Стр.102-201 (1152179), страница 23
Текст из файла (страница 23)
По ряду причин, рассматриваемых далее, электронная настройка является одним нз наиболее ценных свойств отражательных клистронов и имеет большое практическое значение. рить об электронной настройке отражательного клистрона в зависимости от напряжений и, и и„„: .„„„=)(и,) при и.„= „=1(и„,) при и, = 1, Нагрузка клистрона и ток пучка при этом предполагаются неизменными. Метод изменения частоты за счет изменения ускоряющего напряжения имеет существенный недостаток — потребление значительной мощности от источника управляющего напряжения. По существу, этот тип электронной настройки не отличается от электронной настройки в двухрезонаторных клистронных генераторах.
В дальнейшем такая электронная настройка отражательных клистронов рассматриваться не будет. Управление частотой колебаний изменением напряжения на отражателе более удобно, так как при достаточно высоком отрицательном напряжении (у„р ток отражателя практически равен нулю. Благодаря этому отсутствует потребление мощности. Обратимся к более детальному рассмотрению этого типа электронной настройки. Рассмотрим изменение угла пролета при изменении напряжения иа отражателе относигельно центра зоны на величину б(у„р. В цент- 3 ре каждой зоны В + 0 = 2п(п + — ). Угол пролета 0 в зазоре резона- 4 тора не зависит от напряжения и„р.
С учетом уравнения (5.74) при 66 « В можно записать; бб = би„~ = 6(7 зи„, "' и.-и, 2п (л+ — ) — 0 4 и,— и„, Пренебрегая малой величиной 0 при л ) О, получаем окончательно из (5.98а): 2а ~а+ — ) тген = т'а 1 (й ~ 6()отр ' (5 99) жь, ~ и,— и, Уравнение (5.99) показывает, что частота колебаний изменяется в пределах зоны генерации по закону тангенсоиды. Увеличению абсолютной величины (7„р (т. е. 6(7„" 0) соответствует рост частоты, как изображено на рис. 5.30, а.
С физической точки зрения такой ход зависимости ч„„„= Д(у„р) легко понять, учитывая, что при повышении отрицательного напряжения на отражателе сгустки электронов проходят через зазор несколько раньше момента максимального тормозящего поля. Следовательно, увеличение абсолютной ве- 189 личины сг'„р приводит к отставанию наведенного тока от напряжения. Это равноценно появлению индуктивной составляющей наведенного тока; частота колебаний должна повыситься. Наглядной физической аналогией является режим колебаний маятника, который подталкивают при каждом колебании несколько раньше того момента, когда груз маятника должен оказаться в крайнем верхнем положении.
Как ген "ген известно, частота таких вынужденных колебаний выше собственной частоты колебаний маятника. тр б. Крутизна зле«тронной настройки а) Важным параметром отражаогга, тельных клистронов является ое ', аЕ = «Г) «рутинна электронной настрои- Г, ки на участке линейного изменения частоты вблизи центра ной электронной настройки пол:т о=г нимают изменение частотьг ге0 нерируемых колебаний при изб) ' менении напряжения отражателя на 1в. При малом изменении напряжения отражателя бсГ„р тангенс в уравнении (5.99) может быть заменен его аргументом. Обозначая через би изменение частоты (и„,„ — та) в сравнении с частотой колебаний, генерируемых в центре зойы, имеем из (5.99): ггек Рис. 5.30.
Зааисимость частоты геиери руемых колебаний от напряжения отра жателя (5.!00) Максимальная крутизна электронной настройки достигается при наиболее высоких значениях и, возможных для данного клистрона. С уменьшением номера зоны крутизна электронной настройки падает, как показано на рис. 5.30, б. Уравнение (5.100) позволяет также сделать вывод о том, что крутизна электронной настройки у «низковольтных» клистронов, работающих при малых напряжениях Уо и (г'„р, больше, чем у «высоковольтных» клистронов. Далее, крутизйа электронной настройки тем больше, чем выше рабочая частота клистрона и чем меньше нагруженная добротность его резонатора. Таким образом, прн усилении связи клистрона с нагрузкой, т. е.
при увеличении активной проводимости нагрузки 6,', кривая электронной настройки становится все более крутой. Напомним, что одновременно изменяются генериру- емая мощность и ширина зоны (см. 2 5.7, г). Чем сильнее связь нагрузки с резонатором клистрона, тем более узкой является зона генерации Ргв = )11.)отр). Мощность в центре зоны с увеличением связи с нагрузкой сначала возрастает, а затем, пройдя через максимум, постепенно падает до нуля, как изображено на рис.
5.31. Для того, чтобы яснее представить порядок крутизны электронной настройки, приведем числовой пример. Положим У, = 300 в; тэ = 9375 Мг(4. Величину (гл примем равной 200, что близко к реально встречающимся нагруженным добротностям отражательных клистронов. Используем значения напряжения на отражателе, соответствующие центрам зон при бг = 3 мм, рассчитанным в 2 5.7,а для клистрона 3-см диапазона. Результаты вычислений крутизны электронной настройки приводятся ниже.
0 ! ! ! ! ! (1! ! ! ! ! ! ! ! ~втр мгвл Рис. 5.3! Генерируемая мощ ность и электронная настройка для одной из зон генерации клистрона: ! -слабая связь с нагрузкой (высокая Он)! Г-снльная связь (низкая Оя)! 3-лромежуточнмй случай. соответствующий максимуму генерн. руемой мащяостн л о ! э 3 а б б у з э -(7„, в йт мач 4060 1570 890 571 388 268 185 122 74 35 0,025 0,138 0,34 0,632 1,02 1,49 2,05 2,70 3,44 4,27 5() р' в Опыт подтверждает сделанные выводы и результаты расчетов. Конкретные параметры отражательных клнстронов приводятся в 2 5.9.
в. Диилаэон электронной настройки Для ряда практических применений особенно большую роль играет максимальное возможное изменение частоты в пределах одной зоны генерации клистрона. Дело в том, что одновременно с изменением частоты при электронной настройке изменяется и генерируемая мощность. Обычно удается использовать лишь ту часть кривой тг,н = 7(У„р), В ПРЕДЕЛаХ КОТОРОЙ Эта МОЩНОСТЬ ИЗМЕНЯЕТСЯ НЕ более чем в два раза, т. е.
на 3 (уб от максимальной мощности в центре зоны. Поэтому под диапазоном электронной настройки Лч подразумевается изменение частоты генерируемых колебаний между точками половинной мощности (см. рис. 5.30, а)*. В некоторых случаях диапазон электронной настройки оценивается по точкам спада генерируемой мощности на 5 дб. !91 Рассмотрим снова уравнение (5.91), определяющее СВЧ мощность, которую отдает электронный поток в резонаторе нлистрона Обозначим через ЛВ приращение суммарного угла прочета (6 + О) в точках половинной мощности в сравнении с углом пролета в центре зоны.
Тогда мощность, отдаваемаяэлектронным пото. кам на краях диапазона электронной настройки, при 0 (( 6 равна юп ~2л (л+ — ) -1-ЛВ~ Р,= — и,), 3) 2Х, 7,1Х,), з 2л (л+ — )+ЛВ х х эг 2 где Хз — параметр группировки в центре зоны Выражение электронной мощности на краях диапазона электронной нв. стройки принимает вид соз Л — ! х Р, =и,у, Х,У27г(=). 2ц (л+ — ) (5.101) Используем условие, что иа краях диапазона электронной настройки мощность в два раза меньше, чем в центре зоны Из уравнений (5.10!) и (5.91) получаем: у (х) соз ЛВ== У2 (х,)' Тем самым определена величина Л0, соответствующая точкам половинной мощности при данной величине параметра Х, Подставим величину ЛВ в уравнененне эл~ ь1ронной настройки (5.98), полагая ЬВ = ЛВц Частоты ч„и тз соответствуют нраям диапазона электронной настройки.
Разность частот между точками половинной мощности оказывается равной — — ) г2( ) 192 где Х вЂ” величина параметра группировки в точках половинной мощности Изменение угла пролета Л6 во всяком случае не должно превосходить ~— л 2 и, следовательно, им можно пренебречь в знаменателе последнего выражения в сравнении с углом пролета 0 при л > О. Изменением угла пролета можно пренебречь также в выражении параметра группировки Х, считая, что Х зависит только от амплитуды У, Тогда из уравнения (5.76 а) в точках половинной мощ. ности имеем; Уравнение (5.102) можно несколько преобразовать, чтобы учесть в явном виде зависимость диапазона электронной настройки от тока пучка и ускоряющего напряжения Для центра зоны условие стационарной амплитуды дает: Мэ),( — 0) 7,(Х,) Спели+ Сел =0 Спели = иэ Хэ Подставим величину Опояа, входящую в это выражение, в формулу нагру.
женной добротности полого резонатора: ы,С е.— ,си. х, Спели М, 7 3 ) уг(Ха) 4 ) МЧ и+— где С вЂ” эквивалентная емкость резонатора. Отметим, что величина С в общем случае не равна сосредоточенной емкости зазора. Прн тороидальных резонаторах, однако, такое допущение вполне приемлемо. Используя выражение 9н в уравнении (5.102) и пренебрегая углом пролета О, получаем окончательно: мч,(., — ') (-) ( Х,1 з 7, )' 2 l (уг(хэ))з Хэ )Г2 7 зак. ввв Уравнения (5.102) и (5.103) показывают, что расширение диапазона элек. тронной настройки может быть достигнуто: !) использованием полых резонаторов или других, более сложных, колебательных систем с возможно более низкой нагруженной добротностью и с малой емкостью С; 2) увеличением рабочего тока 7, н снижением ускоряющего напряжения иэ, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
