Стр.52-101 (1152178), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Вторая волна, скорость которой несколько больше о„называется быстрой волной пространственного зарядае. Поскольку вычисленная выше постоянная Г является чисто мнимой величиной, нарастания или затухания волн пространственного заряда не. происходит; эффект усиления или генерирования колебаний отсутствует. Однако при существовании электронов с различными скоростями положение может измениться.
Так, при параллельном движении двух потоков электронов, обладающих близкими, но не равными скоростями о„ и о„, происходит взаимодействие волн, приводящее к нарастанию их амплитуды. На этом принципе основаны двух- лучевые (электронно-волновые) усилители. Произведем числовую оценку фазовых. скоростей электронных волн, определяемых уравнением (2.82).
Концентрация электронов У связана с плотностью постоянного конвекционного электронного тока соотношением а'э = — Йеое. Отсюда, рассматривая абсолютную величину конвекционного тока, получаем: (2.83) где (тв — постоянное ускоряющее напряжение пучка. Подставим (2.83) в уравнение плазменной частоты (2.80)'. (2.84) Пусть плотность конвекционного тока в пучке составляет 1 а/смз, т. е. 104 а/л«з. Ускоряющее напряжение (те положим равным !000 в. * Название «быстрая волна» в литературе иногда относят к обычной незамедленной поперечной электромагнитной волне типа ТЕМ. Во избежание недоразумений такое название волны типа ТЕМ здесь применяться не будет. 73 Используя уравнение (2.84) и полагая рабочую длину волны в саободном пространстве равной 1О см, получаем по (2.82) фазовые скорости быстрой и медленной волн пространственного заряда равными соотаетственно (пе)быстр ж 1,22 о,; (пф)меда ж 0,88 о,.
В реальных приборах электронный поток имеет конечные поперечные размеры; вокруг него может располагаться металлический экран — пролетная труба. Рассмотренная упрощенная теория, применимая к бесконечно широкому злектрониому потоку, требует внесения поправок. С физической точки зрения присутствие проводящей трубы должно приве.
сти к уменьшению продольного электрического поля Е, на наружной границе пучка, параллельной металлической стенке. Действие переменного простран. ы, ЬО ственного заряда в пучке ослабляется. Это может быть учтено уменьшением (редукцией) плазменной частоты ы, входящей в уравнения (2.8!) н (2.82). 0,д 0.ч 30 Обоаначим через ыя эффентивную э 7,0 («редуцированнуюэ) плазменную часто- 0.7 ту, учитывающую размеры поперечного 85 сечения пучка и пролетной трубы На ю рнс.
2 38 приведены для примера ре- 000 зультаты расчетов для случая сплоша05 и„ ного цилиндрического электронного Ки,о пучка, имеющего радиусЬ, и металличе. 0,04 ской трубы радиуса а. По осв ординат 0,05 отложено отношение эффективной плаз- 0,07 менной частоты ыя к плазменной часто- те ып бесконечно широкого потока прн 0,01 тех же значениях ускоряющего иапря- 05 0,7 05 00 7,0 50 ою жениа У~ и плотности тока Уе ЗффекВз тивная плазменная частота всегда ниже величины ыв, определяемой уравнением Рнс.
2.38. Редукция плазменной час- (2 84) фазовые скорости быстрой и медтоты сплошного цилиндрического ленной волн пространственного заряда электронного пучка радиуса Ь в ци. оказываются еще более близкими к око. лнндрнческом металлическом экране, рости электронов оз. имеющем радиус а Кроме рассмотренных двух про. стейших волн, в чтолстых» электронных пучках могут распространяться волны пространственного заряда высших типов, имеющие вариации поля, плотности заряда и переменных скоростей электронов по сечению потока Каждому из высших типов соответствует пара волн, бегущих в направлении движения электронов и имеющих скорости, близкие к р, Концепция волн пространственного заряда может быть использована для объяснения рассматривавшейся выше скоростной модуляции и фазовой фокусировки Модулирующнй зазор можно мыслить теперь, как устройство, возбуждающее волны за счет нзмененця скорости электронов Возникающие две волны пространственного заряда обладают различными скоростями.
В результате ин. терференцнн волн происходят биения переменной составляющей плотности заряда р Расстояние от зазора, на котором конвекционный ток максимален, ра. нее рассматривалось как фазовый фокус Теперь зто расстояние можно рассма. тривать из условия максимума биений. С практической точки зрения производить расчеты электронных приборов СВЧ с помощью волновой теории не всегда рационально. Однако в ряде случаев, например, прн рассмотрении ламп бегущей волны, волновая концепция оказы. вается особенно продуктивной, Кроме волн пространственного заряда, являющихся продольными, в электронных потоках при конечной величине постоянного магнитного поля могут распространяться чиклотронные волны, имеющие поперечный характер.
Некоторые свойства таких волн рассматриваются в 0 7.12 ГЛАВА ТРЕТЬЯ ОВЩИВ ВаПРОСЫ ЭЛВКТРОИИЫХ ГВИВРАТОРОВ И УСИЛИТЕЛЕЙ СВЧ $3Л. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРОВ С РЕЗОНАНСНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ. ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ Условия работы электронных генераторов и усилителей СВЧ определяются тремя основными факторами — с в о й с т в а м и э л е ктронного потока, параметрами высокочастотной колебательной системьь н внешней нагрузки.
Современные генераторы и усилители СВЧ можно разделить на две основные группы, основываясь на свойствах их высокочастотной цепи. К первой группе могут быть отнесены приборы, высокочастотная цепь которых имеет дискретные виды колебаний, т. е. обладает в некотором диапазоне частот свойствами одиночного резонансного контура. В эту группу входят все существующие и вновь создаваемые приборы, основанные на кратковременном взаимодействии электронов с зазором и содержащие полые резонаторы.
Сюда же следует отнести и такие приборы с длительным или многократным взаимодействием, замедляющая система которых работает в режиме стоячей волны н образует колебательную цепь с дискретнымн видами колебаний. Таким образом, генераторы и усилители первой группы могут рассматриваться как приборы резонансного гнила. Типичными примерами таких приборов являются триоды и тетроды СВЧ, отражательные и пролетные клнстроны, а также магнетронные генераторы. Вторая группа охватывает приборы с длительным илн многократным взаимодействием, у которых колебательная система в рабочей полосе частот не обладает резонансными свойствами и возбуждается в режиме бегущей электромагнитной волны.
Подобные генераторы и усилители принято относить к числу приборов нереэонансного типа. Примерами таких приборов являются лампы бегущей и обратной волны, а также платинотроны. Анализ генераторов н усилителей с резонансной колебательной системой удобно проводить, используя метод эквивалентных схем, широко применяемый в технике волноводов и полых резонаторов. По этому методу колебательная система, внешняя нагрузка и электронный поток представляются в виде электрических цепей с сосредоточенными постоянными. Метод эквивзлентных схем позволяет сформули- 75 ровать многие важные общие свойства электронных приборов СВЧ независимо от их конкретного устройства и назначения. Рассмотрим сначала «холодную» колебательную систему электронного прибора, т.
е. резонатор и нагрузку в отсутствие электронного потока (или электронно-ионной плазмы в случае газоразрядных приборов)э. Из техники СВЧ известно [1), что любая колебательная система на частотах, близких к резонансной частоте одного из видов колебаний, может быть представлена эквивалентной схемой в виде параллельно соединенных активной и реактивной проводимостей О и В, как показано на рис. 3.1. — — гээы — — = —,— — — — — Через 6„' и В„' обозначены ~а« 1 ' активная и реактивная про- 1 ! ы ' водимости внешней нагруз«йээ «Вээ~ ~У~ й 36~ ~ан '1 я1 ки, трансформированные к ~ тому же сечению, по отно! э — — шению к которому опредеЭлэээгдэээна ~навел „хе»ээээ«о«каврэлла лены проводимости 6 и В.
Если резонатор входит Рис, 3.1. Экивэлентнзя схема электронного . в состав генератора или приборе с резон»ясной колебательной систе- усилителя и пронизывается модулированным электронным потоком, то последний играет роль генератора наведенного тока 1„„,д, втекающего в систему через «клеммы» зазора аб. На зазоре создается высокочастотное напряжение с комплексной амплитудой ().
Проводимости резонатора и нагрузки удобно отсчитывать по отношению к высокочастотному зазору. При этом одно и то же напряжение (/ оказывается приложенным к колебательной системе, нагрузке и электронному потоку. Поскольку справа от сечения аб на рис. 3.1 имеются параллельно включенные проводимости О, 6„', В и В„', действие электронного потока удобно представить в виде некоторой комплексной электронной праводимасты 1',„, включенной слева от «зажимов» аб и равной (3.1) 1 эл Оэл+ /Вэл Величины О, и В,„, вводимые пока формально, будем называть активной и ре тивной электронными проводимостями. Понятие электронной проводимости встречалось выше при рассмотрении некоторых частных случаев — монотрона и диода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
