Стр.102-201 (1152179), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При увеличении числа резонаторов величина к. и. д. может быть еще более высокой за счет улучшения группирования и приближения амплитуды конвекционного тока, поступающего в выходной резонатор, к теоретическому пределу, равному 21, (см. Ч 2.4)**. ' С учетом конечного угла пролета в выходном зазоре оптимальная амплигуда напряжения составляет (1,2-:53) (Уе Для сравнения укажем, что амплигуда напряжения на зазоре предпоследнего резонатора составляет (0,3- —:О4) иа.
'* Напомним, что при больших амплитудах напряжения на предыдуших зазорах электроны, поступаюшне в выходной зазор, могут иметь заметно разлн. чаюшиеся скорости. Для получения максимального к. п. д, желательно, чтобы этот разброс скоростей был возможно меньше. !б! зк аов На рис 5.16 показана расчетная зависимость фазы прибытия электрона в третий резонатор от фазы прохождения того же электрона чйрез центр первого зазора. Параметр группирования Х' н фазовый угол >Р между наведенным током и напряжением на промежуточном резонаторе приняты здесь равными соответственно 2 и + — (см. ниже) Через у обозначена величина Хзз>(зз/2 Х'. Особенностью графика на рис. 5.16 в сравнении с рис.
5.2 является то, что кривая фазы прибытия пересекает ось абсцисс не при двух, а прн четырех конечных значе«о1»-(В, +З,) ниях фазы о>г',. Многие электроны, являющиеся «неблагоприятными» при обычной группировке, здесь «улучшают» свою фазу и отдают энергию в выходном резонаторе. Такая зависимость является типичной при скоростной модуляции в присутствии второй гармоники.
Для сравнения штрих-пунктире ной ломаной линией построена диаграмма, соответствующая полной (идеальной) группировке по закону 5-функции. Как видно из рис 5.16 и 5.2, каскадная группировка в большей степени приближается к идеальному режиму, чем группировка в двухрезонаторном клистроне. Улучшение электронной груп- пировки в многорезонаторных клиРнс. 6Л6. График завнсныостн фазы стропах можно трактовать как реп) о от фазы и хождения че ез рнбытнн электрона в тРетий Резо- ЗуЛЬтат дЕйетВИя НЕКОтпрОГО НЕСИ- пер ый резонатор и рн каскадной груп- %-"'"" "*"""'-" ' оР о фазы пРохожденнн ч'Р'з нусоидального напряжения, налопнровке (сы.
Рнс. 6.2) женного на входной зазор в обыч- ной двухконтурной системе. Это напряжение как бы приближается по форме к идеальному пилообразному напряжению, рассмотренному в 6 2.8, д. Дальнейшее повышение к. п. д. многорезонаторных клнстронов может быть достигнуто аа счет Рекуперативного торможения электройвв на коллекторе. Представим выражение электронного к. п. д. в виде (5.61) Ро Раых+ Раас«.
колл+ Раас« где Р, — мощность, подводимая к прибору от источников постоянного напряжения; Рр„, „,„„и Р'р„, — мощности, рассеиваемые электронами в виде тепла соответственно на коллекторе н на стенках пролетных труб и зазоров (мощностью накала катода пренебрегаем). Уравнение (5.61) указывает на принципиальную возможность существенного йовышения к. п. д. при условии снижения мощности 162 Рр*сс, колл (Обычно 1 раса « 1 расс, вола) Даже ЕСли В выхОДиом зазоРе происходит лишь частичный отбор энергии от электронного потока. С физической точки зрения для этого необходимо, чтобы электроны приближались к коллектору со скоростью, стремящейся к нулю. Снижение скорости электронов может быть осуществлено постоянным тормозящим электрическим полем в области между резонаторной системой и коллектором. На коллектор следует подать более низкое постоянное напряжение У„„, по отношению к катоду, чем на резонаторную систему, как показано на рис.
5.17. Таким образом, энергия электронов, полученная от источника питания и не использованная в выходном зазоре, возвращается (рекуперируется) в источник питающего по- -~, - д сюянного напряжения*. Подводимая мощность Р, равна сумме мощностей, получаемых от источников постоянных напряжений У, и У„,„,,: Р,=У,1;+У„,, 1„,.„ где 1,' — постоянный ток в цепи резонаторной системы и 1„„, — ток в цепи коллектора. Таким образом, выражение (5.61) для электронного к. и. д. при рекуперации можно записать также в виде Рнс. 3.!т.
Схема одноступен- чал Уа ге чатой рекупераиии путем пон имел, ренупер Уа 1о+ Унолл !колл жения постоянного напряже- ния на коллекторе клнстрона (5.61а) (ср. рнс. 3.13, б) У„1!У если обеспечено 1,' (( 1„„„. Через т)а здесь обозначен электронный к. п.
д, при отсутствии рекуперации, т. е. при Уно = У . Отношение напряжений — "' " может быть сделано тем меньше, чем больше скорость электронов, выходящих из резонаторной системы, и чем ниже величина Ч„. Предел понижения потенциала коллектора ставит отбрасывание электронов от коллектора. В действительности же электроны, вышедшие из последнего зазора, где они отдали СВЧ полю значительную часть своей кинетической энергии, имеют различные скорости.
Поэтому в идеальном случае необходимо секционировать коллектор и подавать на секции различные постоянные напряжения по отношению к катоду. Электроны, имеющие наибольшие скорости, должны оседать на секции, потенциал которой является наиболее отрицательным. Преимуществом рекуперации, кроме повышения к. п, д., являются облегчение условий охлаждения коллектора и снижение требований к стабилизации наиболее мощного источника питаихцего напряжения У„„л (рис. 5.17).
* Можно провести аналогию с рекуперативным торможением, испольэуемым в электрической тяге, достигаемым путем перевода электродвигателя в генераториый режим. 163 Секционирование коллектора (многоступенчатая рекуперация) применяется редко, так как оно усложняет конструкцию прибора и схему питания. Понижение потенциала коллектора связано и с другими трудностями ввиду того, что часть электронов, имеющих наименьшие скорости, может, не оседая на коллекторе, возвращаться в пролетный канал резоиаторной системы.
Эти электроны, а также вторичные электроны, выбиваемые из коллектора, могут являться причиной самовозбуждеиия, нестабильности усиления и некоторого снижения к. п. д. Практически в современных клистронах при одноступенчатой рекуперации удается понижать напряжение коллектора У„с„не более чем на 20% по отношению к ускоряющему напряжению Уе. Выигрыш в к. п. д. получается при этом незначительным. Тем не менее, рекуперация представляет интерес, особенно в случаях, когда эффективность взаимодействия электронов с СВЧ полем недостаточно велика. Этот метод пригоден и для других типов приборов СВЧ, в первую очередь для ламп бегущей волны типа О, рассматриваемых в гл. 6.
е. Влияние настройки рееонаторов на работу многоревонаторного клистрона. Рабочая иолоса частот Расстройка выходного резонатора многорезонаторных клистронов не влияет на процесс группирования пучка. Выводы, которые были сделаны в 2 5.3, в, справедливы и в случае каскадных клистронов, Влияние расстройки входною резонатора сводится, как и в случае двухрезонаторного клистрона, к отражению части входной мощности и к изменению напряжения на первом зазоре. Следовательно, этот вопрос можно заменить рассмотрением зависимости коэффициента усиления и выходной мощности клистрона от величины входной мощности. Более специфичным является влияние настройки промежуточных резонаторов. Обратимся к роли настройки второго резонатора в трехрезонаторном клистроне. Изменение резонансной частоты второго резонатора тее по отношению к частоте усиливаемого сигнала т влияет на фазовый угол ер между наведенным током и напряжением на зазоре, созданным в результате протекания наведенноготока(см.
рис. 5.15). Расстройка промежуточного резонатора изменяет величину <р в пределах от — до 2 + — и, таким образом, сильно влияет на процесс группировки. Процесс расстройки резонатора можно наглядно представить смещением синусоиды и,(1) в обе стороны по отношению к моменту прихода сгустка, не зависящему, разумеется„от перестройки второго резонатора. Рассмотрим качественно изменение эффективного параметра группировки Х' з режиме малого входного сигнала в зависимости от угла ер. Из рис.
5.15 видно, что при ~р = + — центр электронного сгустка попадает во второй зазор в момент перехода поля от тормозящего к 164 Рнс. 8,18. Влиинне расстройки промежуточного резонатора трехрезона. торного клистрона на величину эффективного параметра группированик Х' * Чтобы прийти к такому выводу, следует вспомнить зависимость реак. гиеной проводимости параллельного резонансного контура от частоты. Функции В = 1(т) вблизи резонансной частоты имеет линейный характер с переходом йВ через нуль и с положительной производной —, ат ' ускоряющему.
Следовательно, под действием поля второго резонатора дополнительная группировка должна произойти относительно прежнего центра сгустка; результирующая скоростная модуляция возрастает. Если же <р = †",тодействне второго резонатора направлено на разгруппировку первоначального сгустка и на образование сгустка со сдвигом по фазе на и.
Таким образом, для увеличения эффективного параметра группировки, если бы величина Х„оставалась неизменной, следовало бы работать при расстройке резонатора, которая обеспечивает гр ж ж + —. К такому же выводу можно прийти 2 ' д' ' и из более формальных соображений, ана- рллганал„ лизируя уравнение (5.59). расстраекп Для того чтобы получить напряжение, 3 Л опережающее ток на угол ~р = + —, прово- 2 ' 'димость резонатора должна иметь индуктивный характер. Следовательно, промежу- — ------' 4-— точный резонатор клистрона желательно рас- ! ли страивать в сторону более вьиоких частот, р оер/а т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
