Стр.102-201 (1152179), страница 22
Текст из файла (страница 22)
условие (5.87), определяющее угол пролета в центре зоны, и пренебрегая углом пролета 6 в высокочастотном зазоре, получаем: (5.93) и (л+ — ) з Ху, (Х! (5.94) и (л+ — ) Величины Р, и т), т зависят от произведения Хз,(Х). График функции Х7,<Х) приведен пунктиром на рис. 5.28. Эта функция достигает максимума при Х ж 2,41.
Таким образом, максимальный электронный к. п. д. отражательного клистрона для зон с различными номерами л по (5.94) равен 2,4!l (2,4!) 0,39З т)ол.макс и (л+ — ) к+в Вычисления максимального электронного к. п. д. по уравнению (5.95) дают следующие результаты: о 7 з от тол. макс. о 53,1 22,7 !4,5 !О,б 5,1 При использовании полученных уравнений, однако, следует соблюдать некоторую осторожность, поскольку вся теория построена на предположении У, (( Уо.
Проверим, как выполняется это условие для различных зон генерации. Вычислим амплитуду У„соответствующую найденной оптимальной величине параметра группировки. Из уравнения (5.82) при Х = 2,41 имеем: у О 7бтыо 1= л!( + — ) (5.96) ' Во всяком случае, для того, чтобы электроны не останавливались и не изменяли направления движения при второл~ прохождении через бесконечно узкий зазор, необходимо: !l, с, !7о~2. В «нулевой» зоне при использовании данной теории не выполняется и это очевидное физическое требование.
1ЗЗ В случае М= 1 уравнение (5.96) дает для «нулевой» зоны (л = О) величину Ут, равную 1,02 Уо. Этот результат, конечно, несовместим с исходными допущениями о малости амплитуды переменного напряжения в сравнении с постоянным ускоряющим напряжением". При л = 3 амплитуда У„ вычисленная по (5.96), должна быть равна 0,204 У,; при п = 6 имеем: У, = 0,113 У,. Таким образом, данная теория не может быть полностью применена при п = Оа. Погрешность теории уменьшается при увеличении п. Проведенные расчеты показывают две особенности работы отражательных клистронов. В отличие от пролетных клистронов, электронный к. и.
д. отражательных клистронов в различных зонах оказывается неодинаковым и уменьшается с ростом номера зоны п. Соответственно этому чем меньше по абсолютной величине напряжение на отражателе, тем ниже мощность, генерируемая клистроном в центре зоны (см. рис. 5.27). Палее, максимальный электронный к. п. д. отражательных клистронов оказывается значительно ниже, чем у пролетных клистронов (ориентироваться на сравнительно высокий к. п. д. в «нулевой» зоне отражательного клистрона нельзя по указанным причинам).
Такой результат ие является неожиданным с физической точки зрения. Основной причиной малого электронного к. п. д. является то, что скоростная модуляция электронного пучка и отбор энергии производятся одним и тем же зазором и, следовательно, при одном и том же напряжении.
Прн большом угле пролета 6 амплитуда модулирующего напряжения Ут должна быть малой и уменьшаться с ростом и, что неизбежно приводит к уменьшению колебательной мощности даже при оптимальном режиме группировки. Кроме режима максимального электронного к. п. д. и максимальной электронной мощности, характеризуемого условием Х = 2,41, можно рассмотреть режим максимального полного к. п. д.
т)„, „. Величина т)„,„определяется, как обычно, произведением электронного и «контурного» к. п. д. с учетом потерь в резонаторе, Можно показать, что величина параметра группировки Х, обеспечивающая максимУм «1воан, немного отличаетсЯ от найденного оптимального значения и в зависимости от активной проводимости резонатора клистрона лежит в пределах 2,41 ) Х )~ 1,84. В проведенном анализе не учитывалось снижение к.
п. д. за счет оседания электронов на сетках клистрона при первом и втором прохождениях через резонатор. Практически с учетом оседания электронов, СВЧ потерь в резонаторной системе и других факторов полный к. п. д. даже в «оптимальной»зоне генерации обычно не превышает !в Зее. Поэтому отражательные клистроны не могут разрабатываться в качестве генераторов высокой мощности. Тепловой режим таких приборов был бы недопустимо тяжелым, даже если можно было мириться с большим потреблением энергии от источника питания. Низкая величина полного к. п.
д. не является, однако, препятствием для широкого применения отражательных клистронов в качестве маломощных источников колебаний СВЧ вЂ” гетеродинов, измерительных генераторов и т. д. Выходная мощность типичных отражательных клнстронов, рассматриваемых в з 5.9, составляет от десятков милливатт до единиц ватт. ' Более детальные расчеты показывают, что максимальный электронный к н д в зоне н = О может составлять до 25«ю 1зб е. Пускоаой ток отражательного клистрока Длв определения пускового тока отражательного клистрона воспользуемся общими принципами самовозбуждения генераторов СВЧ, рассмотренными в гл. 3. Перепишем уравнение (3.5), определяющее мнгкое самовозбуждение авто- генератора С учетом принятых обозначений имеем: (бел)у, о+ б+бн' < О.
Подставим в это уравнение величину активной электронной проводимости в режиме бесконечно малых амплитуд, определяемую уравнением (5.85] при Р(л)= 1: ~'А — — (6 — В) з!и (Й + О) ) бпол 2бо где бполн = б + бн ° В случае отран ательного клистрона пусковой ток должен как раз обеспечивать самовозбуждение в центрах зон при наиболее благоприятной фазе прихода электронных сгустков в зазор, т. е. при условии 6+0 = 2п (л+-!. 3! 4) Таким образом, при 0 « 6 величина пускового тока 1пус„может быть найдена из соотношения и,бн„н 1пуск = М'и (и+ — ) (5.97) !о 1,35 1,88 3,88 19,4 5,3 8,32 1„уои, ма Следует иметь в виду, что реальный пусковой ток клистрона должен превышать вычисленные значения, поскольку теория не учитывала потерь тока на сетках и некоторых других явлений, ухудшающих работу клнстрона.
Однако и при этом условии порядок величины пускового тока оказывается вполне приемлемым с практической точки зрения. Полученные результаты интересно сравнить с аналогичным расчетом, проведенным для монотрона в з 3 2, б Преимущества отражательного клистрона по сравнению с монотроном в отношении условий самовозбуждения колебаний становятся особенно очевидными. 187 Нарастание колебаний в клистроне происходит при условии 1о ) 1пуон, Уравнение (5.97) позволяет сделать важные выводы. Пусковой ток клистрона тем меньше, чем меньше полная активная проводимость резонатора и нагрузки Величина пускового тока оказывается различной для разных зон; с увели. чением номера и самовозбуждение клистрона облегчается Наконец, ток, требующийся для самовозбуждения клистрона, тем меньше, чем ниже ускоряющее напряжение ()о.
Точный расчет величины 1пуо„по уравнению(5.97) наталкивается на серьезные трудности, так как найти расчетным путем величину бп,ш можно лишь в грубом приближении Попытаемся оценить порядок величины пускового тока при реально встречающихся параметрах клнстронов. Примем, что активная проводимость бизли, входящая в (597), имеет величину 1О о ом !. Такая величина может встретиться на практике, так как в отсутствие внешней нагрузки бн' и электронной нагрузки бал,„активная проводимость клистронного резонатора имеет обычно порядок от 1О ' до 10 о ом !. Положим У = 300 в, 0 = 0,7п, что дает М = 0,8 Подставляя значения л, получаем: Отметим, что возбудить снулевуюэ зону клистрона оказывается труднее, чем зоны, для которых и > О С фианческой точки зрения это объясняется гем, что оптимальная группировка при и О требует большой амплитуды высокочастотного напряжения; мощностгь рассеиваемая в активной нагрузке, позы.
шается. Следовательно, из условия баланса мощностей должна быть увеличена и мощность, отдаваемая электронным потоком, что требует повышения тока пучка. й бк ЭЛЕКТРОННАЯ И МЕХАНИЧЕСКАЯ НАСТРОИКА ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ КЛИСТРОНОВ а. Частота колебаний, сснерирусмык отражательным клистроном а установившемся рслсиис Связь между частотой автоколебаний и параметрами резонатора и электронного пучка определяется общим уравнением (3.16). Подставим в это уравнение величины активной и реактивной электронных проводимостей клистрона, определяемые выражениями (5.85) и (5.86): тши у.Г!+ с(й(В+О)1 и (5.98) В центре каждой зоны частота колебаний не отличается от резо- 3 нансной частоты то поскольку в этом режиме тз + О = 2п(п + 4 ); с19(В + О) = О.
Рассмотрим теперь, как изменяется частота колебаний, если угол пролета (В + О) отклоняется от оптимальной величины в пределах зоны генерации клистрона. Положим Е 0=2 ( + 31+69 4 / где 56 — приращение суммарного угла пролета, обусловленное из- менением ускоряющего напряжения Оо или напряжения на отража- теле (у'„р. Тогда уравнение (5.98) может быть переписано в виде (5.98а) Для практических целей более удобно выразить зависимость частоты генерируемых колебаний от одного из постоянных напряжений, приложенных к электродам клистрона. Таким образом, можно гово- В принципе электронная настройка присуща всем автогенераторам СВЧ, поскольку изменение постоянных питающих напряжений обусловливает изменение полной электронной проводимости. Вопрос об электронной настройке отражательных клистронов, однако, заслуживает особого внимания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
