Стр.102-201 (1152179), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Обозначая коэффициент усиления, соответствующий согласованию, через Кэ, получаем: Кэ= 20!к (5 34) 2((э )т(бэ+ бал, н, э) (бе+ бал. н. э) В режиме линейного усиления при малом сигнале, когда Х'с(; 1 и 7,(Х') ж —, коэффициент усиления К, имеет наибольшую воз- Х' можную величину и равен Кэ мак. 20 )а 4((э )е (Сэ+ Сэл. и, э) (Сэ+ бэл. н.
э) Х ) Уравнение (5.35) указывает, казалось бы, на возможность дости. жения сколь угодного высокого коэффициента усиления при увеличении угла пролета 6. С физической точки зрения это означало бы, что для повышения коэффициента усиления достаточно лишь соответственно увеличить длину трубы дрейфа з. В действительности же неограниченному увеличению Ка„,„, препятствует явление разгруппировки. Используя в уравнении (5.35) выражение (5.27), определяющее параметр группировки Х', с учетом волнового числа пространствен. ного заряда й, получаем: Ка макс — з)п (йз) Таким образом, при рассмотрении усилительных кл стропов можно говорить о двух режимах их работы — режиме аксимального усиления и режиме максимального к.
п. д. и максим)(льной выходной мощности. Подразделение на указанные режимы ч~сто используется при работе с другими усилительными приборами С Ч. 6. Коэффициент усиление даулреаоноторноа~ клистронн В соответствии с общим определением, прйведенным в 2 3.5, под коэффициентом усиления клистрона понимают выраженную в децибелах величину Хо $ сз 4 На практике ограничение предельного коэффициента усиления двухрезонаторного клистрона проявляется очень резко. Создать двухрезонаторный усилитель, обладающий коэффициентом усиления выше 1Π— 15 дб, обычно не удается.
Таким обр ом, условием достижения наибольшего усиления является Лз = -й- Оптимальная длина дрейфа з,„, равна одной четверти плазменной длииы волны: (5.36) в. Влияние расстройка вкодного и вг«годного ревонаторов. Рабочая полоса частот Частота колебаний, поступающих на выход клистрона в установившемся режиме, определяется только частотой входного сигнала. Поэтому любая расстройка резонаторов по отношению к частоте сигнала при неизменных прочих параметрах может влиять лишь на величину выходной мощности и на коэффициент усиления клистрона.
Наиболее просто рассмотреть влияние расстройки выходного резонатора, поскольку он не определяет режим группировки пучка. Обозначим нагруженную добротность выходного резонатора в «горячем» режиме, т. е. в присутствии электронного потока, через Я,'. Если частота усиливаемого сигнала равна т и расстройка невелика, то по уравнению нагруженной добротности (3.13) реактивная проводимость резонатора составляет 2'02 то» где т⻠— собственная частота выходного резонатора. Через «г„,„, обозначена суммарная активная проводимость в сечении выходного зазора, равная в рассматриваемом случае 2»2 + 6„,„2 + 6„'.
Воспользуемся уравнением (5.32), определяющим выходную мощность клистрона. Положим для простоты, что реактивная проводимость нагрузки В„' равна нулю. Подставляя в (5.32) величины В, и 0„„„, получаем: Вйолн ~1+ он ~ — ) тог Если прочие параметры, в том числе входная СВЧ мощность и параметр группировки Х, остаются неизменными, то максимум выбт ходной мощности и коэффициента усиления получается при — = О. т02 Обозначая выходную мощность при бч = 0 через со,„„„имеем: (5. 3?) 1+ 4Е.' ~ — ) 147 Уравнение (5.37) показывает, что выходная мощность клистрона резко падает при расстройке выходного резонатора~~о отношению к частоте сигнала, или, что то же, в случае изменения, астоты сигнала при неизменной настройке выходного резонатора (см.
рис. 5.8, 6). Такой же характер имеет зависимость коэффицие а усиления от ча. стоты, носящая название амплитудно-частотн~й характеристики. Чем ниже «горячая» нагруженная добротность Яв, тем менее критична настройка выходного резонатора. Ьв Уравнение (5.37) позволяет найти полосу частот клистрона »ов определяемую его выходным резонатором. Принимая для оценки полосы уровень спада коэффициента усиления на 3 дб (см. й 3.5, б), следует голожитьс Р... = 2 Р,„,. Поскольку величина бт, входящая в (5.37), отсчитывается в одну сторону от средней частоты твв, раба.
чая полоса частот Лт равна 2бт. Очевидные преобразования дают: Ья 1 (5.38) е' Для расширения полосы оказывается необходимым снижать ве. личину 9„', увеличивая связь с выходным трактом при неизменной величине Я„т. е. снижая внешнюю добротность 1~,«. Следует иметь в виду, однако, что уменьшение величины !ч„приводит к увеличению активной проводимости нагрузки 6„', трансформированной к сечению зазора!см. (3.1?)). При этом перестает выполняться упоминавшееся условие оптимальной нагрузки, в результате чего снижается выходная мощность и падает коэффициент усиления на резонансной частоте.
Отсюда видно, что получить значительную полосу частот путем резкого снижения величины Я„' выходного резонатора можно ценой снижения коэффициента усиления и к. п. д. Произведение коэффициента усиления на полосу частот остается практически неизменным. Несколько иным оказывается влияние расстройки входного резонатора клисгрона по отношению к частоте сигнала. Изменение резонансной частоты тм первого резонатора при т = сопз1 приводит к изменению входной проводимости резонатора и к отражению части мощности входного сигнала.
Рассматривая схему, изображенную на рис. 5.7, а, нетрудно показать, что мощность, поступающая в первый резонатор, определяется уравнением р рвх. в !+'«вв ~ где Я,„— внешняя добротность рассматриваемого резонатора, бт = е я — т„и Р,„, — мощность, поступающая в первый резонатор при согласовании йа резонансной частоте (при КСВ, равном единице). Уравнение (5.39) показывает, что расстройка входного резонатора при неизменной мощности входного сигнала Р„, эквивалентна уменьшению входной мощности. Для дальнейших рассуждений мож.
но использовать результаты расчета, приведенного в 3 5.3, а. График й б 4. ггВУХРоЗОИДтОРИЫс КЛИСТРОИИЫс ГВИЕРДТОРЫ и рййиожитыи частоты а. Основные свойства двунрезонаторного нлистронного генератора Устройство двухрезонаторного клистронного генератора схематически показано на рис. 5.9. Основным отличием этой схемы от клистронного усилителя (рис. 5.1, а) является присутствие элементов Лгегеглща Мед нергии идод реви и, д) пе а) Рис. 5.9.
Лвухконтурный клистронный генератор с коаксиальной линией обратной связи ОС (а) и с отверстием связи в общей стенке резонаторов, (б) обратной связи. В конструктивном отношении элементы обратной связи могут быть похожи на устройства, описанные в 9 4.4,в для слу- чая триодного генератора с общей сеткой. бт зависимости „, = г( — ) оказывается похожим на рис. 5.8, б и имеет нег максимум на чдстоте т = тм. Можно удостовериться, однако, что при большой величине параметра Х на частоте т = тзт эта кривая может иметь двугорбую форму, симметричную относительно точки бт = О.
Проведенный анализ показывает, что при использовании двухрезонаторных клистронных усилителей необходимо производить тщательную настройку обоих резонаторов. При реально осуществимых значениях добротностей полых резонаторов рабочая полоса частот очень невелика и обычно не превышает долей процента от средней частоты. Этот недостаток, наряду с недостаточно высоким коэффициентом усиления, в значительной мере ограничивает возможности применения двухрезонаторных клистронных усилителей. Тем не менее, эти приборы находят некоторое применение в диапазоне сантиметровых волн, где они позволяют получать в непрерывном режиме выходные мощности порядка единиц или десятков ватт. Пример параметров одного из усилительных двухрезонаторных клистронов приводится в 9 5.6 (см.
табл. 5.2). Присутствие обратной связи приводит к тому, что а колебаннй в выходном резонаторе должна находиться в определенном соотношении с фазой колебаний во входном резонаторе. Это и определяет основное фазовое условие самовозбуждения двухрезонаторного клистрона. На рис.
5.10 построены графики напряжений на входном и выходном зазорах клистрона; через ср обозначен сдвиг фаз, определяемый устройством обратной связи. Электронные сгустки образуются относительно электронов, прошедших центр первого зазора в момент пе- Неккор Ускоря Горное Ускоря Горло рис. 5.10. Оптимальные углы пролета а пространстпе дрейфа даухреаонаторного нлистронного гене- ратора рехода поля от тормозящего к ускоряющему. Для отдачи максимальной энергии сгустки должны проходить выходной зазор в момент максимального тормозящего поля.
Из рис. 5.10 видно, что оптимальный угол пролета в пространстве дрейфа должен составлять 3 6,„, = — и — <р„+ 2ии; и = О, 1, 2, .„ 2 3 Х ~опт — 2и (и + ) яр 4 ос ( 5.40) Подставляя эту величину в (5.40), получаем: $ —. 2е — и„„, Уравнение (5.41) сходно по смыслу с рассматривавшимися в гл.
2 фазовыми условиями самовозбуждения других приборов СВЧ вЂ” монотрона и генератора тормозящего поля. Это уравнение при фиксиро- + ср„=- 2и ( и + — ) С другой стороны, угол дрейфа 6 согласно принятым выше обозначениям равен Б) 1)й 1о1 ванной величине и приводится к знакомому виду Хз(/о = сопз1. Через (/о,„, в (5.41) обозначено оптимальное анодное (ускоряющее) напр яжение, при котором сгустки попадают в максимальное тормозящее поле выходного зазора; генерируемая мощность проходит при этом через максимум. Таким образом, при изменении напряжения Уо должен наблюдаться ряд дискретных зон генерации, соответствующих целочисленным значениям п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
