с длительным взаимодействием электронного потока с замедленной электромагнитной волной называются лалгпачзз бегущей волны.
Из определения следует, что в основе работы усилительных и генераторных ламп бегущей волны лежит длительное взаимодействие электронов с бегущей электромагнитной волной, которая распространяется в нерезонансной колебательной системе. Прн этом происходит группировка ускоренных электронов и отдача энсргии замедленных электронов полю сверхвысокой частоты. Лля длительного взаимодействия электронов с электромагнитным полем необходимо выполнение условия фазового синхронизма, прн котором скорость электронов в потоке рэ совпадает с фазовой скоростью волны г'и. ) азличаютлачпы прямой полны (или лалшы бегущей паулы) и лалппы обраппюи волны, Приборы, в которых направление движения электронов совпадает с направлением движения энергии по замедляющей системе, называются лаипилш бегузиеи полны гЛБВ).
В этих приборах электронный поток взаимодействует с прямой замедленной волной или, как ее еще называют, с положительной пространственной гармоникой, Приборы, в которых используется взаимодействие электронного потока с обратными ~пинами или отрицательными пространственными гармониками, получили название лам"ы обратной волны (ЛОВ). В ЛОВ электронный поток движегся навстречу потоку энергии. Лампы типа ЛБВ и ЛОВ делятся на две основные группы. приборам О-типа относятся лампы с продольным ма~ни~ным полем, которое служит лищь для целей фокусировки прямолинейного элок~раиного пучка. приборам М-типа относятся все СВЧ-приборки в которых постоянное магнитное поле "вдается поперечным.
В этом случае электроны лвижутся в скрещенных электрических и магнитных полях. Часть I, Вакуумная и плазменная электроника )гг На рис. 4.14, и представлена ЛБВ О-типа в коаксиалы<ой арматуре. Эмитируемые катодом электроны ускорщотся напряжением (Уз, которое обеспечивает требуемое условие син«ронизма между электронами и волной, замедленной до скоростт~ ОЛ с, где с — скорость света. Движение энергии по замедляющей системе происходит в направлении лвижеиня электронов. Фокусировка элекгрониого потока осуществляется с помощью постоянного магнитного поля, созданного соленоидом. Электронныс сгустки формируются по мере движения вдоль оси лампы и наводят в спирали ток, а также создают тормозящее высокочастотное поле. Именно это тормозящее поле обеспечивает отбор энергии от электронного потока и усиление входного сигнала. Рне. 4Л4.
Схема усилительной пампы ПБВ 1а) н мощная ПБВ 0-тнпа (б). т — катод; 2 — ускоряющий электрод; 3 — коллектор электронов; 4 — спираль замедляющей системы; 5 — коакснапьный соленоид, б — вход; 7 — выход СВЧ-энергии; б — стеклянная оболочка; 9 — зпектронный пучок б) а) Главным достоинством ЛБВ являешься широкая полоса усиливасмых частот. Наряду с ус»- лительными ЛБВ разработаны преобразовательныс ЛБВ. В лампах этого типа электронный поток сначала молулируется по скорости сигналом частоты Й и поступает в пространство взаимодействия замедляющей системы. Через вволное устройство подаются колебания СВЧ-диапазона с частотой оп !Ой. Взаимодействие промодулированно~о двумя частотами электронного потока с полем бегущей волны приводит к образованию сложной периодической структуры сгустков электронов. Они возбуждаю~ в замедляющей системе колебания с чащотами щ и ю д щ й, где щ — делос число.
Обычно параметры замедляющей системы оптимизируют гыя работы на частоте щ ч пк з). В зависимости от режима работы Л1тВ можно разделить на импульсные, непрерывного и квазинепрерывно го действия. По уровню выходной мощности ЛБВ могут быть малой !1--10 Вт), средней )10 — 100 Вт) и большой мощности )> 100 Вт). 4.4.4. Лампы обратной волны (ЛОВ) ЛОВ иве~ да еше называю~ кирсииощронитш. В основе их работы лежит физическое явл ние длительного взаимодействия электронного потока н обратной волны электромащщ ного поля. Схема лампы обратной волны представлена на рис. 4.15, и.
4 Г)риберы и устройства вакуумной электроники Эмитированные катодом электроны ускоряются напряжением так, чтобы выполнялось усзговие синхронг1зма. В условг1я . синхронг~зма скорость элок! Ронов и фазовая скорость обратной гармоники в ЛОВ совпадают по направлению, а поток энергии направлен в обатную сторону от коллектора электронов к электронной пушке. Поэтому вывод энергии положен на пушечном конце замедляющей системы.
Все прямые гармоники поглоща„,тся согласованной нагрузкой. )тинетическая энергия электронного потока преобразуется в энергию электромагнитного поля напряженность которого в волноведущей системе увеличивается от коллекторного „.овца к пушечному. Усиленные электромагнитные волны, распространя1ощиеся навстречу электронному потоку, взаимодействуют с электронным потоком по нарастающему ~ффекту. Электронный поток является как источником энергии, так и звеном, обеспечивающим положительную обратную связь в лампе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
