Стр.102-201 (1152179), страница 18
Текст из файла (страница 18)
обеспечивать тез ) ое. В действительности при расстройке резонатора происходит не только изменение угла ф, но н уменьшение амплитуды напряжения су„так как полная проводимость резонатора быстро растет с увеличением расстройки. уменьшение (уз приводит к снижению параметра Х„, что вызывает падение величины Х' [см. (5.59)!. Опуская расчеты, можно сделать вывод о существовании некоторой оптимальной расстройки второго резонатора, при которой величина Х' и полное усиление клистрона максимальны. На рис. 5.18 качественно показано изменение параметра Х' в зависимости от величины расстройки — = '* . Прй отрицательной т т расстройке наблюдается минимум Х' и последующий асимптотический рост параметра Х' к величине, близкой к Х„.
К этому же пределу асимптотически стремится величина Х'прн большой положительной расстройке второго резонатора. Чем меньше входной сигнал и чем меньше параметр Х,„, тем слабее непосредственное влияние угла гр и тем меньше должна быть расстройка. При очень малом входном сигнале группировка определяется почти исключительно параметром Х.„; второй резонатор должен быть настроен практически точно иа рабочую частоту. Такой режим носит название синхронной настройки. При большом входном сигнале оптимальная расстройка становится более значительной. Однако и в этом случае требуемая величина расстройкн оказывается очень небольшой (десятые доли процента), так как промежуточный резонатор не связан с внешней нагрузкой и даже с учетом электронной нагрузки имеет высокую добротность— порядка 1000 и более.
Недостатком синхронного режима многорезонаторных клистронов является очень узкая мгновенная полоса частот, которая составляет обычно лишь несколько мегагерц. Для устранения этого недостатка идут по пути дополнительной расстройки промежуточных резонаторов в обе стороны от средней частоты подобно тому, как это делается при конструировании полосовых усилителей промежуточной частоты. Увеличивая число резонаторов клистрона и подбирая их расстройку по отношению к средней частоте полосы, удается ценой отказа от достижения максимального возможного коэффициента усиления добиться расширения рабочей полосы до нескольких процентов от средней частоты. Однако предпоследний резонатор клистрона и в этом случае желательно настраивать на частоту, превышающую частоту сигнала, чтобы получить хорошо сформированные электронные сгустки и достичь более высокого к.
п. д. Рабочая полоса частот клистрона ограничивается также нагруженной добротностью выходного резонатора (см. э" 5.3, в). Если предшествующие резонаторы, которые образуют сложный группирователь, за счет расстройки обеспечивают работу в сравнительно широкой полосе (5 — 10% от средней частоты и более), то для реализации этой полосы в соответствии с уравнением (5.38) может потребоваться нагруженная добротность выходного резонатора Я„' порядка 1Π— 20 и ниже. Для того чтобы снижение Я„' не приводило к уменьшению эффективности отбора энергии от электронного потока (см.
р 2.4), необходимо увеличивать отношение —, или, иначе говоря, обеспечивать га и, возможно более высокий первеанс электронного потока". При неизменных прочих параметрах достижимая рабочая полоса частот клистрона увеличивается приблизительно пропорционально величине первеанса. Повышение первеанса целесообразно также с точки зрения снижения ускоряющего напряжения при заданной величине выходной мощности. Другим путем расширения рабочей полосы частот является применение в выходном устройстве клистрона не одного, а двух или большего числа связанных резонаторов.
Наконец, возможен полный отказ от использования выходных резонансных устройств и создание многорезонаторных клистронов, у которых роль выходного устройства играет нерезонансный отрезок замедляющей системы. Подобные «гибридные» приборы, получившие название твистронов, имеют много общего с мощными лампами бегущей волны типа О (см. гл. 6). " Поя первеансом понимается коэффициент й, связывающий ток пучка с ускоряющим напряженнем уравнением степени Зг2, т. е. й = 1 11а 5. Часто пользуются также понятием микропервеанса, равного й ° 1Оа. д. Прочие оонроем иноеорезоноторнмх «ниетроноо Остановимся сначала на зависимости выходной мощности и коэффициента усиления от мощности входного сигнала. Если постепенно увеличивать входную мощность, начиная с нуля, подстраивая промежуточный резонатор иа максимальный выходной сигнал, то величина параметра Х„сначала очень мала, В 9 5.5, б было показано, что при Х„« 1 каскадный клистрон обладает такими же свойствами, как двухрезонаторный клистрон, но имеет значительно более высокий коэффициент усиления.
Следовательно, в начальном участке характеристика Р,„„= )(Р„) качественно не отличается от кривой, показанной на рис. 5.8, а. Однако крутизна линейного участка этой характеристики значительно выше, з е чем в случае аналогичного двухрезона- Ъ торного клистрона. Отклонение от свойств двухрезона- ~1 торных клистронов начинается при боль- 1 шой величине входного сигнала, когда 1 1 проявляется специфическое для каскад- ! ных клистронов повышение амплитуды первой гармоники тока. В результате 1 1 выходная мощность не падает, как отмечалось ранее для двухрезонаторных кли- Юе стропов, а продолжает медленно расти.
Соответствующий график приведен иа рис. 5.19. Пологий максимум, соответствующий режиму максимальной выходной мощности, определяется оптимальными условиями каскадной группировки. Таким образом, подобно двухрезонаторным клистронам каскадные клистроны могут работать в двух характерных режимах — линейном режиме максимального усиления и нелинейном режиме максимальной мощности и максимального к. п.
д. В многорезонаторных клистронах различие между ними проявляется еще более резко. «Насыщение»„ наблюдаемое на графике Р,„„= )(Р,„), способствует ограничению амплитудной модуляции при использовании клистрона в качестве усилителей частотно-модулированных колебаний.
Большинство прочих характеристик каскадных клистронов в принципе не отличается от зависимостей, типичных для двухрезонаторных усилителей. Многорезонаторные пролетные клистроиы обладают свойствами, способствующими получению весьма высоких выходных мощностей: 1) выделение катода из состава высокочастотной цепи, благодаря чему отсутствуют ограничения, проявляющиеся в триодах, тетродах и магнетроиах; 2) независимое расположение коллектора электронов от высокочастотной цепи, что также устраняет многие затруднения, связанные с рассеянием большой мощности; !вт 3) почти неограниченная возможность повышения ускоряющего напряжения.
Достижению высокой мощности способствует повышение к. п. д. при каскадной группировке Наконец, надо иметь в виду важные эксплуатационные преимущества, присущие всем усилителям в сравнении с автогенераторами (стабильность частоты и фазы, возможность простой синхронизации и параллельной работы многих усилителей). Многорезонаторные клистроны получили основное развитие в качестве усилителей средней, высокой и сверхвысокой мощности, предназначенных для выходных ступеней радиолокационных передатчиков, а также передатчиков в телевизионных устройствах и в системах дальней связи, использующих тропосферное рассеяние радиоволн.
Импульсные клистроны, обладающие весьма высокой мощностью, нашли применение также в атомной физике для питания линейных ускорителей. э 66, ТИПИЧНЪ|Е КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРЫ ПРОЛЕТНЫХ КЛИСТРОНОВ Разработка мощных усилительных клистронов требует решения ряда сложных проблем, в числе которых: 1) получение и формирование мощного прямолинейного электронного пучка, который должен с возможно меньшими потерями проходить поочередно через несколько зазоров и дрейфовых промежутков; 2) обеспечение электрической прочности междуэлектродных промежутков и изоляторов при весьма высоких ускоряющих напряжениях; 3) рассеяние высокой средней мощности на коллекторе; 4) вывод большой мощности из последнего резонатора клистрона; 5) создание полых резонаторов с механизмом настройки, удовлетворяющим работе при высокой мощности.
При конструировании многорезонаторных клистронов возникает проблема выбора между внуаренней и внешней конструкциями полых резонаторов, обсуждавшаяся в связи с конструированием триодов и тетродов СВЧ (см. З 4.5, а). Клнстроны дециметрового диапазона, работающие в непрерывном режиме, нередко делаются со съемными призматическими волноводиыми резонаторами, находящимися в невакуумной части прибора. Конструкция такого клистрона схематически показана на рис.
5.20, а. Герметизация осуществляется здесь с помощью диэлектрических труб, изготавливаемых из керамики и охватывающих вакуумную часть резонатора и цилиндрический бессеточпый высокочастотный зазор. В мощных импульсных клистронах, работающих в 1О-см диапазоне длин волн и на более высоких частотах, применяются в основном внутренние конструкции полых призматических бессеточных резонаторов, целиком расположенных в пределах вакуумной оболочки прибора. Роль вакуумной оболочки играют металлические стенки полых резонаторов и труб дрейфа. Схема такого устройства показана на рис. 5.20, б.
Настройка резонаторов ведется в этом случае !бз поршнями или плунжерами, перемещаемыми без нарушения вакуу. ма с помощью сильфонов. Следует заметить, что многие современные клистроны имеют фиксированную полосу частот и не перестраиваются в процессе эксплуатации. В таких случаях настройка производится лишь при выпуске клистрона заводом-изготовителем. Расстояние между центрами резонаторов, как и в двухрезонаторных клистронах, должно быть близко к четверти плазменной длины волны электронного пучка. Для учета действия проводящих стенок Рис. 5.20 Схема устройства мощных усилительных трехрезонаторных клнстронов с внешними (а) и внутренними (б) полыми резонаторами Фокусирующие катушки н другие второстепенные детали не показаны: ! — кагод; у, 3, 4 — входной, нромеыузочный и выходной резонатор», 5 — коллектор! и — нролетные трубы; У вЂ” механизм настройки в невакуумчой части резонатора,  †механи настройки в вакуумной части; У вЂ керамическ трубы, !Π— входное оюю; г! †выходн «баночное» окно пролетной трубы можно в первом приближении воспользоваться коэффициентом редукции плазменной частоты, рассмотренным в $ 2.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
