Федоров Н.Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ (2-е издание, 1979) (1152182), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Поставив, как на рис. 4.12,после обычной замедляющей системы секцию с другим коэффициентом замедления,необходимым для выполнения условия примерного синхронизма на кратной частоте,можно на выходе секции получить колебания этой гармоники.В табл. 3 приведены основные параметры типовых ЛБВО, две последние строчки74относятся к типам ЛБВ с очень большой мощностью в непрерывном или импульсномрежиме.
На рис. 4.17 показан внешний вид мощной ЛБВ.Рис. 4.17Таблица 3Основные параметры ЛБВО75§ 4.6. Принцип работы усилительной ЛОВОСхема усилительной ЛОВ показана на рис. 4.18,а. В отличие от ЛБВ сигнал взамедляющую систему входит у коллектора, а выходит—у катода. Поэтому направлениегрупповой скорости (направление передачи энергии) противоположно направлениюскорости электронов v0.Так как в ЛОВ используется обратнаяпространственная гармоника, то ее фазовуюскорость vфp надо направить навстречугрупповой скорости vг. Таким образом, в этойсхеме vфp и v0 совпадают по направлению, ипоэтому при выполнении условия синхронизмадля обратной гармоники (v0◊vфp) можнообеспечить ее взаимодействие с электроннымпотоком,такжекакобеспечивалосьвзаимодействие для прямых пространственныхгармоник в ЛБВ.
Модуляция потока поскорости в случае выполнения условиясинхронизмаприведеткгруппировкеэлектроноввтормозящий полупериодРис. 4.18.СВЧ-полябегущейволны(обратнойпространственной гармоники). Электронный поток отдает часть кинетической энергииполю волны. Но энергия волны может переноситься по замедляющей системе только внагрузку, т. е. в сторону катода, поэтому амплитуда поля Ez возрастает в этом женаправлении (рис. 4.18,6).Электроны, влетающие со стороны катода в замедляющую систему, постепенногруппируются, так что амплитуда переменной составляющей конвекционного тока I(i)должна увеличиваться в электронном потоке к коллекторному концу.
Ток I(i) катода мал,так как еще не проявилось группирование электронов, а затем он резко увеличивается,потому что электроны попадают в область с наибольшей напряженностью поля Ez.Однако у коллекторного конца прирост тока I(i) незначителен: в этой области поле Ez малои не может существенно изменить имеющуюся группировку электронов. В свою очередь,наибольшая скорость изменения Ez получается у коллекторного конца, так как большомутоку I(i) соответствует значительный наведенный ток взамедляющей системе. Величины I(i) и Ez растут впротивоположных направлениях, увеличивая другдруга.
Это эквивалентно положительной обратнойсвязи.Таким образом, противоположность направленийгрупповой vг и фазовой vфp скоростей при условиисовпадения направления скорости электронов ифазовой скорости приводит к положительнойобратной связи. Характерно, что положительнаяобратная связь осуществляется через электронныйпоток и действует на любом элементе длины. Поэтому цепь обратной связи можнорассматривать как распределенную, состоящую из очень большого числа, цепей обратнойсвязи ОС, соответствующих каждому элементу длины, на котором происходитвзаимодействие поля замедляющей системы и потока (рис.
4.19). Усиление колебаний вЛОВ имеет регенеративный характер, пока ток пучка не превышает некоторогопорогового значения, после которого начнется генерация.76Необходимо отметить, что нельзя смешивать обратную волну с волной, отраженнойот выходного конца замедляющей системы. Отраженная волна не можетвзаимодействовать с электронами, так как фазовая скорость такой волны противоположнапо направлению скорости электронов. В ЛОВ возможно взаимодействие, даже еслиобеспечено идеальное согласование замедляющейсистемы на обоих концах.
Принципиальным являетсяналичиеобратныхпространственных гармоник,приводящих к появлению положительной внутреннейобратной связи.Усилительная ЛОВ — это узкополосный СВЧприбор.Условиесинхронизма,определяющееэффективность взаимодействия поля и электронов,может быть выполнено только в узкой области частотвследствие сильной зависимости фазовой скоростиобратных пространственных гармоник от частоты (рис.4.20,а). При заданном ускоряющем напряжении U0,определяющем скорость v0, усиление наблюдается вузкой полосе частот (рис. 4.20,б).
Таким образом, вусилительной ЛОВ можно осуществить электроннуюперестройку рабочей частоты.77§ 4.7. Принцип работы генераторной ЛОВОСхема генераторной ЛОВ показана на рис. 4.21. Она отличается от усилительной ЛОВтем, что входное устройство заменено поглотителем.Как известно, в любом электронном потоке имеются флуктуации скорости электронови тока с любой частотой. Поэтому в замедляющей системе ЛОВ возбуждаютсягармонические составляющие с любыми частотами, которые распространяются в обоихнаправлениях: в сторону поглотителя и выходного конца. Вследствие периодичностиструктуры замедляющей системы поле шумовых колебаний с любой частотой должнобыть представлено бесконечной суммой пространственных прямых и обратных гармоник.Среди шумовых пространственных гармоник, фазовая скорость которых совпадает понаправлению со скоростью электронов, найдется одна, у которой фазовая скоростьнемного меньше скорости электрона, так что будет выполнено условие синхронизма, т.
е.условие усиления. Далее описание процесса взаимодействия такое же, как в усилительнойЛОВ. Обратная пространственная гармоника, для которой выполняется условиесинхронизма, вызывает модуляцию электронного потока по скорости и, следовательно, поплотности, что, в свою очередь, приводит к передаче энергии от потока к полю, т. е.
кувеличению амплитуды гармоники и росту всего поля в замедляющей системе. Еслимощность, отдаваемая электронным потоком, превысит мощность потерь в системе,возникает генерация колебаний.Рис. 4.21Поясним назначение поглотителя в генераторной ЛОВ. Предположим, что нагрузка,подключенная к замедляющей системе около электронной пушки, не согласована ссистемой. Реальная волна, которая двигается к нагрузке, через обратнуюпространственную гармонику взаимодействует с электронным потоком и после первогоотражения от нагрузки идет по замедляющей системе к коллекторному концу, но уже невзаимодействуя с электронами.
При отсутствии поглотителя у коллекторного концапришедшая волна снова отражается и опять двигается к нагрузке, взаимодействуя сэлектронным потоком. Таким образом, распределение поля – это результат наложенияпервичной волны и дважды отраженной. Если их фазы совпадают, то выходная мощностьвозрастает, если противоположны, – то уменьшается. Так как сдвиг фазы при даннойдлине ЛОВ зависит от частоты, то должны наблюдаться колебания выходной мощностипо рабочему диапазону частот. Можно сказать, что поглотитель устраняет паразитнуюобратную связь, которая возникает при неполном согласовании с нагрузкой. Приидеальном согласовании системы с нагрузкой поглотитель вблизи коллектора был бы ненужен. Введение поглотителя, хорошо согласованного с замедляющей системой врабочем диапазоне частот, устраняет также и возможность генерации колебаний в ЛОВ напрямых пространственных гармониках.78§ 4.8.
Параметры и характеристики генераторных ЛОВОЧастота генерируемых колебаний. Частоту колебаний обычно находят из баланса фазавтоколебательной системы, т. е. из условия, что сумма всех сдвигов фазы в замкнутомконтуре, определяющем усиление и положительную обратную связь, кратна величине 2π.Это условие применимо для расчета частоты в том случае, если цепь обратной связиможет быть выделена. Особенность ЛОВ состоит в том, что в ней обратная связьосуществляется на любом элементе длины. Поэтому фазовое условие самовозбужденияколебаний, определяющее частоту колебаний, следует связывать с условием наилучшейпередачи энергии от электронного потока СВЧ-полю.В ЛОВ происходит взаимодействие электронного потока с полем бегущей волныобратной пространственной гармоники.
Наилучшие условия для передачи энергии отпотока полю в том случае, если образовавшийся сгусток электронов не выходит изтормозящего поля волны. Другими словами, необходимо, чтобы относительный сдвигфазы волны Ф0 и сгустка не превышал π, т. е.(4.43)где ωl/vфp определяет сдвиг фазы, создаваемый волной обратной пространственнойгармоники, a ωl/v0 – электронным потоком.Очевидно, что в общем случае Ф0 может быть равно нечетному числу π:(4.44)Число п называют порядком колебаний в ЛОВ или номером зоны колебаний. Для зонып=1 Ф0=3π, поэтому 2/3 пути электронные сгустки проходят в тормозящем, а 1/3 – вускоряющем поле, отбирая на этом участке энергию от поля волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
