Стр.302-376 (1152181), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Поскольку пол поле основной волны во всякой замедляющей системе имеет наибольшую амплитуду и наименьшую скорость спада в поперечном направлении, эта волна используется для взаимодействия с электронным потоком в платинотронных усилителях, Дисперсионная характеристика замедляющей системы на волив р = — 1 может быть представлена в виде зависимости ~р = и — 0 = )х(Х) или 9 = 7в(7»). Расчет такой характеристики может быть произведен с помощью эквивалентной схемы, приведенной на рис. 7.45, б.
На З здвз рис. 7.46 показана типичная форма за- бй („я-3) висимости 9 = 7(т). Величине 0 = 0 (гр = и) соответствует и-вид колебаний в обычных магнетронных генераторах. Таким образом, рис. 7.46 сходен с рассматривавшимися ранее графиками спек- «-л тров видов колебаний магнетронов. (7= г / Рис. 7.46 показывает, что замедля- л тз ющая система платинотрона обладает аномальной дисперсией. В самом деле, рис. 7.4б Лисперсиониая ха. при повышении частоты происходит рактеристика замедляющей сисуменьшение угла гр по пространству ™~ Л~атинотрона.
Заштрихо- ваны зоныусиления (пояснения взаимодействия, равного (и — О), и по- см в 4 7.11, в! вышение фазовой скорости волны, свя- юп' ванной с фазовым сдвигом ю соотношением ) гр ! = — Отрицательный !пь! знак при правой части уравнения (7.63) указывает на то, что дисперсия является отрицательной (обратной).
Для получения синхронизма наблюдатель (электронный поток) должен двигаться в направлении, противоположном движению энергии по системе, т. е. слева направо на рис. 7.45. Заметим, что это не играет никакой роли в магнетронных генераторах, хотя там также широко используется резонансная система со связками, возбуждаемая на той же основной волне в режиме ч-вида*. Дело в том, что колебательная система магнетрона замкнута в азимутальном направлении и имеет дискретные виды колебаний. Поэтому в кольцевом магнетронном резонаторе имеются две волны с одинаковыми фазовыми скоростями, бегущие в противоположных направлениях.
Условия синхронизма электронов с полем и самовозбуждения магнетрона обеспечиваются при любом направлении движения электронного потока, т. е. при обоих направлениях индукции постоянного магнитного поля. ' Основной волне замедляющей системы со связками, являющейся обрат. ной и обозначаемой здесь индексом р = — 1, в случае л~агнетронов в 47.3 формально приписан индекс р = О. Соответственно произведен на единицу сдвиг нумерации остальных гармоник. 11» 323 Напротив, в платинотроне при согласовании ввода и вывода энергии существует только одно (встречное по отношению к потоку энергии) направление движения электронов, при котором имеется синхро. низм, необходимый для усиления сигнала.
Этим и обусловлено одно. направленное усиление — вентильность, обеспечиваемая платинотронами и другими приборами типа бегущей волны, использующими принцип синхронизма. Изменение направления постоянного магнитного поля приводит к практически полному исчезновению усиления. Следует обратить внимание еще на одно обстоятельство.
В магнетронных генераторах существуют лишь дискретные значения фазового угла св между соседними резонаторами. В платинотроне же благодаря разрыву системы и согласованию входа и выхода возможны в принципе любые значения угла ср, определяемые дисперсионной характеристикой св = Щ). Однако, как будет показано далее, замкнутый характер электронного потока вносит дополнительные ограничения, приводящие к появлению преимушественных значений угла ср.
в. Особенности взаимодействии электронов с СВЧ полем в нлатинотроне. Зонм усилении Синхронизм электронного потока и основной обратной волны мо1кет быть обеспечен при равенстве средней скорости электронов (скорости центра катящегося круга о„), рассматривавшейся в ~ 7.2, и величины (оф),, определяелюй уравнением (7.63). Поскольку при неизменных значениях Уе иВ величина оч остается постоянной, а фазовая скорость по (7.63) зависит от частоты с учетом дисперсионной характеристики ср = 7(Х), можно заключить, что при изменении частоты входного сигнала относительно средней частоты рабочей полосы нарушаются условия синхронизма и снижается коэффициент усиления. Так, при повышении частоты происходит увеличение фазовой скорости ~ о ~ „в результате чего для восстановления синхронизма необходимо некоторое повышение анодного напряжения (/„.
Опыт показывает, что в реальных платинотронах рабочая полоса частот без подстройки анодного напряжения обычно не превышает 3 — 5% от средней частоты. Есть и другое обстоятельство, ограничивающее полосу усиливаемых частот амплитрона, связанное с замкнутостью электронного потока. Рассмотрим снова рис. 7.42.
Между выходом и входом, где имеется разрыв связок, обычно расположена одна холостал (нерабочая) ячейка, имеющая такие же геометрические размеры, как осталь. ные (рабочие) резонаторы. Электронные спицы, двигающиеся навстречу потоку энергии, беспрепятственно проходят со входа на выход усилителя. Формирование спиц в платинотроне происходит по тем же основным законам, как в магнетронных генераторах. Как было показано в 4 7.4, центр спицы находится в первом приближении в области максимального тормозяшего тангенциального поля.
Поэтому для отдачи наибольшей энергии СВЧ полю необходимо, чтобы после полного оборота электронный сгусток снова попадал на выходе платинотрона в ту же фазу тормозящего СВЧ поля. Время полного оборота спицы вокруг катода т„,„„должно составлять целое число периодов СВЧ колебаний с небольшим допустимым отставанием или опережением ~М: т „„=уТ*ЛГ; 7=1, 2, 3, (7. 64) С другой стороны, полное время оборота определяется скоростью вращения спицы; в условиях синхронизма эта скорость равна фазовой скорости волны (оф),.
Учитывая, что расстояние 2 между центрами 2пта соседних зазоров по поверхности анода равно ' , получаем с помощью (7.63): = — (и — Е), 2ята ~оф~, м (7.65) где Й вЂ” полное число ячеек (резонаторов), включая холостой резонатор, и г, — радиус анодного блока. Подставляя (7.64) в (7.65), имеем: 6 п(1 2у) (7.
66) Уравнение (7.66) показывает, что при 5Г 0 существуют дискретные значения О =- О,„„соответствующие наиболее эффективному взаимодействию электронов с полем и удовлетворяющие максимуму коэффициента усиления платинотрона. Оптимальные значения фазового сдвига ф,, на одну ячейку по пространству взаимодействия составляют 2яу р...= — 6... = .ч (7. 67) ПВ зан. зво Условие (7.67) сходно с уравнением (7.27), которое определяет дискретные значения фазового сдвига ~2 в магнетронных генераторах. В данном случае, однако, ограничение величины ф имеет другую природу — замкнутую форму электронного потока.
Это условие является менее жестким, чем замкнутость замедляющей системы, и допускает некоторые отклонения, соответствующие значениями ЛГ в уравнении (7.66). Для того, чтобы электронные спицы после полного оборота не выходили за пределы тормозящей фазы поля в выходном резонаторе, Т величина М не должна превышать —. Во всяком случае, величина 4' т 51 должна быть меньше —, чтобы спицы не попадали в максимум 2' ускоряющего тангенциального поля.
Оптимальным значениям га соответствуют оптимальные частоты ч, „вблизи которых расположены зоны усиления, заштрихованные на рис. 7.46. В случае У = 9 платинотрон имеет четыре зоны усиления (у = 1, 2, 3, 4); при й( = 15 имеются семь зон и т. д. Первой зоной принято называть зону, соответствующую максимальному воз- можному значению у, которое в случае нечетного числа резонаторов У у — 1 равно .
Прн работе в первой зоне анодное напряжение имеет наименьшую величину, так как скорость вращения спиц в этом режиме должна быть наименьшей. Однако во второй зоне, где у = 7У вЂ” 3 = — и —, обеспечивается более широкая полоса частот Лт благодаря более пологому ходу дисперсионной характеристики (см. рис. 7.46). Поэтому в большинстве амплитронов используется в качестве рабочей вторая зона усиления. Число у, характеризующее зону усиления, имеет простой физический смысл. Как было показано ранее, оно определяет количество периодов СВЧ колебаний за время одного оборота спицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
