Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Очевидно, что нагруженная добротность волномера должна быть значительно больше нагруженной добротности исследуемого резонатора. В качестве генератора с качающейся частотой широко используются отражательные клистроны. Диапазон электронной настройки отражательного клистрона, ~в пределах которого возможно безынерционное качание частоты, сравнительно невелик. Так, на волне длиною 10 см он составляет примерно 15 Мг~, т. е. около 0,5%. В этом диапазоне должна уложиться резонансная кривая резонатора. Следовательно, наименьшая измеряемая величина 9 „ составляет около 200. Для того чтобы получить величины собственной и внешней доброгностей, необходимо проделать какой-либо дополнительный эксперимент. С этой целью при симметричной связи достаточно измерить вносимые потери. Сигнал генератора пропускают на ту же детекторную головку, минуя исследуемый резонатор, и измеряют ослабление сигнала, проходящего через резонатор.
После этого используют уравнение вносимых потерь (9.33). С учетом условия симметрии ~?,~=Я„,~ уравнение (9.33) приобретает вид Ро ~ =201~ т Зная из эксперимента величины Я и Ь,нетрудно определить собственную добротность Яо и через нее другие параметры резонатора. Существует и другая возможность приближенного определения величины Яо, если резонатор позволяет регулировать степень связи, например, путем поворота входной и выходной петель. В последнем случае, уменьшая связь в пределах, допускаемых чувствительностью имеющейся аппаратуры, приближают величину 9 к собственной добротности Яо. Очевидно, что погрешность здесь всегда направлена в сторону уменьшения величины ~о.
Осциллографический метод Я-измерений удается применять не только при включении полого резонатора по схеме четырехполюсника, но и в случае схемы двухполюсника. (10.37) и. Особенности измерения очень низких значений нагруженной добротности 366 Резонансные окна и резонансные зазоры, представляющие собою одну из разновидностей колебательных систем СВЧ, обладают, как правило, весьма низкой нагруженной добротностью (порядка 1 — 5).
Методы Я-измерений, описанные в предыдущих разделах, оказываются в этом случае практически непригодными. Вместе с тем уменьшается и число параметров, представляющих реальный интерес. Основными параметрами здесь являются лишь резонансная длина волны и нагруженная добротность. Собственная добротность резонансных окон и зазоров обычно не рассматривается. Основным путем измерения столь низкодобротных систем является видоизмененный метод измерительной линии. Рассмотрим резонансное окно или резонансный зазор, включенный поперек волновода, ка б л показано выше на рис. 9.3,а. На выходном конце волновода включена хорошо согласованная нагрузка.
Измерительная линия, расположенная ежду исследуемым объектом и согласованным измерительным генератором, позволяет снимать по точкам зависимость коэффициента стоячеи волны в линии от длины волны в свободном пространстве. Эквивалентная схема, соответствующая рассматриваемому включению окна или зазора, была показана на рис. 9.3, о.
Суммарная активная проводимость двух нагрузок, шунтирующих окно, оказывается равной 2 отн. ед. Величиной активной проводимости О, как правило, можно пренебречь, считая 6(<2. Обозначим нагруженную добротность, соответствующую этому случаю, через ЯН2. На основании общего выражения (9.18) можно написать: (10.38) дВ Выразим производную — ~ через производную модуля коэффициента отражения ~ Г'~, поддающегося более простому измерению. Нетрудно показать, что при В(<2 и 0<<В Подставляя последнее соотношение в (10.38), имеем: ~о д~Г~ (10.39) Уравнение (10.39) лежит в основе экспериментального определения параметров резонансных окон и резонансных зазоров.
Зависимость Г~ =~(Х) имеет вид, качественно обсуждавшийся на рис. 6.15; по оси ординат на этом рисунке можно теперь подразумевать величину ~1 ~. Сняв по точкам подобную кривую, графически определяют наклон одной или обеих ветвей кривой ~1 ~ =~(Х) и находят искомые величины Хо и 9~2. 5 10.10. ВЫБОР ФОРМЫ ПОЛОГО РЕЗОНАТОРА И ВИДА КОЛЕБАНИЙ В двух основных областях применения полых резонаторов— электровакуумных приборах сверхвысоких частот и измерительной аппаратуре — к полым резонаторам предъявляются существенно различные требования.
Стремление обеспечить возможно более в высокие собственную и нагруженную добротности резонаторов, применяемых в качестве эталонов частоты, волномеров, эхо-резонаторов и т. д., приводит к использованию резонаторов преимущественно выпуклой формы. При этом иногда идут на то, что используемый вид колебаний не является низшим (например, вид Нэ11 в цилиндрическом резонаторе). Вогнутые резонаторы, характеризующиеся малым отношением объема к поверхности и имеющие более низкую добротность, в измерительной аппаратуре представляют меньший интерес. При использовании полых резонаторов в электронных приборах необходимо учитывать специфическое требование, связанное с электронным механизмом,— малость времени пролета электронов через резонатор в сравнении с периодом высокочастотных колебаний.
Обычно время пролета не должно превышать половины периода. Время пролета определяется протяженностью резонатора и скоростью электронов ор, которая в свою очередь зависит от величины постоянного ускоряющего напряжения. Обычно скорость оо составляет порядка 0,02 — 0,4 скорости света, чему соответствует ускоряющее напряжение примерно от 100 в до 50 кв. 0т3ерсппие Ьи приюж3ени~ пучка иаи пуни Ц~ Рис.
10.46. Переход от выпуклого к вогнутому полому резонатору для обеспечения малого времени пролета электронов через резонатор Возьмем в качестве примера сферический резонатор, структура поля в котором при низшем виде колебаний показана на рис. 10.46, а. Можно показать, что для этого случая резонансная длина волны приблизительно равна 2,29 Р. Следовательно, время пролета электронов ~ через резонатор при оо = сопят составляет 21~ 2с ~= — =Т ~Го 2Л 0о где Т вЂ” период высокочастотного колебания и с — скорость света в свободном пространстве. Таким образом, даже при скорости электронов оо, близкой к скорости евема, время пролета ~ было бы почти равным периоду колебаний Т.
Это указывает на непригодность данного резонатора для большинства электронных приборов СВЧ, даже если отвлечься от практических трудностей, связанных с изготовлением сферических резонаторов. 368 Вогнутые резонаторы, например, сферическии резонатор с усеченными конусами, изображенный на рис. 10.46,б, более подходят для электровакуумных приборов. С технологической точки зрения еще удобнее применять тороидальные резонаторы (см. рис. 10.46,в, а также 10.29 и 10.39).
Пропуская электроны через узкий зазор, можно удовлетворить условию ~(Т даже при весьма низких ускоряющих напряжениях. Поэтому вогнутые резонаторы и применяются в электронных приборах, несмотря на то, что их собственная добротность меньше, чем у выпуклых резонаторов. Требование малости высокочастотного зазора в резонаторе возникает не только в электронных, но и в газоразрядных приборах СВЧ. В последнем случае играет роль протяженность высокочастотного разрядного промежутка, определяющая условия зажигания и горения сверхвысокочастотного разряда. В отличие от резонаторов, применяемых в измерительной технике, в случае электровакуумных приборов резонаторы почти всегда работают на низшем виде колебаний. Высшие виды колебаний используются, например, в коаксиальных резонаторах в сочетании с триодами СВЧ, поскольку приблизить поршень к лампе на расстояние менее 3/4 Х часто не удается.
Рассматриваемый высший вид характеризуется, таким образом, увеличенным количеством вариаций поля по длине резонатора. Характер поля в поперечном сечении не меняется и соответствует по-прежнему волне типа ТЕМ в коаксиальной линии. Высшие виды колебаний в полых резонаторах представляют особый интерес на наиболее коротких волнах с точки зрения увеличения геометрических размеров резонаторов. До сих пор, однако, этот вопрос не нашел достаточного практического разрешения.
24 И В Лебедев Глава одиннадцатая зАмеддяющик системы 5 11.1. ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ПЕРЕДАЮЩИХ ЛИНИЙ СВЧ С (<МЕДЛЕННЫМИ» ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ Развитие электр овакуумных приборов сверхвысоких частот потребовало создания передающих линий, по которым могут распространяться «медленные» электромагнитные волны. Фазовая скорость волн о ф должна быть приблизительно равна скорости электронов оо, чтобы обеспечить длительное взаимодействие между электронами и полем. Это условие, часто называемое условием синхронизма или резонансом скоростей, лежит в основе большого класса усилителей и генераторов СВЧ вЂ” ламп бегущей и обратной волны и др*. Скорость электронов не может превышать скорости света в свободном пространстве и, как правило, бывает значительно меньше с.
Так, при использовании постоянных ускоряющих напряжений от 300 в до 30 кв скорость электронов изменяется в пределах от 0,0344с до 0,329с. При напряжении, равном 300 кв, скорость электронов составляет 0,78с. В таких же пределах должна находиться фазовая скорость волны, если необходимо обеспечить синхронизм между электронами и электромагнитным полем. Линии, по которым могут распространяться волны с фазовой скоростью меньше скорости света в свободном пространстве, принято называть замедляющими системами. Отношение скорости света в свободном пространстве к фазовой скорости волны называется козффиииентом замедления.
Типичная величина требуемого коэффициента замедления в соответствии с указанными выше соображениями составляет примерно от 3 до 50. В некоторых случаях, однако, коэффициент замедления должен быть лишь немногим более единицы. Прибегая к аналогии с обычными электрическими цепями, можно уподобить замедляющую систему СВЧ простейшей линии задержки, изображенной на рис. 11Л.
Фазовая скорость волны, бегущей по линии задержки, может быть сделана значительно * Механизм взаимодействия электронов с бегущими электромагнитными волнами рассматривается во второй части курса, посвященной электровакуумным приборам СВЧ. 370 меньше скорости света ~в свободном пространстве. Она определяется известным уравнением (11.1) где Е0 и С0 — сосредоточенные индуктивность и емкость каждой из ячеек, образующих рассматриваемую цепочку. Следует иметь в виду, что при использовании передающих линий СВЧ по их основному назначению — для передачи энергии — абсолютная величина фазовой скорости волны не играет первостепенной роли.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
