Стр.52-101 (1152178), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ным потоком, полезно использующих время пролета электронов. Возбуждение колебаний мопотронного типа принципиально возможно яе только в электронно-лучевом диоде (монотроне), изображенном на рнс. 2.25, а, но и в простом диоде с полым резонатором, включенным между катодом и анодом й 28. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТОКАМИ СКОРОСТНОЙ МОДеЛЯЦИЕЙ а. Общие сообралсеииа Динамическое управление, автоматнческн проявляющееся в рассмотренных выше системах, не всегда поддается контролю с целью повышения его эффективности. К. п.
д. приборов с внутренним механизмом динамического управления оказывается обычно небольшим. В э 2.5, б было показано, что для получения коротких сгустков электронов может быть использована скоростная модуляция электронного потока, представляющая собою периодическое изменение скоро- Уамаыт Рис. 2.27. Полый резонатор и идеальный двух- сеточный зазор для скоростной модуляции злект- рониого пучка стей электронов при первоначально неизменной плотности заряда (см.
рис. 2.19). Электронный поток, промодулированный по скорости', автоматически приобретает при своем дальнейшем движении модуляцию по плотности. Таким образом, скоростная модуляция обеспечивает внешнее динамическое управление, полезно использующее время пролета электронов. Периодическое изменение скоростей электронов может быть осуществлено с помощью полого резонатора, возбуждаемого от внешнего источника сверхвысокочастотных колебаний, как показано на рис. 2.27, а. Для того, чтобы получить наиболее сильное изменение скоростей, электронный поток следует пропускать через отверстия в той части резонатора, где сосредоточено преимущественно электрическое поле. В случае тороидального резонатора, изображенного на рис.
2.27, а, таким участком является емкостный зазор, который выполняется часто в виде двух параллельных плоских сеток. Направление начальной скорости электронов оа должно по возможности совпадать с направлением электрических силовых линий в зазоре. Скоростная модуляция, происходящая при коллинеарности вектора скорости электронов и вектора напряженности электрического высоко- ' частотного поля, имеет продольный характер.
Что касается составляющей электрического поля, нормальной к направлению движения 87 электронов, то она создает поперечную скоростную модуляцию, не пред. ставляющую интереса для дальнейшего рассмотрения. От поперечной модуляции можно отвлечься, предположив, например, что на систему наложено постоянное во времени продольное магнитное поле с бесконечно большой напряженностью, делающее невозможным движение электронов в поперечном направлении.
6. 'ераоненые скоростной модуляции Как и в предыдущем расчете, напряжение и считается положительным, если оно ускоряет электроны, двигающиеся в направлении +х. Полное приращение энергии электрона Д(й' в результате прохождения через весь зазор может быть определено интегрированием вырай жения (2.58) по ширине зазора, т. е. от — — до + †. Обозначим через 2 2 со момент прохождения рассматриваемого электрона через центр зазора (плоскость х = О).
Тогда, пренебрегая малым изменением скорости электрона внутри зазора, можно написать: с =то+ "о Подставляя время с в (2.58), получаем приращение кинетической энергии электронов в виде +— 2 д)у — ~ 'г' з;п(Ы,+ — "1с(х= ()„з( (,х и ~ "а/ в 5!П Х Е =еМУ апсо 2 2 (2.59) Отвлечемся сначала от преобразования модуляции электронного по. тока по скорости в модуляцию по плотности н рассмотрим процесс изменения скорости гармоническим напряжением и = У з(псо1, наложенным на электроды плоского зазора (рис.
2.27, б). Анализ модуляции при несинусоидальном напряжении будет произведен в дальнейшем. Следует отметить, однако, что при использовании высокодобротного полого резонатора реальное напряжение на зазоре имеет гармонический характер независимо от формы кривой напряжения, вырабатываемого генератором. Выберем начало координат х в середине зазора, как это делалось ранее при рассмотрении наведения тока в выходном зазоре. Энергия, приобретаемая одиночным электроном при прохождении пути с(х внутри зазора, равна с%'=е с(и= а — з)п со1 с(х. и ОЫ Величина О = — является невозмущенным углом пролета элект Оо ронов через модулирующий зазор.
Через М обозначен встречавшийся выше коэффициент взаимодействия электронного потока с полем завора, определяемый уравнением (2.37). Полная кинетическая энергия электрона, вошедшего в зазор о на. Г2 чальной скоростью п,= 1 — У,, на выходе из зазора имеет величину Яг" = — = еУэ+ Л ЯГ.
2 Подставим в последнее выражение величину ЬФГ, определяемую по (2.69). Скорость электрона о на выходе из зазора оказывается равной 1/ — Уо ~ 1+ — з'п муе) ° . / 2е Г Ми„ и, (2.60) Будем полагать амплитуду модулирующего напряжения У много меньшей постоянного ускоряющего напряжения Ум Раскладывая выражение (2.60) в степенной ряд по малому параметру — и отбрай сывая далее все члены выше первой степени, имеем: з/2е ( 1 Ми ~ ~ми„~' ., = у/ — У,(1+ — — "з(пыу,— — ~ — ") (пзые+...) =У т '1 2и, э В~и,/ ' оэ+ в1 з(п музе (2.61) где (2,62) ми„ в1 = — вэ. 2ия Уравнение скоростной модуляции (2.61) совместно с (2.62) играет важную роль в теории усилителей и генераторов СВЧ, использующих управление электронным потоком по скорости. Как видно из (2.61), при малой амплитуде модулирующего гармонического напряжения модуляция по скорости происходит также по гармоническому закону.
Поскольку У (( Ум переменная составляющая скорости электронов о, по (2.62) много меньше начальной скорости о, приобретаемой в ускоряющем промежутке (электронной пушке). Наибольшая амплитуда скоростной модуляции о, по (2.62) достигается при М вЂ” ь 1, т. е. при О -~ О. Таким образом, коэффициент взаимодействия потока с зазором играет важную роль не только при наведении тока в выходных устройствах ламп, но и в управляющих за. ворах, служащих для модуляции электронного потока по скорости. Чем больше угол пролета О (см. выше график на рис.
2.7), тем менее эффективен зазор в отношении скоростной модуляции. При О = 2п скоростная модуляция отсутствует. Использование угла пролета О ) 2п также не имеет практического смысла из-за малости абсолютной величины коэффициента М. Уравнение (2.61) позволяет сделать' и другой вывод. В случае конечного угла пролета плоский зазор, служащий для скоростной модуляции, может быть заменен эквивалентным зазором нулевой протяженности, расположенным в центре реального зазора, при условии уменьшения амплитуды модулирующего напряжения на величину коэффициента взаимодействия лт'.
Общие уравнения скоростной модуляции при этом остаются в силее. При угле пролета О, стремящемся к нулю, электронный поток, выходящий из зазора, еще не имеет модуляции по плотности. Следовательно, при 0-ь 0 количество электронов, ускоряющихся высокочастотным полем в зазоре, в точности равно количеству тормозящихся электронов. Модуляция по скорости в этом случае должна происходить без поглощения активной мощности от источника управляющего напряжения.
Положение несколько изменяется, если учесть конечную величину угла пролета О. В 2 2.7 было показано, что при 0 (О (2п зазор, в который поступает немодулированный электронный поток, обладает конечной активной проводимостью 6„, имеющей положительный знак. Эга проводимость обусловливает в среднем поглощение СВЧ энергии от источника входного сигнала. Активную проводимость зазора, обусловленную прохождением постоянной составляющей конвекционного тока )о, принято называть активной проводимостью электронной нагрузки 6,л „.
Согласно у равнениямям (2.55) и (2.51) выражение 6,„н имеет внд 1, 2 (1 — соз 6) — 6 Мп 6 (2.63) зя. н 2() 6з е Это уравнение можно переписать также в виде Следовательно, конечный угол пролета в данном случае, как и в случае электростатического управления, ухудшает работу управлякхцего зазора в отношении эффективности скоростной модуляции и величины входной активной проводимости. Тем не менее, легко показать, что это вредное влияние проявляется в значительно меньшей степени, чем при электростатическом управлении.
Рассмотрим, например, наиболее неблагоприятный с точки зрения величины 6„„случай пролетного угла О, близкого к и. Пусть ускоряющее напряжение Уз равно 300 в при токе пучка )а = 30 ма. Тогда согласно уравнению (2.63) входная активная проводимость составляет 6,„.„= 2,2 10 — з ом — '. Полученная величина 6„„оказывается весьма малой в сравнении с входной проводимостью при электростатическом управлении, приведенной в 2 2.5, а (при 0 и электростатическое управление почти полностью перестает функционировать).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
