Стр.202-301 (1152180), страница 7
Текст из файла (страница 7)
6.8. Зависимость выходной гетической точки зрения. Очевидно, мощности и иовффиниента усилечто величина выходной мощности ог- ния ЛБВ от мощности входного раничена мощностью постоянного то- сигнала ка, подводимой к электронному пучку. Поэтому коэффициент усиления при больших входных сигналах не может оставаться столь же высоким, как при малых сигналах, При насыщении центры электронных сгустков смещаются из областей тормозящего СВЧ поля в области нулевого поля бегущей волны (см.
рис. 6.7, а). Наведенный ток оказывается сдвинутым относительно напряжения на —. 2' Лля работы ЛБВ в качестве входного усилителя наибольший интерес представляет линейный участок амплитудной характеристики. При этом иногда бывает желательным иметь возможно более широкий динамический диапазон, который представляет собой отношение мощности входного сигнала Р,„„„соответствующей насыщению, к минимальному входному сигналу Р„„ „„ определяемому уровнем шумов ЛБВ (см. рис. 6.8). Чем шире динамический диапазон и чем более линейной является характеристика Р,м„= у(Р„), тем меньше перекрестные помехи, вносимые ЛБВ в многоканальных линиях связи. Ширина динамического диапазона в ЛБВ малой и средней мощности может иметь очень большую величину — до 60 — 90 дб. С другой 8» стороны, мощные и сверхмощные ЛБВ, работаккцие в качестве выходных усилителей, используются обычно в режиме максимального к. п.
д., т. е. в максимуме амплитудной характеристики. При изменении постоянного ускоряющего напряжения ЛБВ и величины входной мощности изменяются не только коэффициент усиления и величина выходной мощности, но и фаза выходного СВЧ сигнала ~р,„„. С физической точки зрения зависимость ~р,, = г(Ув) обусловлена тем, что при изменении скорости электронов ое изменяется постоянная Г волнового процесса, распространяющегося по «горячей» замедляющей системе ЛБВ. Время пробега сгустков и волны вдоль ЛБВ при этом также не остается постоянным.
Зависимость ~р,, = "7(Р„„) может быть объяснена ростом доли кинетической энергии, отдаваемой электронными сгустками при увеличении входной мощности Р,„. Некоторое уменьшение средней скорости электронов о,р приводит при этом к увеличению времени пролета электронных сгустков и к изменению фазы наведенного тока на выходе ЛБВ (см. рис.
6.7, б). Заметим попутно, что это обусловливает нежелательное преобразование амплитудной модуляции сигнала в фазовую модуляцию. Полное время пролета электронов вдоль системы ЛБВ велико и равно периоду СВЧ колебаний, умноженному на количество замедленных волн У, укладывающихся по длине системы (см. $ 6.2, д).
Поэтому даже небольшие изменения величин Уо и Р„приводят к довольно значительным сдвигам фазы выходного сигнала Ь~р,„„. Типичные значения ему,нл составляют порядка 1О' на 1% ускоряющего напряжения и 2 — 4' на 1 дб изменения входной мощности. Зависимость фазы от режима работы создает трудности при использовании ЛБВ, в особенности при применении большого числа одновременно работающих усилителей для питания многоэлементных фазированных антенных решеток радиолокационных станций. Такие же или близкие фазовые характеристики имеют и пролетные клистроны. Несколько более благоприятными фазовыми характеристиками отличаются приборы типа М, рассматриваемые в гл.
7. Следует вообще подчеркнуть возрастающую роль фазовой стабильности приборов СВЧ в современной радиоэлектронике. д. Подавление еанововбуиеденин ЛБВ Опыт показывает, что усилительные лампы бегущей волны при некоторых условиях склонны к самовозбуждению. Поскольку оно крайне нежелательно для всякого усилителя, следует рассмотреть возможные причины самовозбуждения ЛБВ и пути подавления паразитных автоколебаний.
Положительная обратная связь, необходимая для самовозбуждения, может возникнуть в ЛБВ, как и во всяком другом усилителе, за счет внешней связи между выходом и входом лампы. Кроме того, в ЛБВ может иметься и внутренняя обратная связь за счет волны, ' отраженной от выхода лампы. Остановимся более подробно на этом типе обратной связи, особенно характерном для ламп прямой бегущей волны. Достичь идеального согласования замедляющей системы с входной и выходной линиями во всем рабочем диапазоне н тем более за его пределами практически невозможно. Поэтому усиленная волна частично отражается на выходе от имеющейся неоднородности и, не взаимодействуя с электронным потоком, двигается в обратном направлении вдоль замедляющей системы*. Снова отражаясь от входного конца системы, эта волна начинает двигаться вдоль линии в прямом направлении, как показано на рис. 6.9, а.
Вход , Выкай ВхаВ ° Выход Влвхпронн»го Поглощающая а) ну«он Всюауяо Ъ 9 Рис. 6хь К вопросу подавления самовозбуждения ЛБП ~ам оф с Поэтому. условие (6.58) можно записать в виде Х оф (=и — —. 2 с (6.58а) » 3 атом рассуждении не учитывается возможность взаимодействия пучка с одной на обратных пространственных гармоник. ЗЭ Самовозбуждение имеет место, если удовлетворены два условия: 1) амплитуда «вторичной» (дважды отраженной) волны на входе лампы не меньше амплитуды «первичной» бегущей волны; 2) фаза «вторичиой» волны после двукратного отражения и дву* кратного пробега по замедляющей системе отличается от фазы «первичной» волны на 2пл, где л — любое целое число.
Второе условие одновременно определяет частоту установившихся автоколебаний. Положим для простоты фазу отражения на обоих концах замедляющей системы равной нулю и не будем учитывать изменения фазовой скорости волны под действием электронного луча. Тогда фазовое условие положительной обратной связи дает: ~вам (6.58) 2 где г — геометрическая длина замедляющей системы и Х„м — длина замедленной волны. Число л, определяющее вид колебаний ЛБВ-.
генератора, оказывается, таким образом, равным 2)ч', С другой стороны, для всякой замедляющей системы справедливо соотношение Используя условие сийхроннзма электронов с полем волны о» ж ж о, получаем длину волны и частоту генерируемых колебаний: Таким образом, ЛБВ способна самовозбуждаться на ряде дискретных видов колебаний. Уравнение (6.59) формально указывает на существование бесконечно большого числа генерируемых частот, соответствующих различным значениям п. Некоторые из этих частот могут лежать в рабочем диапазоне данной лампы, работающей в качестве усилителя. В действительности самовозбуждению на наиболее длинных волнах и на весьма коротких волнах препятствует спад коэффициента усиления ЛБВ. Сильное влияние на самовозбуждение лампы оказывают также собственные потери в замедляющей системе, возрастающие с ростом частоты.
Поэтому, если не приняты специальные меры, ЛБВ чаще всего возбуждается в длинноволновой части рабочего диапазона и на границах полосы пропускания замедляющей системы. Одним из путей подавления паразитных колебаний в ЛБВ является искусственное увеличение распределенных или сосредоточенных «холодных» потерь в замедляющей системе. Наиболее целесообразно использование сосредоточенного ослабителя — поглощающей вставки, расположенной вблизи середины замедляющей системы (см.
рис. 6.9, б). Для качественного объяснения действия сосредоточенного поглотителя можно рассмотреть простейший случай, когда вставка обеспечивает бесконечно большое «холодное» ослабление. Тогда вся мощность падающей волны, поступающей со стороны входа ЛБВ, и вся мощность, отраженная от выхода лампы, целиком поглощаются во вставке. При хорошем согласовании ее кон.
цов самовозбуждение ЛБВ полностью исключается. Однако между двумя секциями замедляющей системы, расположенными по обе стороны от вставки, остается связь за счет электронного луча, получившего во входной секции модуляцию по скорости и по плотности. Этот пучок снова наводит три волны во второй секции замедлякяцей системы, одна из которых создает усиленный сигнал на выходе лампы. Следовательно, сосредоточенный поглотитель, будучи сам по себе взаимным устройством, обеспечивает неодинаковые (невзаимные) потери для усиливаемого сигнала в направлении движения электронов и в обратном направлении.
Можно показать, что при длине поглощающей вставки, стремящейся к нулю, потери усиливаемого сигнала Ь, входящие в уравнение (6.53), составляют только около 3,5 дб. С уве. личением длины вставки величина й может возрастать до 8 — 10 дб. Минимальная величина «холодного» ослабления поглощающей вставки, необходимая для подавления самовозбуждения, численно равна коэффициенту усиления ЛБВ. Для подтверждения этого рассмотрим сигнал, поступающий на входной участок замедляющей системы, имеющий мощность Р,„(рис.
6.9, а). Мощность усиленной волны, поступающей на выход замедляющей системы, равна Р,„, = = К,б,р,„, ГДЕ Кабо — абСОЛЮтНаЯ ВЕЛИЧниа РЕаЛЬНОГО КО»ффи. циента усиления, определяемого уравнением (6.53) с учетом присутствия поглотителя. Если Г,„„— коэффициент отражения ог переходного устройства на выходе замедляющей системы, то мощность отра. женного сигнала составляет В результате второго прохождения сигнала по линии в обратном направлении и отражения от неоднородности на входе замедляющей системы мощность «вторичной» волны в прямом напръвлении (см. рис, 6.9, а) равна або бо где Ä— коэффициент отражения на входе замедляющей системы и 1.»бс — абсолютная величина «холодных» потерь поглощающей вставки. Условием отсутствия самовозбуждения является неравенство Р;„( Р„, т.
е. — '"' (Г„(')Г,„„!»(1. або (6.60) Наиболее легкие условия для самовозбуждения ЛБВ существуют при полном рассогласовании на обоих концах замедляющей системы, когда ~Г,„! = )Га»,„~ = 1. Следовательно, гарантировать отсутствие самовозбуждения при любой степени рассогласования можно при ус- ловии Баас ~ Кабо (6.61) Ь 6.6. ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛАМП БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ ТИПА О а. Выбор замедляющей еиея»емы ЛБВ Главным направлением разработки ламп прямой волны являются широкополосные усилители дециметрового, сантиметрового и отчасти миллиметрового диапазонов длин волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
