Стр.52-101 (1152178), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Велнчпна Я> может достигать прн этом 10' — Юз н более. и изменяется в широких пределах при изменении внешней добротности Я,„и, следовательно, нагруженной добротности Я„. Из уравнения (3.16а) можно сделать и другой важный вывод. Для получения высокой стабильности частоты при постоянной нагрузке надо обеспечивать возможно более высокую нагруженную добротность контура автогенератора, а также стабилизировать источники питания (напряжение Уе и ток 7,). Но для получения большой величины Я„ необходимо, прежде всего, всячески повышать собственную добротность колебательной системы Я„уменьшая потери.
Повышение 6„ достигается также путем ослабления связи генератора с нагрузкой. Наряду с этим можно использовать дополнительные (стабилизирующие) высокодобротные резонаторы, увеличивающие энергию, накопленную в колебательной системе генератора*. Таким образом, принципы разработки генераторов с широким диапазоном электронной настройки и генераторов, обеспечивающих высокую стабильность частоты, различны между собою.
Эти различия распространяются не только на колебательную систему и на связь с нагрузкой, но и на параметры электронного потока. В самом деле, для расширения диапазона электронной настройки по смыслу уравнений (3.15) и (3.16) необходимо увеличивать диапазон изменения величины В„ и, следовательно, увеличивать максимальную величину Вьж Но реактивная электроннаяпроводимостьВ„, даже из соображенйя физических размерностей, должна быть пропорциональна отношению 7„'(/а. Поэтому такие генераторы, в отличие от генераторов со стабилизированной частотой, должны работать при низких питающих напряжениях и при возможно более высоких токах электронного пучка. По абсолютной величине разница между частотой установившихся колебаний генератора т„е„и собственной частотой колебательной системы та обычно бывает незначительной.
Поэтому в первом приближении при разработке колебательной системы для электронных приборов СВЧ, имеющих полые резонаторы, можно полагать, что частота генерируемых колебаний равна собственной частоте резонатора. Погрешность расчета полых резонаторов значительно превышает фактическую разницу частот е„,„и те, определяемую уравнением (3.!6). д. Види колебаний аетозеиераторов СВЧ Если «холодная» резонансная система генератора имеет много видов колебаний, то нахождение частоты установившихся колебаний усложняется. Действительно, зависимость реактивной проводимости системы от частоты может при этом отличаться от прямой линии, показанной на рис.
3.4, а. Условие (3.12) может удовлетворять не одной, а многим частотам, что легко видеть, например, на рис. 3.4, б. На этом рисунке изображена взятая с отрицательным знаком функция реактивной электронной проводимости В„= у(т), медленно изменяющаяся в некотором ограниченном диапазоне частот. В этом же диапазоне высокодобротная резонансная система имеет два близко расположенных вида колебаний с резонансными частотами тег и чзз. Кривая — В„ = 7(т) пересекается с кривой проводимости колебательной системы в двух точках а и б, которым соответствуют частоты тг и тз.
Обе частоты могут генерироваться рассматриваемым генератором, если удовлетворено условие стационарной амплитуды (3.7). В общем случае количество генерируемых частот равно числу видов колебаний, имеющихся у «холодной» колебательной системы генератора в диапазоне частот, где 0„<. О. Каждый из таких колебательных режимов принято называть видом колебаний рассматриваемого генератора*. Не следует смешивать термин вид колебаний с выражением тил колебаний, применяемым для того, чтобы подчеркнуть различие электронных механизмов. Так, например, магнетроны, рассматриваемые в гл.
7, могут генерировать колебания трех типов. Колебания одного из этих типов (так называемые колебания типа бегущей волны, наблюдающиеся в многорезонаторных магнетронах) в свою очередь могут происходить на нескольких различных видах. Для практических целей обычно требуется, чтобы генератор возбуждался только на одном виде колебаний. Эта проблема особенно актуальна в том случае, когда резонансные частоты колебательной системы лишь незначительно различаются между собой. Будем называть разделением видов колебаний разность частот рабочего и ближайшего (нежелательного) видов колебаний, отнесенную к частоте рабочего вида (например, на рис. 3.4, б отношение " "').
Чем меньше разде- »01 ление видов колебаний, тем труднее обеспечить работу генератора на фиксированной частоте, соответствующей одному виду колебаний. Вопрос о том, какой из видов колебаний устанавливается в генераторе в этом случае, следует решать с учетом ряда факторов, например, скорости нарастания колебаний в переходном режиме, нагруженной добротности системы на рассматриваемых видах колебаний и др. При малом разделении видов колебаний в некоторых случаях на- * С различными видами колебаний приходится сталкиваться не только в электронике СВЧ, но и в квантовой электронике, в частности, в лазерной технике.
В качестве эквивалента термину «вид колебаний» иногда употребляется выражение «мода». Как крайне неудачное, это выражение здесь применяться не будет. блюдаются перескоки генерируемой частоты с одного вида колебаний на другой, что крайне нежелательно с практической точки зрения.
С этой проблемой чаще всего встречаются в случае многорезонаторных колебательных систем, применяемых, например, в магнетронах. Возвращаясь к рнс. 3.4, б, можно отметать следующее. Прн наличии ак. тнвных потерь в контуре кривая — Вез=! (т) имеет третью точку пересечения с кривой реактивной проводимости снстеыы на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса теь В этой точке снова удовлетворяется условие (3.!2), на основании чего можно было бы, казалось, предположвть о существовании еще одного вида колебаннй генератора. Однако прн этом активная проводимость резонатора 0 оказывается настолько большой, что не может быть выполнено усло. вве стационарной амплитуды (3.2).
Вдобавок к этому вблнзв частоты тщ про. взводная — оказывается уже не положительной, а отрицательной Подобный ЫВ йт режим генератора является неустойчивым. В самом деле, прв любой малой флук. туацнн частоты +йт в колебательной снстеые появляется дополнительная от. рвцательная, т. е. нндуктавная реактивная проводимость. В результате этого частота продолжает сдвигаться в ту же сторону, пока не достигнет устойчивой точки т, (см. рвс 3.4, б).
Прн отрицательной флуктуации †происходит аналогичный перескок от частоты тез к частоте т,. Генерацвв на частоте тез не возникает. 6 3.3. РОЛЬ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ В РАБОТЕ ГЕНЕРАТОРОВ И УСИЛИТЕЛЕЙ СВЧ РЕЗОНАНСНОГО ТИПА а. Эквивалентная схема генераторов СВЧ е учетом вывода энергии В предыдущих разделах предполагалось, что нагрузка, на которую работает генератор или усилитель, остается постоянной. Но практически часто приходится сталкиваться со значительными изменениями нагрузки. Так, если генератор работает в радиолокационной станции на антенну, совершающую обзор пространства,. то за счет несовершенства вращающихся соединений и по другим причинам происходит пеиодическое изменение входного сопротивления антенного устройства.
меиения нагрузки возможны и при недостаточной развязке генератора; питакнцего измерительную установку, и т. д. При этом возникает вопрос, как влияют эти изменения на частоту и мощность генерируемых колебаний при неизменном постоянном токе, питающем прибор, или при неизменном постоянном напряжении. Другим важным вопросом является выбор оптимальной нагрузки при конструировании сверхвысокочастотных приборов.
Фактически. внешняя нагрузка связывается с прибором не непосредственно, а через четырехполюсник, обладающий в общем случае свойствами трансй рматора полных сопротивлений. Это устройство, называемое азмо. м энергии, большей частью является составной частью прибора и часто даже находится внутри вакуумной оболочки. Разработка вывода энергии требует учета влияния нагрузки на основные характеристики и параметры прибора. Вывод энергии по возможности не должен обладать активными потерями. Поэтому идеальный вывод энергии можно рассматривать как линейный четырехполюсник без потерь, трансформирующий полное 66 ~Г ) НУУ р З 'щ анар- уаарз- бб„ 1~ ~ сао бз„ ,.
' ', н и' с' бв' з ~'- ~~- — ' а а бытдноо заза полная лакая Ю А Я пРонагнаогнна Раггнонснаа баз нотарг знгнтронним снснмма потопом а) рис. З,б. Транс4юрмвпнн параметров вквивзлентной схемы прибора с резонвнсной колебательной системой рассматривалась выше на рис. 3.1. Для рассмотрения влияния изме-' нений нагрузки параметры эквивалентной схемы удобно трансформировать к <выходным зажимам» вг, как показано на рис. 3.5, б. Трансформированные проводимости резонатора 6' и В', а также электронного потока 6,', и В,'„получаются путем умножения соответствующих им проводимостей О, В, О,н и В „на коэффициент трансформации вывода энергии, зависящий от степени связи резонансной системы генератора с выходной линиейн. б.
Зааисимасть ггнгрируемоа мощиоаси от ироаоднмости нагрузки Рассмотрим вариант эквивалентной схемы, изображенный на рис. 3.5, б. Допустим, что зависимость трансформированной электронной проводимости О' от амплитуды колебаний У в сечении аг имеет вид, показанный на рис. 3.6, а. Тогда при фиксированной активной проводимости резонатора О' изменение активной проводимости нагрузки О„можно представить перемещением прямой (О„+ О') в вертикальном направлении параллельно прямой О' = сопз1. Генерируемая мощность Р„„, поступающая во внешнюю нагрузку, равна (3.18) где У е — амплитуда установившихся колебаний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
