Стр.102-201 (1152179), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

В промежутках между зонами генерируемая мощность падает до нуля, как показано на рис. 5.11, а. Последнее обстоятельство легко понять из рис. 5.10: электронные сгустки попадают в этом случае в выход юй зазор клист- 'н" н рона в моменты ускоряющего ! высокочастотного поля. ! Номер зоны генерации п тем ! выше, чем больше время пролета электронных сгустков в трубе дрейфа.

Зона генерации п = 0 о о) является крайней со стороны вы- р ! сокнх ускоряющих напряжений. Особенностью двухрезонаторного клистрона является существование двух видов колебаний резонаторной системы с близко расположенными резонансными частотами тощ и «зо . В самом Рис Б.11. Измеиеиие генерируемой мощделе, всякая система, состоящая ности и частоты двухрезоиаториогоили- строииого генератора в зависимости от из Л/ связанных контуров, имеет ускоряющего напряжения; в общем случае ГзГ видов колеба а — при слабой связи между резонаторами; бний при условии, что каждый при сильной связи контур (резонатор) возбуждается только на одном виде колебаний. При идентичности резонаторов эти виды колебаний отличаются фазой поля в каждом из резонаторов.

Поэтому уравнение (5.41) фактически распадается на два уравнения, имеющих одинаковую форму, но отличающихся друг от друга величиной резонансной частоты ыщ или ввоз. Области (зоны) генерации двухрезонаторного клнстрона оказываются в общем случае двойными, т. е. для каждого значения и существуют два оптимальных значения ускоряющего напряжения. В зависимости от степени связи между резонаторами зоны генерации могут иметь форму, качественно показанную на рис. 5.11, а, б. В пределах каждой двойной зоны происходит изменение частоты— электронная настройка. С физической точки зрения электронная настройка клистронного автогенератора объясняется изменением фазы наведенного тока в выходном зазоре при изменении ускоряющего напряжения Уо. Не останавливаясь на расчетах, укажем лишь, что величина электронной настройки двухрезонаторных клистронов невелика.

Так, при частоте 3 Ггц (зь = 10 он) типичные клистроны имеют диапазон электронной настройки порядка нескольких мегагерц. Изме- нение частоты обычно не превышает десятка килогерц на один вольт ускоряющего напряжения. Существенным недостатком электронной настройки в двухрезонаторных клистронах является потребление значительной мощности от источника напряжения, с помощью которого может производиться изменение частоты.

Большого практического значения этот тип электронной настройки не имеет. Максимальная выходная мощность и полный к. п. д. двухрезо. наторных генераторов имеют такой же порядок, что н в случае двухрезонаторных усилителей. Поэтому использовать двухрезонаторные клистроны для получения весьма высокой мощности оказывается нецелесообразным в сравнении, например, с многорезонаторными клистронами, магнетронами и некоторыми другими приборами, имеющими более высокий к.

п. д. Двухрезонаторные клнстроны ввиду сравнительной сложности нх конструкции и настройки не могут конкурировать и с отражательными клистронами в качестве измерительного генератора или гетеродина. Тем не менее, двухрезонаторные клистронные генераторы удается использовать в качестве генераторов накачки для параметрических усилителей, а также в роли передатчиков радиорелейных и допплеровских систем с выходной мощностью порядка единиц или десятков ватт. Достоинствами двухрезонаторных клистронов являются сравнительно высокая долговременная стабильность частоты, низкий уровень шумов вблизи генерируемой частоты, а также повышенный уровень мощности в сравнении, например, с отражательными клистронами, рассматриваемыми в з 5.7. 6. Двукреэонаторные кеиетронн — умноэеитеаи еоетотм Конвекционный ток двухрезонаторного клистрона имеет острые пики и богат высшими гармониками.

Поэтому клистрон может быть с успехом использован не только в роли усилителя и генератора, но и в качестве умножителя частоты. Принципиальная схема двухрезонаторного клистронного умножителя частоты показана на рис. 5.12. Второй резонатор имеет значительно меньшие размеры, чем первый резонатор, и настраивается на частоту, в и раз более высокую, чем входной резонатор. Для получения более компактной конструкции входного резонатора иногда прибегают к увеличению сосредоточенной «укорачивающей» емкости в первом резонаторе. Прочие детали конструкции сходны с конструкцией обычного двухрезонаторного клистронного усилителя.

Как было показано в з 5.2, теоретический к. п. д. двухрезонаторного клистрона очень медленно убывает при работе на более высоких гармониках. Оптимальные значения параметра группировки Х для режима умножения частоты лежат в пределах 1,84) Х > 1. Чем выше коэффициет умножения частоты, тем больше величина Х приближается к единице. С физической точки зрения это объясняется тем, что для получения наибольшей амплитуды наведенного тока на и-й гармонике необходимо уменьшать расстояние между двумя пиками конвекционного электронного тока (см. рис. 5.5).

Однако эти пики не должны сливаться в один пик, что имеет место при Х 1. 162 Как показывает график бесселевых функций У„(лХ) (рис. 5.6), при умножении частоты оптимальная величина параметра Х значительно более критична, чем в случае усиления на основной гармонике. Это означает, что клистронный умножитель частоты обладает повышенной чувствительностью к изменениям входной мощности и к расстройке входного резонатора, а также к изменению ускоряющего напряжения. Одной из принципиальных особенностей умножителя частоты является значительное увеличение мощности, потребляемой на входе, в сравнении с клистроииым усилителем, имеющим такую же выходную частоту и одинаковую выходную мощность.

Это явление может быть качественно объяснено следующим образом. Оставляя неизменной частоту выходного сигнала в„бу- ьиод дем скачками уменьшать частоту входного сигнала в„ равную †'. Тогда параметр груп- п ' пировки, равный О)1 Бч1 (О~ 501 чо " "0 начинает быстро падать. Падение величины Х может быть компенсировано либо увеличе- р З, д вием длины дрейфа з, либо повышением ве- а дя тр з уц личины о, и, следовательно, входной мощ- житель чзстотй ности. Первый путь резко ограничен действием разгруппировки. Влияние электростатического расталкивания особенно сильно проявляется в тех участках электронного пучка, где образуются наибольшие уплотнения, соответствующие пикам конвекционного тока. Острые пики начинают сглаживаться, что в первую очередь влияет на содержание высших гармоник, Поэтому в умиожителях частоты приходится ие увеличивать, а несколько уменьшать длину дрейфа.

Следовательно, для получения требуемого режима группировки остается лишь повышать входную мощность. Поскольку величина и, должна увеличиваться примерно пропорционально п, необходимое повышение входной мощности пропорциоиально л'. Необходимо отметить, что проведенные рассуждения имеют лишь ориентировочный характер, поскольку при большой амплитуде груп- пирующего напряжения использованная здесь простейшая теория перестает быть справедливой.

Однако опыт в основном подтверждает выводы, сделанные о работе умножителей частоты. Клистронные умножители частоты не открывают принципиально новых возможностей в генерироваиии наиболее коротких волн в сравнении с рассматривавшимися до сих пор типами электронных приборов.

Действительно, в клистроиных умножителях сохраняются все ограничения, присущие пролетным клистронам и другим приборам с резонансными колебательными системами, основанным на кратковременном взаимодействии поля с электронным потоком. Основной об- ластью применения клистронных умножителей частоты являются системы СВЧ, где требуется весьма высокая стабильность частоты. Пользуясь клистронами, можно получить колебания в сантиметровом и более коротковолновом диапазонах волн от источника колебаний более низкой частоты, стабилизированного кварцем или другим аы.

Характеристики

Список файлов книги