Стр.302-376 (1152181), страница 3
Текст из файла (страница 3)
7.37, и с индукцией постоянного магнитного поля В. Таким образом, при правильно подобранных постоянных напряжениях движение электрона в пучке в отсутствие высокочастотного сигнала внешне не отличается от движения электронов в лампе бегущей ватны типа О. Электронный луч проходит вдоль замедляюнгей системы и целиком попадает на коллектор. Рассмотрим теперь, что произойдет при подаче СВЧ сигнала на вход замедляющей системы.
Электрическое поле волны, бегущей по замедляющей системе, имеет продольную и поперечную составляющие (рис. 7.38, а). В ЛБВ типа О благодаря присутствию сильного продольного магнитного поля роль поперечной составляющей высокочастотного поля обычно мала. Иначе обстоит дело в приборах М-типа. При синхронизме электронов и волны радиальное высокочастотное поле вычитается или складывается с постоянным электрическим полем, существуюгцим между замедляющей системой и отрицательным электродом. В результате этого электроны начинают двигаться медленнее или быстрее волны и образуют сгустки в областях максимального тормозящего высокочастотного поля.
Тормозящее тангенциальное поле, как и в обычнолг магнетронном генераторе (см. рис. 7.!4 и 7.!5), обусловливает наклон суммарного электрического поля по отношению к электродам лампы. Таким образом, качение круга, центр которого описывает траекторию электро- 311 НейоомуцЧенин й ото зрения прямолинейное движение электрона получается за счет того, что поперечная сила, действующая на электроны со стороны электрического поля, полностью уравновешивается противоположно направленной лоренцевой силой со стороны магнитного поля.
С учетом (7.5!) условие (7.47), определяющее прямолинейный характер движения электрона, может быть переписано в виде Хван ям а~пН ~ 312 на, начинает происходить по наклоненной вверх плоскости. Электроны, входящие в состав сгустков, начинают постепенно приближаться к верхнему электроду, находящемуся под более высоким постоянным потенциалом. Электронные сгустки приобретают вид, показанный на рис. 7.38, б. Формирование сгустков в отличие от приборов О-типа не сопровождается увеличением плотности пространственного заряда, а происходит в основном за счет перераспределения его в пространстве взаимодействия, т. е, изменения границ электронного пучка. Рассмотренные процессы очень сходны с процессом формирования спиц в пространстве взаимодействия магнетронного генератора.
Средняя скорость электронов в, при взаимодействии с волной остается | неизменной. Постепенно поднимаясь к аноду (замедляющей системе), электроны теряют потвнциальную энергию, которую они имеют в поле, созданном мегкду анодом и отрицательным электродом. При достаточно большой длине системы электроны попадают не на коллектор, а на замедляющую систему, рассеивая на ней кинетическую энергию, которую они получили от источника ускоряю. щего напряжения О, Таким образом, в сравнении с лампами типа О механизм усилителя М-типа обладает двумя суще. ственными особенностями; 1) наиболее благоприятное взаимодействие электронов с бегущей волной в режиме малых амплитуд и передача энергии от электронов к полю в усилителях типа М происходят при точном равенстве сред.
ней скорости электронов о, и фазовой скорости волны с . Напротив, для передачи энергии от электронов к полю в ЛБВ типа О требуется, чтобы электроны двигались немного быстрее волны; 2) в ЛБВ типа О электроны передают полю только избыточную кинетическую энергию, соответствующую разности скоростей электронов и волны.
К. п. д. ограничен допустимой разностью указанных скоростей. Энергия, передаваемая полю, черпается от источника ускоряющего напряжения 60. Наоборот, в магнетронном усилителе кинетическая энергия электронов, приобретенная от источника ускоряющего напряжения, не изменяется. В высокочастотную энергию преобразуется лишь потенциальная энергия от источника постоянного напряжения У, (см.
рис. 7.37). В магнетронном усилителе, изображенном на рис. 7.37, использована экранированная электронная пушка, сходная с обычными пушками приборов типа О. Более широкое применение в усилителях типа М с инжектированным электронным потоком находят электронно- оптические системы с поперечным магнитным полем. Простейшим примером таких систем является магнетронная пушка типа корол>- кой оптики, схелйатически изображенная на рис.
7.39. В этом устройстве катод располагается параллельно поверхности отрицательного электрода; над катодом размещается первый анод (управляющий электрод). Вся пушка находится в поперечном постоянном магнитном поле, как и пространство взаимодействия рассматриваемого прибора.
Муар иа ° а) Рис 7.40. Схемы ЛБВ и ЛОВ М с ин>кектиРопдн. ным потоком: ! — вамедляю>цая система 5 — отрнцетеляяый лектрол, 5- катод; б †управляющ вленгрод, 5 †коллект; б — элект. ронный поток; à — согласованная нагруака; 5 †поглощающ вставка; й — вход, го — гыяод Электроны, эмиттированные катодом, двигаются сначала по циклоидальной траектории, как в обычном магнетронном генераторе (рис.
7.39). Подбирая расстояние от катода до входа в пространство взаимодействия, можно вводить электроны в пространство взаимодействия как раз с вершины циклоиды, где отсутствует поперечная составляющая скорости пй. Если отвлечься от неоднородности поля в переходной области, то в соответствии с (7.48) дальнейшее движение электрона может происходить по прялюлинейной траектории. Это изменение в движении электрона с учетом (7.82) можно характеризовать переходом с окружности катящегося круга радиуса )с в центр другого катящегося круга, скорость движения которого в два раза больше, чем в области пушки. )1ля этого при В = сопз( напряженность постоянного электрического поля Ев в области пуш- д1д ки должна быть ровно в два раза меньше, чем напряженность Е в пространстве взаимодействия.
Расстояние от точки вылета электрона из катода до входа в пространство взаимодействия должно составлять п74. При конечной протяженности катода в направлении оси х траектории электронов приобретают трохоидальный характер. Во избежание этого катод должен иметь вид узкой ленты, как показано на рис. 7.39. Схема устройства усилительной лампы прямой волны М-типа (магнетронного усилителя) с короткой оптикой приведена на рнс. 7.40, ш Похожее устройство могут иметь и лампы обратной волны М.типа, как показано на рис.
7.40, б на примере генераторной ЛОВ. На коплекторном конце замедляющей системы здесь, как и в приборах типа О, располагается согласованная нагрузка. б. Коэффициепт полезного действии ЛОВ и ЛБВ типа М птоп' )" раас ' Через ои здесь, как и в предыдущих расчетах, обозначена скорость электронов, соответствующая движению центра катящегося круга Е в пространстве взаимодействия, равная —. Эту скорость можно харак- В' теризовать эквивалентным постоянным напряжением (/е, наложенным на ускоряющий электрод в пушке обычного типа (см., например, рис. 7.37).
Величина (/о связана со скоростью ои очевидным соотно- шением и,= "'"' 2е (7. 54) Энергия, рассеиваемая одним электроном на замедляющей системе, может быть при этом записана в виде )Уграсс —— е(ус. С другой стороны, максимальная потенциальная энергия электрона по отношению к замедляющей системе составляет тт'„=еУ„где (7, — постоянное напряжение, приложенное между катодом и замедляющей системой. Следовательно, электрон, попавший в присутствии СВЧ сигнала на замедлшощую систему, должен отдать нолю энергию Л)тг, равную тлЮ'=!Є— Ю „с=-а((/,— Ус). Отсюда может быть определен к.
и. д. рассматриваемого одиночного электрона: дат иа т) = — =- 1 — —. ал = Кп и,' (7.55) Рассмотрим максимальный электронный к. п. д. усилителя и генератора М-типа, схемы которых приведены на рис. 7.40. Воспользуемся, как и в случае магнетронов, энергетическим методом расчета. Если циклоидальное движение электронов отсутствует, то энергия, рассеиваемая одним электроном на замедляющей системе или на коллекторе, равна Чем больше расстояние между поверхностью замедляющей системы и уровнем встрела электронного потока при неизменном расстоянии й (см.
рис. 7.37 и 7.40), тем больше запас потенциальной энергии электронов и тем выше в принципе электронный к. п, д. Напряжение (ум входящее в (7.55), находится в тесной связи с коэффициентом замедления волны в рассматриваемой системе. В самом деле, в условиях фазового синхронизма скорость электрона должна быть равна фазовой скорости прямой или обратной волны и . Подставляя величину о в (7.54) и используя (7.55), получаем: (7,56) 4и, Ч =1 — —. чл а (7. 57) При трохоидальных траекториях, занимающих промежуточное положение между прямолинейной и циклоидальной траекториями, электронный к. п. д. ЛБВ и Х!ОВ типа М может быть описан урав- нением (7.58) где к — коэффициент, лежащий в пределах 4 ) я: 1. Напомним, что через (7, обозначено воображаемое напряжение, соответствующее средней скорости электронов пч.
Соотношения (7.55) и (7.58) по смыслу близки к уравнению (7.41), ойнсывающему электронный к. п. д. магнетронного генератора. 315 Уравнение (7.56) показывает, что чем больше коэффициент вас медленна волны — и чем выше аяодпое напряжение (7, тем выше сф а электронный к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
