Стр.102-201 (1152179), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Таким образом, тетрод может использоваться в качестве усилителя, свободного от паразнтной генерации ОчеРис. 4.12 Тетрод СВЧ вндно, что тетрод легко преобразовать в автогенес двухрезонаторной ко- ратор, добавляя элементы обратной связи между лебательной системой: входным н выходным резонаторами. < — катод; < — внпд; г — уп- Обратимся к основному рабочему режиму тетравдвющак сетка; в — акра- рода СВЧ вЂ” режиму больших амплитуд (классу С).
рвввнатпр. г — выходной . ЭлектРонные процессы в пространстве между кавонвтпр; г — настроечные тодом н управляющей сеткой тетрода не могут супоршнн щественно отличаться от процессов, пронсходящих в триодах. Основные отличии н преимущества тетрода связаны с электроннымн явлениями, происходящими в выходном зазоре между экранной сеткой н анодом. Электронные сгустки, проходящие через плоскость управляющей сетки, не сразу попадают в выходной зазор, а предварительно ускоряются сильным постоянным полем в промежутке между двумя сетками. Благодаря этому в значительно меньшей степени сказываются различия в скоростях электронов, прнводящне в триодах к растягиванию импульса наведенного тока.
Кроме того, умень. шается время пролета через выходной зазор, что также способствует укорочению нмпульса наведенного тока в выходной цепи Укороченне импульса наведенного тока в тетроде на рнс. 4.13 в сравнении с рнс. 4.6 обеспечивает повышение амплитуды первой гармоники тока и, следовательно, повышение электронного к.
п. д. Таким образом, тетроды выгодно применять в качестве мощных уснлнте- 126 лей н генераторов СВЧ, обладзющнх более высоким к. п. д., чем аналогичные трнодные генераторы н усилители. Подобно триодам, сверхвысокочастотные тетроды могут иметь внешние резонаторы, одеваемые снаружи на металло-стеклянную нли металло-керамическую вакуумную оболочку Для особо мощных тетродов СВЧ нашел применение вариант с внутренними полыми резонаторами. Такой тетрод получил название резнатран (резонаторный тетрод) С помощью резнзтронов удается получать на волнах длиной 40 — 200 см мощность, доходящую в непрерывном режиме до нескольких десятков и сотен киловатт.
Полный к. п. д, сравнительно велик н доходит до 60 — 75ь4 Однако ноэффнцнент уснлення не удается получить выше 8 — 10 дб, Длнтальнасть нмпульса что является существенным не- ю набебеннагь тана достатком резнатронов. Как л уназывалось, этот недостаток присущ всем приборам с влек- д тростатнческим управлением электронными потоками. ульса тана и сетка з 47. ПРИМЕНЕНИЕ ТРИОДОВ И ТЕТРОДОВ СВЧ с, ьса нанбеннааннага тана б ппаснсста пербад сетнн 127 Основнымн областямн применения современных сверх- высокочастотных триодов явл я ютс я: !) входные усилителя малого снгнала для приемников диапазона СВЧ; 2) измерительные лабораторные генераторы малой н средней мощности; 3) генераторы н усилители средней мощности для передатчиков телевизионной, связной н навигационной аппаратуры, для радиорелейных линий н т дп 4) импульсные генераторы средней н высокой мощности, предназначенные для передатчнков радиолокационной аппаратуры Кроме того, триоды СВЧ применяются в качестве преобразователей н умножителей частоты.
Наиболее короткая длина волны, полученная с помощью трнодных умножителей, составляет прнмерно 1,5 см Прнмененне тетродов СВЧ ограничено в основном мощными генераторамн н мощными усилителями для выходных ступеней передатчиков, а также для устройств радиопротиводействия. Приборы, используемые во входных усилителях, должны нметь низкий уровень шумов. Опыт показывает, что коэффицнент шума маломощных сверхвысоко- частотных триодов составляет 9 — !О дб на волне длиной 25 см н 10 — !5 дб на волне 10 см. Прн указанном уровне шумов усилитель на триоде не может конкурировать в диапазоне сантиметровых волн с супергетеродинным приемником, на входе которого непосредственно находится кристаллический детектор— смеснтель. Более низкнмн шумами, чем трноды, обладают также лампы бегущей волны, рассматриваемые в гл.
6. Поэтому на волнах короче !Π— 15 см триодные усилители малого снгнала обычно не применяются. Однако в дециметровом диапазоне волн маломощные триоды с успехом используются в качестве входных усилителей в разнообразной радиоаппаратуре. Недостатком триодов н тетродов СВЧ в сравнении с другими усилителями (ЛБВ, многорезонаторнымн клнстронамн н др ) является низкая величнна коэффициента усиления, сочетающаяся со сравнительно узкой полосой частот Наряду с этим триоды СВЧ обладают рядом достоинств. К нх числу относится отсутствие устройств, служащих для фокусировки электронного потока н об- падающих большими габаритами н весом.
далее, триоды требуют сравнительно низких питающих напряжений и обеспечивают в усилительном режиме более высокую стабильность фазовых характеристик Опиям из достоинств триодов в качестве автогенератора СВЧ является сравнительно высокая стабильность частоты по отношению к изменениям питающих напряжений Так, стабильность частоты триодных генераторов может быть в десятки раз выше, чем у аналогичных генераторов на отражательных клистронах Следует учитывать также дешевизну триодов в сравнении с другимн более сложными приборами СВЧ Можно задаться вопросом, каноны перспективы развития триодов и тегродов СВЧ.
Неоднократно высказывалось мнение, что возможности усовершенствования этого класса приборов СВЧ в основном исчерпаны и что реальный интерес представляют лишь принципиально новые типы генераторов и усилите. лей Опыт каждый раз опровергал подобные выводы Так было после появления клистронов и создания магнетронов и ламп бегущей волны, а в последнее времяв после разработки твердотельных приборов СВЧ 1транзисторов, лавинно.пролет. ных диодов и др ) Достижения в области этих приборов каждый раз давали толчок к усовершенствованию триодов н тетродов СВЧ на новой, более совершенной базе Дальнейшее конструктивное усовершенствование триодов и тетродов СВЧ может идти по следующим направлениям: 1) дальнейшее уменьшение междуэлентродных зазоров и обеспечение более однородного электрического поля в зазорах; 2) повышение эмиссионной способности катода; 3) создание конструкций, способных работать при высокой температуре без ухудшения состоянии вакуума; 4) общаи миниатюризация конструкции, разработка триодов с внутренними резонаторами и создание интегральных СВЧ устройств Значительная роль в решении этих задач должна принадлежать электро- вакуумной технологии Можно надеяться, что в будущем удастся еще дальше повысить рабочую частоту сверхвысокочастотных триодов и тетродов, а также увеличить их выходную мощность, понизить уровень шумов и достичь большей долговечности н надежности ГЛАВА ПЯТАЯ КЛИСТРОНЫ й 3.1.
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ Клистроны относятся к классу электронно-лучевых приборов СВЧ с динамическим управлением электронным потоком. Схема устройства и включения двухргзопшпорного пролетного (прямопролетного) клистропаа изображена на рис. 5.1, а. йикрд 8 (-й зазор.~б, б ~ 2-.й заму и ~г лрллздюф рда Рнс. 5.1. Устройство (а) и ндеализированнав схема (б) двухрезонаторного клистрона: Г-катод; 3 — ускоряющий елен»род; 3 — коллектор; 4, 5— входной й выходной резонаторы; З вЂ” труба дрейфа; 7 — ейект. ровный поток Первый резонатор клистрона служит для модуляции электронного пучка по скорости и называется иногда группироватглглг.
Второй резонатор служит для отбора высокочастотной энергии от пучка, имеющего модуляцию по плотности. Металлическая труба, находящаяся между двумя резонаторами, экранирует пространство дрейфа (пространство группировки) от внешних постоянных и переменных электрических полей. На рабочей частоте труба дрейфа обладает свойствами запредельного волновода. Именно в этой трубе происходит преобразование скоростной модуляции в модуляцию электронного потока по плотности. От действия магнитных полей при рассмотрении клистронов можно отвлечься, за исключением продольного ' Название клисщрон происходит от греческого слова «клизо», обозначающего морской прибой. й з зоо )Ю постоянного магнитного поля, применяемого для фокусировки электронного потока.
Принцип действия пролетного двухрезонаторного клистрона можно кратко описать с учетом процессов, рассмотренных в 5 2.4 и 2.8. Немодулированный электронный поток, выходящий из катода, поступает в первый резонатор, между сетками которого имеется продольное электрическое поле сверхвысокой частоты. Зто поле производит скоростную модуляцию электронного потока. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки. Эти сгустки поступают во второй резонатор с частотой, равной частоте входного сигнала, и наводят ток, протекающий по внутренней поверхности стенок второго резонатора.
Появляющееся между сетками резонатора электрическое поле тормозит электроны. Кинетическая энергия электронов, полученная ими от источника ускоряющего напряжения У„ преобразуется в энергию СВЧ колебаний и поступает через вывод энергии в выходную нагрузку. Что касается электронов, прошедших через второй зазор, то они оседают на коллекторе и рассеивают на нем в виде тепла оставшуюся кинетическую энергию.
Основными отличиями клистрона от <обычных» низкочастотных ламп являются: 1) отказ от электростатического управления электронным потоком и использование динамического управления, основанного на скоростной модуляции и группировке электронов; время пролета электронов в пространстве дрейфа полезно используется при работе клнстрона; 2) использование принципа наведения тока в выходном зазоре и разделение функций выходного зазора и коллектора электронов; 3) применение полых резонаторов, органически связанных с входным и выходным зазорами и более всего отвечающих требованиям диапазона СВЧ; 4) выделение катода из состава высокочастотной цепи и расположение ускоряющего промежутка перед высокочастотным управляющим зазором.
Вместе с тем клистрон имеет и много общего с приборами диапазона СВЧ, использующими электростатическое управление. Органическое слияние лампы с полыми резонаторами характерно не только для клистронов, но и для современных триодов н тетродов СВЧ. Особенное конструктивное сходство с двухрезонаторным клистроном имеет двухконтурная схема усилителя и генератора с общей сеткой на триоде или тетроде, рассматривавшаяся на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
