Стр.202-301 (1152180), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Существуют н другие особенностн каскадных уснлнтелей обратной вол- Ц ны, в частности. расширение полосы частот прн наложення смешавшего постоянного напряженна У'э на вторую секцию системы (см. рнс. 6.30, а). Тем самым изменяются условия снихронизма во второй секции, что аналогично взаимной расстройке резо. наторов пролетного клнстрона. Одновременно удается достичь более высокого усн. ленка (до 30 — 40 дб) прн достаточном уда. ленин от порога самовозбуждення.
В каскадных усилителях могут нспользоваться я другие схемы, в которых е разной последовательности сочетаются секцнн замедляющих систем, работающих в режимах прямой н обратной волны. Для прнмера на рнс. 6.30, б показана схема двухкаснадного усилителя типа ЛО — ЛБВ. Читатель может без труда качественно рассмотреть другие варианты каскадных усилителей, например, прибор типа ЛБ — ЛОВ.
и, а) ГЛАВА СЕДЬМАЯ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ СО СКРЕЩЕННЫМИ ПОЛЯМИ й тл. мАГнетРОнные ГенеРАтОРН. ОВщне ВОпРОсы Магнетронные генераторы, находящие сейчас широкое применение, имеют большую и сложную историю развития. Поведение диодов в магнитном поле явилось предметом многочисленных опытов вскоре после создания первых электронных ламп. Сверхвысокочастотные колебания в диодах, помещенных в постоянное магнитное поле, были обнаружены еще в 1920 †19 гг. Толчком к этим исследованиям в значительной мере явились эксперименты по возбуждению колебаний в схеме тормозящего поля. Установлено, что существуют три основных типа колебаний в магнетронах, различающихся своим электронным механизмом: 1) колебания цинлотронного типа; 2) колебания типа отрицательного сопротивления; 3) колебания типа бегущей волны.
Наибольший практический интерес представляют колебания типа бегущей волны, которые происходят в многорезонаториых магнетронах, разработанных впервые в 1938 — 1940 гг. Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым. Этому типу колебаний уделяется в дальнейшем основное внимание. Развитие многорезонаторных магнетронов привело к разработке мощных высокоэффективных автогенераторов, играющих важнейшую роль в технике СВЧ. Вместе с тем разработки и исследования магнетронных генераторов стимулировали появление большого класса приборов СВЧ магнетронного типа — лаип бегущей волны М-типа, ламп обратной волны М-типа и платинотронов.
Общим признаком магнетронов и других приборов М-типа является присутствие в междуэлектродном пространстве скрещенных постоянных электрического и магнитного полей. Устройство типичного многорезонаторного магнетрона показано схематически на рис. 7.1.
Анодом магнетрона является сплошной цилиндрический медный блок, разделенный на сегменты продольными щелями. Эти щели входят в состав полых резонаторов, расположенных на равных расстояниях по окружности анода. Катод магнетроиа имеет цилиндрическую форму и расположен внутри анода вдоль его оси. Постоянное магнитное поле В направлено вдоль оси прибора, т. е. перпендикулярно плоскости чертежа на второй проекции рис.
7.1. Постоянное или импульсное анодное напряжение У, приложено между катодом и анодом и создает электрическое поле, перпендикулярное к направлению магнитного поля. Вывод СВЧ энергии производится обычно от одного из резонаторов, например, с помощью петли и коаксиальной линии. Анализ работы многорезонаторных магнетронов показывает, что их действие можно наглядно рассматривать на основе бегущих волн, распространяющихся по внутренней поверхности анодного блока, обращенной к катоду.
Это и послужило основанием для названия «колебания типа бегущей волнык В пространстве взаимодействия между катодом и анодом магнетронов проч з исходят все процессы, которые должны присутство- л вать в любом электронном генераторе и усилителе г СВЧ; управление электрон.
ным потоком, образование сгустков и отдача энергии ! ! + 1 высокочастотному электри. ческому полю, В магнет- "0 . ронах нет разделенных в Рис 7 ! Схема устройства и включения магпространстве областей уп. нетронного генератора: раВЛЕНИЯ, ГрунпнрОВКИ И В вЂ” ааохами блок: т — каток, а — Рввокатотг тки« ~вельотдачи энергии, которые '" '"' вол энергии имеются, например, в клистропах. Это обстоятельство, наряду со сложным характером движе. ния электронов, значительно осложняет изучение процессов в магнетронах. Тем не менее, пользуясь представлениями о видах колебаний и методом эквивалентных схем в сочетании с расчетом движения электронов, оказывается возможным и в этом случае использовать общие методы, рассмотренные в гл.'3. $72.
ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В СТАТИЧЕСКОМ МАГНЕТРОНЕ а. Иеходнме волов«ения Прежде чем перейти к проблеме возбуждения СВЧ колебаний, рассмотрим задачу о движении электронов в скрещенных электриче. оком и магнитном полях в отсутствие колебаний. Катод магнетрона, как правило, имеет цилиндрическую форму и расположен концентрнчно внутри цилиндрического анода. !'!твлечемся от искажений постоянного электрического поля, вызываемых щелями в поверхности анода, и рассмотрим систему со сплошным анодом, изображенную на рис. 7.2, а. Постоянное магнитное поле пред- 9 Зак $00 положим направленным точно вдоль осн г. Пространственный заряд, создаваемый двигающимися электронами, учитывать не будем.
Пренебрегать действием пространственного заряда (коллектив- ным взаимодействием электронов) в электронных приборах можно лишь с известной осторожностью. Особенно важно помнить об этом в случае магнетрона, так как под действием магнитного поля про- странственный заряд может значительно увеличиться..Однако строгое решение задачи магнетрона с учетом пространственного заряда натал- кивается на большие трудности. Как будет видно из дальнейшего изложения, многие важные свойства магнетронов мои гут быть рассмотрены независимо от присутствия и и распределения пространственного заряда.
г Электроны эмиттируют- гс„ ся катодом с очень малыми Ю А г начальными скоростями, г поэтому величиной начальной скорости в статиче- а) ском режиме магнетрона Рис 7 2 К расчету движения электронов и можно сразу пренебречь. пилиидрическом и плоском магиетроиах со сплошным анодом а статическом режиме Однако при рассмотрении Электрон находится и точке.А других ламп СВЧ со скрещенными электрическим и магнитным полями полезно общее решение, учитывающее началь- ную скорость электрона, начавшего свое движение из произвольной точки в пределах пространства взаимодействия.
Учет начальных скоростей необходим также при анализе сортировки электронов в магнетронных генераторах в присутствии колебаний. Расчеты движения электронов начнем с наиболее простой плоской системы, изображенной на рис. 7.2, б, после чего обратимся к особен- ностям цилиндрической системы. Рассмотрение плоского магнетрона важно не только с точки зрения простоты математического решения. Как будет показано далее, большинство современных магнетронов имеют катоды большого диаметра, что позволяет приближенно заме- нить катод и анод параллельными плоскостями.
б. Движение алектроиов в плоском могиетроие Для решения поставленной задачи должно быть использовано общее уравнение Лоренца, определяющее силу, действующую на заряд в присутствии электрического и магнитного полей. Согласно выражению (2.9) уравнение движения электрона при пренебрежении релятивистскими соотношениями имеет вид и —" = — е(Е+[иВ[). Ж (7.! ) Раскладывая векторы и, Е и В по ортам е„, е„, е, в прямоуголь ной системе координат и раскрывая векторное произведение в (7.1), получаем: е„ е„ е, их ид иг В„ В„ В, =е,(иеВ,— и,Ву)+ [иВ) =. +е„(и,„— и„В,)+ е,(и„В,— и„В„), где йх ду ег Щ ' е У1 ' ' Н1 ' Таким образом, скалярные уравнения движения электрона в прямоугольной системе координат имеют вид йгх е 1, йу иг 1 — = — — ~ Е„+В,— —  — '); йгг т [, 'Щ гй1 йгу е 1 йг йх '1 — = — (Е +„— В,— ); а11 «[," "а *«и)' йгг е 1 йх йу 1 — = — — ~Е,+  — — В.— ).
(7.4) г е е1 х х )' (7.2) Систему координат удобно ориентировать относительно электродов магнетрона таким образом, чтобы иметь положительное направление векторов Е и В. Согласно рис. 7.2, б можно написать: Е„=Е,=О; Е„=Е = — "; В„=В„=О; В,=В, Через Уг здесь обозначено постоянное напряжение между анодом и катодом магнетрона, с1 — междуэлектродное расстояние. Окончательно исходные уравнения движения электрона в скрещенных полях принимают вид: «гх еВ Иу (7.5) «Пз т йг йгу еЕ еВ йх — = — — + — — ' «1« т т й1 ' — =О.
(7.7) Ж' (7.6) 259 Отметим, что подобные уравнения легко составить и менее формальным путем, минуя общее уравнение (7.1). Для этого достаточно использовать обычное «правило левой руки«, определяющее направление силы, действующей на проводник с электрическим током в постоянном магнитном поле. Наиболее простой вид имеет решение уравнения (7.7): лг (7.8) где о„— начальная скорость электрона вдоль оси г и г,' — начальная координата электрона в момент 1 = О. Интегрируя уравнение (7.5), имеем: ц'х е — = — д+С,. Ж т Пусть электрон начинает свое движение при 1 = 0 из точки с координатой у = у,.
Полагая составляющую начальной скорости вдоль оси х равной о„„ получаем: цх еВ г О (у у) хо о ° Подставим (7.9) в уравнение (7.6): цо(у — уо1 е еВ те еЕ еВ ' +( — ) (у — у,)= — — + — „,. (7.10) ше т т т Общее решение уравнения без правой части, соответствующего (7.10), имеет вид у — у =- С, е'"ц' + Се е Через «оц здесь обозначена круговая циклотроннал частота еВ ео (7. 11) Полагая частное решение уравнения (7.10) в виде у — у, = Со и подставляя его в (?.10), имеем: тооцо ооц Таким образом, получено полное решение уравнения (7.!0): у — у,=-(С,+С,)сов ее Г+1(С,— С,)з(п ее 1 — — '+ — ""'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
