Стр.202-301 (1152180), страница 8
Текст из файла (страница 8)
ВЭ1 Обычно «холодные» потери вставки «'. делают на 10 — 20 дб выше полного коэффициента усиления ЛБВ, чтобы уменьшить неравномерность усиления, возникающую вследствие регенератнвных эффектов. Для предотвращения падения к. п. д. длина замедляющей системы между вставкой и выходом лампы должна быть достаточно велика с тем, чтобы усиление сигнала на этом участке составляло не менее 20 дб.
Мощность, поглощаемая во вставке, составляет в этом случае менее 1% от выходной мощности ЛБВ. Чрезмерно высокое усиление выходной секции нежелательно, так как для подавления ее собственного самовозбуждения возрастают требования к степени согласования вставки с замедляющей системой. В зависимости от уровня выходной мощности принято различать входные, промежуточные и еыходньы ЛБВ.
К первому типу относятся малошумящие и сверхмалошумящие ЛБВ с выходной мощностью, не превышающей обычно единиц милливатт, предназначаемые для усиления малого сигнала на входе радиолокационных приемников, приемников радиорелейной связи и т. п. Второй тип ЛБВ отличается от первого более высоким уровнем мощности, доходящим до сотен милливатт, и менее жесткими требованиями к уровню шумов. Наконец, к третьему типу можно относить ЛБВ с выходной мощностью, превышающейединицы ватт. Особое местосреди выходных ЛБВ занимают приборы, мощность которых в непрерывном режиме достигает сотен ватт или нескольких киловатт, а в импульсном режиме— нескольких мегаватт.
В малошумящих и маломощных лампах прямой волны наиболее широко применяются замедляющие системы типа одиночной спирали, используемые в режиме основной замедленной волны. Этот тип систем обеспечивает наибольшую широкополосность при достаточно высоком сопротивлении связи, если замедление волны велико и соответствует ускоряющему напряжению, не превышающему примерно 10 ке. Вместе с тем спираль имеет простую конструкцию и обеспечивает широ. кополосное согласование со входным и выходным трактами.
Спираль изготавливается обычно из немагнитного материала— вольфрамовой или молибденовой проволоки. Шаг спирали на обеих ее концах плавно увеличивается для получения согласования. На однородном участке спирали фазовая скорость волны и соответствующая величина постоянного ускоряющего напряжения могут быть определены по геометрическим размерам спирали с помощью приближенных уравнений (6.2) и (6.4). Чем короче рабочая длина волны, тем меньше при заданном замедлении должен быть радиус спирали а. Это обусловлено тем, что во всякой замедляющей системе электрическое поле замедленной волны быстро убывает по мере удаления от поверхности системы [Н.
Заметный спад поля происходит на расстоянии порядка половины замедленной длины волны Л„„, которая тем меньше, чем короче длина волны Л в свободном пространстве. Если радиус спирали приближается к Л„н или превышает ее, то на электроны, двигающиеся вблизи оси спирали, действует весьма слабое поле. С другой стороны, чрезмерное уменьшение диаметра спирали неже. лательно как нз конструктивных соображений, так и ввиду уменьшения тока пучка, который можно пропустить через сечение спирали при неизменной плотности тока. Таким образом, для каждой частоты существует оптимальная величина радиуса спирали.
Эта величина определяется обычно таким образом, чтобы получить максимум коэффициента усиления на средней частоте рабочей полосы ЛБВ. Для большинства ЛБВ радиус спирали лежит в пределах а=(0,2 —: 0,4) Л, „=(0,2 —; 0,4) Л вЂ” '", е (6.62) (6.63) обеспечивающих максимум коэффициента усиления в соответствии с $ 6.4, а. Величина' коэффициента замедления — ', входящего в (6.62), в услоиф ' виях синхронизма может быть связана с ускоряющим напряжением (го простым соотношением - lг2е е 606 ф о — ~/ о вам Задавшись ускоряющим напряжением У„можно для заданной длины волны Х с помощью (6.62) и, (6.63) ориентировочно вычислить радиус спирали а.
В миллиметровом диапазоне волн радиус спирали должен быть очень малым. Так, на волне Х = 5 мм даже при сравнительно высоком ускоряющем напряжении По=7 ла средний диаметр спирали по соот- ношениям (6.62) и (6.63) должен составлять 0,33 — 0,66 дем. Создание такой спирали и пропускание через нее тонкого электронного пуч- йгй 'йя / 1Ю ка технически еще возможно, если использовать, например, проволонт тол иной 0 05 ку или ле у щ, мм югх с шагом намотки порядка 0,3 мм.
Именно такая реально существующая ЛБВ описывается ниже в $6.5, д. Однако дальнейшее укорочение рабочей длины волны при йк использовании спиральной замедляющей системы представляется Рис. 6.10. ЛБВ миллиметрового затруднительным. Поэтому в ЛБВ днепаооио волн с гребенчатой эа- медлякгщей системой: миллиметрового диапазона часто т е е д д находят применение замедляющие прохождекнк электронного потока; б— катод; б-управлнющня электрод; б— системы типа одиночной или двой- коллекгторг б, б — волноводные вход н ной гребенки.
выход При использовании гребенки в режиме первой положительной пространственной гармоники удастся значительно увеличить шаг системы в сравнении с шагом, который потребовался бы при работе на основной замедленной волне. Пример устройства ЛБВ миллиметрового диапазона с гребенкой схематически показан на рис. 6.10. Этот тип замедляющей системы имеет более жесткую конструкцию, чем'спираль, и более высокую теплорассеивающую способность. Недостаточно высокая теплорассеивающая способность спирали особенно сильно проявляется при переходе к большим мощностям.
В дециметровом и сантиметровом диапазонах волн для улучшения теплоотвода спираль изготавливается иногда из тонкой металлической трубки, по которой циркулирует оялаждающая жидкость. Спирали присущ и другой недостаток, затрудняющий использование ее при весьма высоких мощностях. Дело в том, что при повышении мощности приходится увеличивать постоянное ускоряющее напряжение 1»з и, следовательно, повышать фазовую скорость волны и с уменьшать коэффициент замедления —. Сопротивление связи на осОф ' ионной волне при этом уменьшается и стремится к нулю при й„м -ь -ь 1*. Лампа со спиралью при большой величине 1»е приобретает склонность к самовозбуждению на пространственных гармониках.
Этот режим, играющий основную и полезную роль в генераторных лампах обратной волны (см. $ 6.6), делает практически невозможным создание усилительных ЛБВ со спиральной замедляющей системой при ускоряющих напряжениях, превышающих примерно 10 ка. Максимальная выходная мощность, которую можно получить при реально осуществимых первеансах электронного потока, составляет единицы киловатт. Для сравнения укажем, что выходным мощностям мегаваттного уровня соответствует ускоряющее напряжение порядка 100 кв. Более пригодной для мощных ЛБВ является модифицироааннпя спираль — система типа «кольцо — стержень» 111, обеспечивающая работу вплоть до коэффициентов замедления около 2 — 3.
Наконец, в сверхмощных ЛБВ широко применяются замедляющие системы типа диафрагмированного круглого волновода, возбужденного на волне типа Ее». Замедление волны обеспечивается периодическими неоднородностями — металлическими диафрагмами с центральными отверстиями, через которые пропускается электронный поток. Для расширения полосы пропусиания такой цепочки используются отверстия в диафрагмах, обесйечивающие дополнительную электромагнитную связь между соседними резонаторами*'. Типичным примером такого устройства является замедляющая система типа «лнст клевера», изображенная на рис. 6.11 вместе с переходом на волновод прямоугольного сеченияеее.
указанная система обладает большой жесткостью, хорошим теплоотводом и имеет доста. точно высокое сопротивление связи на основной прямой волне при скоростях, соответствующих ускоряющему напряжению порядка 50 — 100 кэ. Благодаря этому замедляющая система типа «лист клевера» находит широкое применение в усилительных лампах прямой волны сантиметрового диапазона при весьма высоких импульсных мощ- При оф -» с спираль «растягиеастсп» и превращается в прямолинейный проводник, вдоль которого распространяется волна типа ТЕМ; продольное электрическое поле Е, становится равным нул«о. *' Диафрагмированный волновод без дополнительных отверстий связи применяется в линейных электронных ускорителях, которые можно рассматривать как устройства, в ненотором смысле обратные лампам бегущей волны.
В линейных ускорителях в условиях свнхроиизма происходит передача эиер. гии бегущей волны к электронному потоку, в результате чего энергия электронов достигает десятков и сотен мегаэлектрон-вольт. Существуют уникальные линейные ускорители, в которых энергия электронов доходит до десятков гнгаэлектрон-вольт. '"» Название системы «лист клевера» связано с лепесткообразиой формой магнитных силовых линий, показанной пунктиром на рис. 6.11. 234 ностях, превышающих примерно 1 Мнт. Однако рабочая полоса частот таких ЛБВ менее широка, чем у ламп, использующих спиральную систему, и обычно не превышает 15 — 20% от средней частоты.
Другой пример замедляющей системы для мощной ЛБВ у показан на рис. 6.12. Здесь электронный пучок проходит <Р р через зазоры в круглом вол- г поводе, образованные отрезками труб дрейфа. Подобную периодическую замедляющую систему можно сравнить с волнообразно изогнутой ли- Е нией, рассматриваемой в З 6.6. Работа ЛБВ происходит в этом случае на первой положительной гармонике (р у = +1) Цепочка резонаторов и ? другие элементы СВЧ тракта Р 6.11. Замедляю ая система типа ВВОД И ВЫВОД ЭНЕРГИИ' ИыеЮТ «клеверный ли значительное схОдстВО с КОН" г — круглый волновод; у — металлические днскв; б-щели вндуктнвной свяан; 4-пролетный напал; СТРУКПИЕй МНОГОРЕЗоиаторио б-переход к прямоугольному волвоводу, воабуж-' ГО КЛИСтрОНа.
ОдНаКО МЕжду денному на волне Нвп б — вндуктввная днафрагма замедляющей системой ЛБВ и резонаторной системой клистрона имеется и существенное различие. В отсутствие электронного луча между соседними резонаторами клистрона электромагнитная связь практически отсутствует, в то вре- Рнс. 6.12 Замедлягощая система волноводного типа с встречными перегородками и пролетными трубами: ! †кругл волновод; У-пролетная труба; б-металлический палудвск; б -входной прямоугольный вал|юводт б -катод; б †ускоряющ электрод (внод1 мя как в «холодной» замедляющей системе ЛБВ между ее входом и выходом в обоих направлениях может распространяться бегущая волна.
Это обстоятельство, с одной стороны, обусловливает более значи- 236 тельную склонность ЛБВ к самовозбуждению. Поэтому в замедляю. шей системе мощных ЛБВ, как н в ЛБВ со спиралью, необходимо использовать сосредоточенный поглотитель. С другой стороны, использование распространяющихся волн обусловливает более широкую рабочую полосу частот мошной ЛБВ в сравнении с аналогичным прямопролетным клистроном.
Так, в 10-см диапазоне волн при импульсной мощности порядка нескольких мегаватт полоса частот ЛБВ может составлять 1Π— 15% от средней частоты в сравнении с типич. ной вечичиной порядка 1 — 5% для многорезонаторных клистронов. б. Перелодавю устройства а поглотители При разработках,ЛБВ всех типов большое внимание приходится уделять входным и выходным трансформаторам, обеспечивающим согласование замедляющей системы с коаксиальными линиями или волноводами. Примеры таких устройств рассматривались ' в 5 11.9 П1. Широкое применение в случае спиральной замед„ляющей системы находят переходы, в которых конец спирали соединен со стержнем или полым цилиндром, входящим в волновод через середину широкой стенки н играющим роль электрического зонда (антеннки).
Короткозамыкающий поршень, в имеющийся в волноводе (рис. 6.13), позволяет подстраирвс. 633 переход от волповодв прй- вать переход и получать Опти. моугольпого сечения к спирали: 1-узнай размер сечения волновода; г антек мальнОе согласование на срсднв; 3-четвертьволновый дросселзп а-дн- ней частоте заданной полосы. электрические стержни, поддерживающие спнрвль; з-подстроечный порюеньз а-стеклкн- Прямоугольный волновод, используемый на входе и на выходе ЛБВ, имеет обычно уменьшенный узкий размер сечения (йапример 1Орс72 мм в 10-см диапазоне волн'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
