Стр.52-101 (1152178), страница 12
Текст из файла (страница 12)
й 3.4. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПРИБОРОВ СВЧ С НЕРЕЗОНАНСНОИ КОЛЕБАТЕЛЬНОИ СИСТЕМОИ На работу генераторов и усилителей СВЧ с длительным взаимодействием сильное влияние оказывают параметры их высокочастотной цепи — замедляющей системы, не обладающей явно выраженными резонансными свойствами. С физической точки зрения основные функции замедляющей системы в электронных приборах СВЧ сходны с функциями резонансных колебательных систем. Замедляющая система, как и полый резонатор, является тем промежуточным звеном между электронным потоком и нагрузкой, с помощью которого осушествляется отбор высокочастот- 1)нз) о Рис 3.14 К определению частоты иолебаний, генерируемых илн усиливаемых в приборах СВЧ с нерезонансной замедляющей системой ной энергии, а также производится группирование электронного потока.
Тем не менее, приборы с длительным взаимодействием обладают рядом специфических черт. Рассмотрим в качестве типичного примера вопрос о влиянии параметров замедляющей системы на частоту генерируемых или усиливаемых колебаний. Из качественных соображений в 5 2.4 и 2.8 было показано, что условием длительного взаимодействия электронного потока свысокочастотным полем является фазовый синхронизм между электронами и бегущей электромагнитной волной. Обозначая через ра и пф скорость электронов и фазовую скорость волны, это условие можно записать в виде по оФ (з.зо) Величина п, в простейшем случае определяется постоянным ускоряющим напряжением У„приложенным к прибору, по уравнению типа (2.14).
С другой стороны, фазовая скорость оф в общем случае зависит от частоты. Следовательно, между постоянным напряжением Уо и частотой т, на которой обеспечивается фазовый синхронизм, существует связь, определяемая дисперсионной характеристикой замедляюшей системы. На рис. 3.14, а построена для примера характеристика замедляющей системы, обладающей аномальной дисперсией (абсолютная величина фазовой скорости растет при повышении частоты). Тогда, в за- 4 зах. зоо висимости от типа функции пе = 1(Уо), график о = 1(Уе) принимает вид, качественно показанный на рис. 3.14, б. Кривая, изображенная на этом рисунке, может быть истолкована следующим образом.
Если рассматриваемый прибор является автогенератором, то, меняя напряжение У„можно управлять частотой генерируемых колебаний. Если же данный прибор является усилителем, то изменение напряжения Уе приводит к сдвигу частоты, на которой прибор обеспечивает наибольшее усиление.
Это означает, что усилитель обладает электронной настройкой, которая аналогична обычной механической настройке резонансного усилителя. раонетная иааруааа (ум)а а) (ум)а Рис 3.15. Зиеиаалентные схемы генератора (а) н усилителя (б) с нсреаонансной колебательной сир темой Диапазон электронной настройки, показанный на рис. 3.14, зависит прежде в<его от крутизны днсперсионной характеристики о, = Г(т). Далее он зависит от технически допустимого интервала зйаче. ний напряжения У„а также от допустимого спада выходной мощ.
ности. Таким образом, с точки зрения электронной настройки наклон дисперсионной характеристики замедляющей системы играет роль, аналогичную роли нагруженной добротности Я„полого резонатора. Од-. нако полоса пропускания замедляющей системы может быть на один. два порядка шире полосы пропускания полого резонатора. Поэтому ширина диапазона электронной настройки приборов с нерезонансными колебательиьпаи системами не имеет ограничений, присущих генераторам с полыми резонаторами. Это свойство выгодно 'отличает приборы с длительным взанмодсйств*. ем от триодов, клистронов и ряда других приборов СВЧ. Другой интересной особенностью приборов СВЧ с нерезонансными колебательными системами является форма их нагрузочных характеристик.
Волна, отраженная от внешней нагрузки, поглощается в согласованной нагрузке, расположенной на другом конце замедляющей системы. Значительного взаимодействия между этой волной и электронным потоком не происходит, так как для них не выполняется условие синхронизма (3.30). Поэтому у таких приборов значительно 98 меньше выражено явление затягивания частоты. Линии постоянной выходной мощности у генераторов и усилителей с нерезонансными колебательными системами на диаграмме полных сопротивлений (проводимостей) близки к окружностям постоянного КСВ.
Максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку, совпадает с режимом согласования. Эквивалентная схема электронных приборов с нерезонансной колебательной системой может быть в первом приближении представлена в виде однородной передающей линии с отрицательным затуханием, изображенной на рис.
3.15. Через 1', и Яе здесь обозначены соответственно погонная проводимость и погонное сопротивление «холодной» линии. Распределенная шунтирующая электронная проводимость ()'„)е зависит от параметров электронного потока. В частности, величина ()' „)о является функцией постоянного конвекционного электронного тока 1„ ускоряющего напряжения У„ рабочей частоты ч и т. д.
Можно провести аналогию между величиной (У„)в и сосредоточенной электронной проводимостью 1'„, рассматривавшейся ранее в эквивалентных схемах приборов с резонансными колебательными системами. Концепция электронной проводимости, использованная в $ 3.1— 3.4, и метод эквивалентных схем применимы не только к электронным приборам СВЧ, но и ко многим другим устройствам, состоящим из линейной колебательной цепи и связанного с ней нелинейного активного элемента. В частности, такими методами удобно пользоваться при рассмотрении твердотельных приборов СВЧ вЂ” параметрических усилителей, лавинно-пролетных диодов и диодов, использующих эффект Ганна. Похожие методы удается широко использовать также при разработке и исследовании квантовых генераторов и усилителей СВЧ и оптического диапазонов — мазеров н лазеров, несмотря на коренные различия в физических принципах этих устройств и электронных приборов СВЧ.
й Ззв ТРЕВОВАННЯ К ГЕНЕРАТОРАМ И УСИЛИТЕЛЯМ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных типов приборов СВЧ, перечислим кратко общие требования, предъявляемые к генераторам и усилителям сверхвысоких частот. Основную роль в формулировании этих требований играет назначение прибора. а. Генераеорм с самововбуеноениеее Основными высокочастотными параметрами и характеристиками генераторов СВЧ являются: !) величина генерируемой мощности; 2) полный коэффициент полезного действия; 3) диапазон допустимого изменения частоты генерируемых колебаний (диапазон механической илн электронной настройки) по отношению к средней рабочей частоте и скорость допустимого изменения частоты; 4) степень затягивания частоты при работе на рассогласованную нагрузку; 5) стабильность частоты генерируемых колебаний; 6) возмо)асность амплитудной, импульсной и частотной модуляции; 7) урозень шумов вблизи рабочей частоты и мощность внеполосных излучений, т.
е. паразиткой генерации за пределами рабочей полосы частот. В маломощных генераторах, применяемых в основном в измерительной технике и в качестве гетеродинов в приемниках диапазона СВЧ, величина к. п. д. играет сравнительно небольшую роль. Необходимая высокочастотная мощносгь в этих случаях бывает обычно настолько мала (порядка десятков или сотен милливатт), что к. п. д., как параметр прибора, обычно вообще не фигурирует. Его величина оказывается существенной не столько с точки зрения экономии источников питания, сколько с точки зрения теплового режима рассматриваемого прибора. Если от генеРатоРа тРебУетсЯ большаЯ выходнаЯ мощность, то величина к.
п. д. выдвигается на первый план и определяет не только эффективность применения генератора, но и саму возможность его осуществления. Стабильность частоты, перестройка частоты, модуляция и шумы играют иногда в сравнении с величиной выходной мощности и к.
п. д. второстепенную роль. Это имеет место, например, при испольэовании генераторов СВЧ для целей промышленного нагрева. Однако в подавляющей массе применений генераторов СВЧ стабильность частоты и управление ею играют не меньшую, а иногда и ббльшую роль, чем величина генерируемой мощности. Это обстоятельство можно понять, если учесть чрезвычайно высокие требования, предъявляемые современной радиолокацией н другими отраслями радиотехники и физики. В качестве примера можно привести применение генераторов СВЧ в когерентных системах, использующих допплеровсхий сдвиг частоты при отражении сигнала от движущихся объектов. Ках известно из физики, частота сигнала, отраженного от движущегося предмета, отличается от частоты излучающего источника на величину тд, котоРая в неРелятивнстсхом случае описывается уравнением 2ог т =т д — ген с Через тген обозначена частота иолебаний, излучаемых передатчиком; о„— радиальная компонента скорости объекта в направлении х передатчику н приемнику; г — скорость света в свободном пространстве.
Для определения скорости о„ измеряется величина допплеровского сдвига частоты С атой целью производится смешивание сигнала передатчика и сигнала, отраженного от цели, и выделение разностной частоты, равной тд Если скорость о„лежит в пределах от 1 м/сгк до 1О лм/ггя, то при тген= = 3 Ггц (Х = 1О см) частота тп по (3.31) составит от 20 гЦ до 200 ЯгЦ.
ПРи столь малых величинах тд генератор должен обеспечивать весьма высокую кратковременную стабильность частоты т„е„. В зависимости от требуемой минимальной частоты чи нестабильность частоты генератора аа время, достаточное для обработки отраженного сигнала, не должна превышать 10 ' — 10 "от величины чгеи Не менее важно уменьшать уровень шумовых сигналов, излучаемых пере. датчиком или гетеродином на частотах (чгеи ~ эд]. В связи с этим большую роль играет качество спектра, т. е зависимости спектральной плотности мощности от частоты. На рис 3 16, а показан спектр идеального генератора непрерывного режима, обеспечивающего монохроматическое излучение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
