Стр.202-301 (1152180), страница 12
Текст из файла (страница 12)
пенне ЛОВ по аналогии с (6 ЗО) имеет внд Г'Г,р,л )7св)е (6.76) 2ие (Г,з — Г ) ()Раа — Г)з Все обозначения, входящие в (6.76), не отличаются от обозначений, нсполь. зованных в 6 6.2. Прн решеннн этого уравнения могут быть снова рассмотрены трн волны, постоянные распространенна которых блпзкн к постоянной распространения волны (гармоники р — !) в «холоднойз замедляющей системе. Начальные условия при входе электронного пучка в замедляющую систему должны учитывать, что сумма напряженностей трех волн равна напряженности выходного, а ие входного сигнала. Суммарная модуляция электронного потока по скорости и плотности для трех волн в этом сечении, как и для ЛБВ, равна нулю. Далее, сумма напряженностей трех волн на конце замедляющей системы, обращенном к коллектору, в случае ЛОВ-генератора должна быть равна нулю, )Ез) Рис.
6.27. Эпюры высокочастотного поля вдоль замедляющих систем ЛОВ и ЛБВ. Пунктиром показано изменение переменной составляющей конвекционного тока электронного пучка Расчеты приводят к следукнцим результатам для пускового тока н электронного к. п. д. лампы обратной волны при возбуждении в нулевой зоне колебаний (л 6)« и, (пте н « т)за~О 84С (6.77) (6.78) 251 Таким образом, как и в лампах прямой волны, электронный к. п. д. ЛОВ типа О определяется величиной параметра усиления С, но имеет несколько меньшу«о величину. Опыт в основном подтверждает эти выводы. Полный к п. д.
ЛОВ типа О составляет обычно единицы процентов. Поэтому подобные приборы могут использоваться в основном в качестве маломощных генераторов гетеродиниого класса Решение методом самосогласованного поля позволяет составить представление и о других особенностях работы ламп обратной волны, в частности, о распределении поля вдоль оси замедляющей системы. График суммарной напряженности электрического поля качественно показан на рис. 6 27, а. Лля сравнения на рис 6.27, б построена аналогичная эпюра для замедляющей системы ЛБВ, следующая из теории, рассматривавшейся в 66.2. В отличие от ЛБВ, в случае ЛОВ выходной сигнал нельзя рассматривать с учетом только одной нарастающей волны.
Поэтому эпюру распределения поля вдоль системы ЛОВ следует истолковать как результат интерференции трех волн, в то время как вблизи выхода ЛБВ эпюра поля приближается к экспоненте. С физической точки зрения замедление нарастания поля и «насыщениев, наблюдающиеся вблизи выхода ЛОВ, могут быть объяснены тем, что в этом участке замедляюше(( системы электронный поток имеет наименьшую модуляцию по плотности. Переменная составляющая конвекционного тока стремится к нулю на выходе системы, ио достигает максимума на коллекторном конце, где СВЧ поле равно нулю. Наряду со строгим решением, при расчетах ламп обратной волны широко применяется упрощенный метод, основывающийся на приближении ваданного поля По этому методу заранее предполагается («угадывается«) закон распределения амплитуды СВЧ колебаний вдоль замедляющей системы, после чего рассчитывается взаимодействие электронов с полем.
В качестве аппроксимирующей функции может использоваться косинусондальная фуикцяя, примерно соответствующая кривой ~Е ) = 7(г), изображенной на рис. 6.27, о. Существуют и другие способы аппроксимацкн поля в ЛОВ, позволяющие упростить инженерный расчет этого класса приборов СБЧ. й 67. типичные кОнстРукции и пАРАметРы лАмп ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ Лампы обратной волны О-типа разрабатываются в основном как генераторы с широким диапазоном электронной настройки и имеют обычно выходную мощность порядка десятков милливатт или единиц ватт.
В конструктивном отношении эти приборы имеют много общих черт с ЛБВ малой мощности. Как отмечалось, характерной внешней особенностью ЛОВ в сравнении с ЛБВ является расположение вывода энергии со стороны электронной пушки. На коллекторном конце замедляющей системы ЛОВ расположена поглощающая вставка— согласованная нагрузка. В качестве замедляющих систем ЛОВ используются периодические структуры, основная волна Рис. В.28. Замедлиющая система типа которых является обратной или спирали в винтовой канавке с коак- р о а с в и е р 1 и и с и с ем ы, и м е ю ш и е с и л ь и о в ы р а г-проволочная сннралсч г-винтовой аы. женнУю Обратную ПРОстРанстВенступ; з-трусчатый электронный ноток' ную гармонику при ОснОВнОЙ Вол я — вывод энергия; 5 — стеклянная еануум. ная оболочка ЛОВ не, являющейся прямой. Выбор основной волны желателен ввиду того, что поле основной волны имеет наибольшую амплитуду; сопротивление связи основной волны больше, чем у других пространственных гармоник.
К числу структур с основной обратной волной, широко используемых на практике, относятся система встречных штырей (см. рис. 6.24), двухзаходная спираль, лестничные системы, а также система типа спирали в винтовой канавке, показанная схематически на рис. 6.28. йз табл. 6.2 указаны основные параметры трех типичных маломощ-. ных геиераторных ламп обратной волны. Внешний вид первой из этих ламп и ее арматуры с цилиндрическим постоянным магнитом приведен на рис. 6.29. Лампа имеет стеклянную вакуумную оболочку и коаксиальный вывод энергии.
Диапазон электронной настройки рассматриваемой лампы составляет одну октаву. Лампы обратной волны О-типа открывают широкие возможности для работы в нижней части миллиметрового диапазона волн, а также на волнах значительно короче 1 мм. В этом отношении они превосходят отражательные клистроны и другие существующие сейчас электронные генераторы когерентных колебаний наиболее высоких радио- частот.
Типичным представителем таких приборов является лампа 0,5-мм диапазона, приведенная в табл. 6.2 под № 3. Эта лампа поз- ййй Та блина 6.2 Двраметры типичных генераторных замп обратной волны (лОВ 0) ! — 2 ЛОВ 10-см диапазона (рис. 6 291 ЛОВ 2-мм диапазона 0,06 Встречные штыри 2,4 в 0,17— — 4,8 — 1,4 0,4 140 — 3,3— — 1 50 — 4,6 Гребенка 1,0 — 1,2 1 — 7 3. ЛОВ 0,5-мм диа- пазона 485 — 2 — 4 — 615 Встречные штыри воляет получать колебания мощностью в несколько милливатт, вполне достаточной для проведения разнообразных исследований в субмиллиметровом диапазоне волн. Наиболее короткая длина волны, полученная в настоящее время с помощью ЛОВ, составляет около 0,2 мм.
Интересно заметить, что наиболее длинноволновые когерентные колебания, полученные с по- Рис. 629. Внешний вид лампы обратной волны сантиметрового диапазона с замедляющей системой типа встречных штырей. Показаны также лампа в арматуре, замедляющая система н коаксиальный вывод ввергни Коакси. альиая лн ния Волновод сечением 0,75х1,50 мм Многовол. новый вол. повод сече. нием 1,8х х3,6 мм мощью газовых оптических квантовых генераторов (лазеров), имеют длину волны около 0,77 мм.
Таким образом, разработки ЛОВ полностью перекрыли диапазоны волн, генерируемых электронными и квантовыми приборами. Лампы обратной волны могут разрабатываться не только для сантимет))ового, миллиметрового и субмиллиметрового, но и для дециметрового и даже метрового диапазонов волн. Замедляющие системы таких «длинноволновых» ламп для уменьшения их габаритов содержат сосредоточенные постоянные — индуктивности и емкости, образующие периодическую линию задержки. Самостоятельный интерес представляет разновидность ЛОВ типа Π— резонансные лампы обратной волны. В этих приборах замедляющая система не содержит на коллекторном конце согласованной нагрузки; вывод энергии также не согласован с замедляющей системой.
В результате этого замедляющая система образует распределенный резонатор с длиной, равной целому числу замедленных полу- волн. Благодаря резонансным эффектам напряженность СВЧ поля з замедляющей системе резко возрастает, что приводит к значительному снижению пускового тока ЛОВ и позволяет уменьшить ее длину. Одновременно повышается к. п. д. и сокращается протяженность магнитного зазора, что резко снижает вес и габариты пакетированной ЛОВ. Недостатком резонансной ЛОВ являются разрывы в зоне генерации и в характеристике электронной настройки.
В самом деле, работа лампы возможна лишь вблизи резонансных частот «холодной» замедляющей системы. В этом смысле резонансная ЛОВ приобретает сходство с пролетными клистронами. Несмотря на указанный недостаток, резонансные ЛОВ и их разновидности применяются в случаях, когда не требуется непрерывное перекрытие широкого частотного диапазона. Примером такой лампы может служить лзддерглрон, использующий резонансную секцию лестничной замедляющей системы и позволяющий получать мощность порядка единиц ватт в миллиметровом диапазоне волн.
Основной областью применения ламп обратной волны О-типа являются измерительные генераторы качающейся частоты с весьма широким диапазоном электронной настройки. Необходимость в таких генераторах особенно возросла в связи с созданием и широким использованием панорамных измерителей КСВ, затухания и других характеристик элементов СВЧ трактов [1,39!. Применение панорамных измерителей позволяет резко повысить производительность СВЧ измерений, основывавшихся до недавнего времени на трудоемком снятии зависимостей по точкам.
ЛОВ типа О находят также применение в качестве гетеродинов в некоторых типах СВЧ приемников. Недостатками гетеродинных ЛОВ являются более высокий уровень шумов и более высокие питающие напряжения, чем у отражательных клистронов. 6 63. КДСКДДНЫБ УСИЛИТБЛИ тИПД О Прн конструирования усилителей типа О может быть использован прин. цнп каскадного включения отдельных секций замедляющих систем, в некоторой степенн аналогичный каскадному включению резонаторов в пролетных клнстронах Простейший пример двухкаскадной усялнтельной лампы обратной волны схематически показан на рнс. 6.30, а Здесь электронный поток последовательно проходнт через две периодические замедляющне системы, каждая из которых взаимодействует с пучком на первой об.
ратной пространственной гармонпке. На концах каждой нз систем включены согла. сованные нагрузки. Между замедляющнмн системами может располагаться труба дрейфа, обладающая на рабочей частоте свойствами запредельного волновода Очевидным преимуществом каскадной лампы обратной волны в сравнении а обычной уснлнтельной ЛОВ является раз- ~т деление входа н выхода усилителя. По существу, этот же принцип реализуется прн включения сосредоточенного поглотнтеля в обычной ЛБВ, что повышает ее устойчивость н уменьшает склонность к самовозбужденню.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
