Стр.202-301 (1152180), страница 11
Текст из файла (страница 11)
и„„ а гз Взаимодействие электронов с обратной волной является иногда Геиелачиа причиной самовозбуждения обычных усилительных ламп прямой волны. В отличие от генерации, обусловленной отражением волн (см. 2 6.4, д), этот вид самовозбуждения не зависит от условий со- (!.гм)лм !ьм! !а гласования на концах ЛБВ. Поля пространственных гармо- рис.
6.23. Заинсимость генерируемой ник убывают при удалении от про- мои!ности и коаффициента усилении ЛОВ от тока пучка при Ос=соим водников замедляющей системы, причем тем быстрее, чем выше номер гармоники ~ р~. Поэтому самовозбуждение наблюдается обычно лишь на первой обратной гармонике, т. е.
при р = — 1. При обсуждении свойств ламп обратной волны в дальнейшем достаточно ограничиться рассмотрением только этой пространственной гармоники. и. Элеитроииаи мастрояни ЛОВ типа О Существование широкого диапазона электронной настройки является главным преимуществом ламй обратной волны. Остановимся на этом вопросе несколько подробнее. Сам факт электронной (электрической) настройки, т.
е. зависимости частоты генерируемых колебаний от ускоряющего напряжения ЛОВ, легко объясняется с физической точки зрения. Условием положительной обратной связи внутри лампы является приблизительно синхронное движение электронов с первой обратной пространственной гармоникой (р = — 1). Следовательно, при изменении ускоряющего напряжения должна изменяться величина скорости обратной гармоники, удовлетворяющая условию самовозбуждения.
Поскольку замедляющая система обладает дисперсией, изменение ускоряющего напряжения должно вызывать изменение частоты генерируемых колебаний (см. рис. 3.14). Крутизна и знак электронной настройки зависят от формы дисперсионной характеристики замедляющей системы. Известно, что дисперсия пространственных гармоник в периодических замедляющих системах всегда является аномальной, т. е. абсолютная величина фазовой скорости ~оф~ и увеличивается с ростом (6.72) 248 частоты.
Для подтверждения этого достаточно обратиться к урав. пениям (6.66) и (6.67): (оф) — —, ' (6.71) 2нр 1 2пр ()е+ — — +— (оф), мЬ где (оф), — фазовая скорость нулевой гармоники. Отсюда можно сделать общий вывод, что в условиях синхронизма с обратной волной частота колебаний, генерируемых ЛОВ, должна уаеличиватася при повышении постоянного ускоряющего напряжения.
Соответствующие графики и качественные пояснения приводились в 2 3.4 при обсуждении общих свойств генераторов СВЧ с нерезонансной колебател ьной системо1. 1 Рассмотрим в качестве примера замедляющую систему типа встреч- 1 х ных штырей, широко применяемую 1 1 в лампах обратной волны. Поло-. жим, что в зазоре между штырями в направлении, показанном пунктиром на рис. 6.24, распространяется волна типа ТЕМ, как по волноРнс. 8.24.
Распространение волн в образно изогнутой ленточной ливамедляющей снстеметнпа встречных нии. Электронный поток проходит штырей прямолинейно со скоростью пе па- раллельно поверхности штырей по средней линии системы. Направление движения электронов примем сначала в направлении оси +г.
При этом электроны периодически проходят через участки СВЧ поля Е„ сосредоточенного между штырями. В промежутках между этими участками над поверхностью штырей электроны двигаются, как в пространстве дрейфа пролетного клистрона. Для получения фазового синхронизма с волной необходимо, чтобы время пролета электронов т между точками А и Б равнялось сумме времени пробега волны ТЕМ между теми же точками и половины периода СВЧ колебаний (ввиду того, что электроны пересекают ленточную линию в точке Б в направлении, противоположном направлению в точке А).
Сиихронизм не нарушается при добавлении любого це. лого числа периодов колебаний Т: !+— т= — + — +рТ; р=О; ~1; ~2,... 2 Т е 2 Через с обозначена скорость света в свободном пространстве. Поскольку т = †, получаем: Ь 2ве Ь 2(+ Ь+(2р+1) а где Х вЂ” длина волны в свободном пространстве. Скорость па, удовлетворяющая условию (6.72), обеспечивает неизменность фазы СВЧ поля прн каждом прохождении зазора между штырями. Поэтому можно считать, что по линии в направлении оси г бежит воображаемая замедленная волна, фазовая скорость которой(пф)р описывается уравнением (6.72). Возможно проведение аналогии между стробоскопическим эффектом н прерывистым взаимодействием электронов с полем, создающим эффект «неподвижности» электронов относительно !УФ, волны.
((а, лз При р = — ! синхронная скорость электронов и соответствующая ей фазовая скорость волны имеют наибольшую величину и равны "е =(оф)-т = сЬ (6.73) и Л вЂ” (21+ Ц определ яющего скорость 2е — и,=с лз Л вЂ” (21+ Ы (6.74) Отсюда определяется длина волны колебаний, генерируемых или усиливаемых лампой обратной волны в зависимости от постоянного ускоряющего напряжения ((э при заданных геометрических размерах (.и (: Л=.2(+1. + 2* — и (6.75) На рис. 6.26 построены график электронной настройки ЛОВ по этому уравнению и дисперсионная характеристика системы встречных штырей, определяемая приближенным уравнением (6.73), при (. = 2 мм; 1 = 9 мм.
Как видно нз рисунка, лампа обратной волны позволяет получить диапазон электронной настройки порядка октавы и более при реально осуществимых изменениях ускоряющего напряжения. Однако характеристика электронной настройки не яв- Именно эта волна, являющаяся основной волной системы встречных штырей, используется в лампах обратной волны. Отрицательный знак перед выражением (6.73) указывает на то, что для получения синхронизма с гармоникой р = — ! электронный поток следует пропускать не в направлении оси +г, а в противоположном направлении, т. е. навстречу движению энергии по линии.
Учитывая это и рассматривая абсолютную величину скорости электронов, с помощью уравнения (2.)4), электронов в приборах типа О, получаем: О и 4 асм Рис 6.25. 1(исперсионная характеристика н график электронной настройки ЛОВ типа О с замедляющей системой типа встречных шты- рей (Е=2 мм, 1=9 мм) ляется линейной.
Для изменения длины волны и частоты на ! октаву (в два раза) требуется изменение ускоряющего напряжения ()с при. мерно в десять раз. Одновременно с изменением частоты происходит изменение мощности генерируемых СВЧ колебаний. Зависимость мощности от ускоряющего напряжения напоминает по форме зону генерации отражательного клистрона, но имеет обычно более неравномерный характер (изменения мощности в пределах зоны при недостаточно хорошем согласовании вывода энергии и внутреннего поглотители доходят до 10 дб и более). Изрезанность р; () „зоны генерации относится к не()г' ' ' ) а,')г с а достаткам ЛОВ, так как по ус- $~! г)«ловиям применения требуется !'), 1 ~3 приблизительное постоянство мощности по диапазону элеко тронной настройки.
а Электронная настройка ЛОВ Рнс. 6.26. Зависимость комрфнцнента ИМЕЕТ МЕСТО НЕ ТОЛЬКО В ГЕНЕ- усиления регенератнвногоЛОВ.у«плате. раторном, но и в усилительном ля от частоты прн трех фнкснрованных режиме, Для пояснения этого значениях ускоряющего напРяжения рассмотрим зависимость коэф- фициента усиления ЛОВ от частоты при неизменном ускоряющем напряжении, изображенную сплош- ной линией на рис. 6.26.
Зависимость К =)(т) имеет вид узкой резонансной кривой, центр которой определяется условиями синхронизма. Если изменять постоянное напряжение У„ то резонансная кривая перемещается в горизонтальном направлении, как показано пунктиром на рис. 6.26. Таким образом, лампа обратной волны может использоваться в качестве резонансного высокодобротного усилителя с широкодиапазонной электронной перестройкой резонансной частоты тщ Этим усилительная ЛОВ резко отличается от усилителей прямой волны, а также от «истинных» резонансных усилителей СВЧ, например, от многорезонаторных клистронов. д. Методы расчета ЛОВ тяпа О Линейная теория лампы обратной волны может быть основана на методе самосогласованного поля, рассмотренном в66.2 н 6.3 для случая лампы прямой волны.
Записывая уравнсння длнпаой линии, в которой наводятся ток модулированным по плотности электронным потоком, надо лишь учесть изменение направленая двнження энергии по замедляющей системе. Прн этом должен быть изменен знак прн сопротнвленнн связи )7св Таням образом, днсперснонное урав.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
