Федоров Н.Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ (2-е издание, 1979) (1152182), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Причина насыщения рассматриваласьранее. На этом же рисунке показаны зависимостикоэффициента усиления от входного сигнала.Увеличение тока пучка I0 при постоянном входномсигнале приводит к пропорциональному росту выходноймощности, так как увеличивается энергия, отдаваемаяРис. 6.4электронным пучком полю. Теоретически в усилительныхприборах типа М нет ограничения по мощности, так какзависимость Рвых от I0 не имеет насыщения.
Однако зависимость электронного КПД оттока имеет насыщение, т. е. ηэ стремится к постоянной величине, поскольку Р0= I0/U0также увеличивается с ростом тока.Лампы непрерывного режима имеют мощность до нескольких киловатт и КПД порядка40%, а у импульсных ЛБВМ мощность составляет до нескольких мегаватт и КПД 60% иболее. Для импульсного режима характерны большие импульсные токи пучка (несколькодесятков ампер).Амплитудно-частотная характеристика. ЛБВМ по сравнению с ЛБВ типа О имеетболее широкую 'полосу пропускания при одинаковых замедляющих системах.Объясняется это следующим.
Электронный пучок в приборах типа М имеет конечнуютолщину ∆ (см. рис. 6.1). В потоке действуют расталкивающие силы пространственногозаряда, поэтому каждый электрон приобретает ускорение в поперечном направлении (пооси у) и поперечную составляющую скорости, которая вызывает появление силы Лоренца,Рис. 6.5Рис. 6.695направленной вдоль оси пучка. Сила пространственного заряда при удалении от оси пучкавозрастает. Электроны, находящиеся на разных расстояниях от оси, испытываютвоздействие различной по величине силы Лоренца. Отдельные слои пучка движутся сразличными скоростями. Электроны в верхнем слое имеют максимальную скорость, внижнем—минимальную.
Скорость электронов на оси остается неизменной. Отдельныеслои пучка начинают «скользить» относительно друг друга.Пусть при работе ЛБВМ на определенной частоте условие синхронизма выполняетсядля электронов, находящихся на оси. В этом случае другие слои электроноввзаимодействуют с полем менее эффективно. С изменением частоты может бытьвыполнено условие синхронизма для электронов других слоев, движущихся медленнееили быстрее осевого. Таким образом, при прочих равных условиях в ЛБВМ условиесинхронизма можно выполнить в более широкой полосе частот, чем в приборах типа О.Достоинство ЛБВМ кроме высоких выходной мощности и КПД, сравнительнобольшого коэффициента усиления, широкой полосы пропускания состоит также вхорошей фазовой стабильности выходного сигнала.
Недостаток ЛБВМ по сравнению сЛБВО – это высокий уровень шумов (20–25 дБ), вызванный взаимодействием электроновс отраженной волной и флуктуациями в области электронной пушки. Сейчас ЛБВМприменяют как мощные выходные усилители в дециметровом и сантиметровомдиапазонах волн.Таблица 5Параметры ЛБВМ и ЛОВМВ табл.
5 приведены параметры некоторых ЛБВМ. Схема устройства ЛБВМцилиндрической конструкции приведена на рис. 6.5, а внешний вид – на рис. 6.6.96§ 6.3. Принцип работы ЛОВМУстройство ЛОВМ. В лампах обратной волны типа М, которые могут бытьгенераторными или усилительными устройствами, взаимодействие электронного потокапроисходит с обратной пространственной гармоникой. Схема устройства цилиндрическойгенераторной ЛОВМ показана на рис. 6.7.Электроны, эмиттируемые катодом, под действием поля управляющего электрода имагнитного поля двигаются примерно по циклоидальной кривой и входят в пространствовзаимодействия, образованное верхним электродом (анодом) замедляющей системы инижним электродом (холодным катодом). При выполнении таких же условий, как вЛБВМ, электрон при отсутствии СВЧ-поля двигается по окружности (или по прямойлинии при плоских электродах) и попадает на коллектор. При выполнении условиясинхронизма (5.22), т.
е. при равенстве переносной скорости электронов и фазовойскорости обратной пространственной гармоники и токе пучка, большем пускового, вЛОВМ возникают колебания. У коллекторного конца лампы расположен поглотитель,который поглощает энергию, отраженную от выходного устройства, если согласованиеРис. 6.7в нем недостаточно хорошее.
Отсутствие поглотителя создает дополнительнуюпаразитную обратную связь, которая ухудшает равномерность частотной характеристики,так же как в ЛОВО (см. § 4.8). Если вместо поглотителя сделать ввод энергии иустановить ток меньше пускового, то ЛОВМ будет работать в усилительном режиме.97§ 6.4. Параметры и характеристики генераторной ЛОВМПусковой ток.
Так же как в ЛОВО, в генераторной ЛОВМ имеются зоны генерации.Для возбуждения колебаний в высших зонах требуется увеличивать числовзаимодействующих электронов, т. е. ток пучка. Связь между пусковыми, токами в любойзоне с номером п и первой устанавливается формулой))I 0( n(пуск)= (2n − 1) 2 I 0(1(пуск),(6.8)т. е. зависимость от номера оказывается сильной (квадратичной).При большом токе пучка одновременно возможна генерация колебании в несколькихзонах. В этом режиме работы в спектре кроме частот колебаний зон присутствуюткомбинационные частоты. Многочастотность – это существенный недостаток ЛОВМ приработе с током пучка, большем пускового тока для первой зоны.Выходная мощность и электронный КПД.
Выходная мощность ЛОВМ и ЛБВМпрактически линейно зависит от тока пучка (рис. 6.8):Pвых = A( I 0 − I 0(пуск) ) ,где А – некоторый коэффициент. Выходная мощность ЛОВМв дециметровом диапазоне в непрерывном режиме достигаетнескольких десятков киловатт, в сантиметровом диапазоне –порядка нескольких сот ватт и в миллиметровом диапазоне –десятков ватт. Электронный КПД ЛОВМ также зависит оттока пучка. Сначала КПД растет с увеличением тока пучка, азатем после перехода ЛБВМ в режим насыщения практическине изменяется.
B этом режиме Рвых и затраченная мощностьP0=I0U0 практически одинаково увеличиваются с ростом тока.Максимальное значение КПД можно определить по формулеРис. 6.8(6.4), обычно КПД составляет 50–60%.Электронная перестройка частоты. Как и в ЛОВО, частота генерируемых колебанийзависит от ускоряющего напряжения (электронная перестройка частоты). Однако этазависимость в ЛОВМ более линейна. В ЛОВО скорость электронов пропорциональнаU 0 а следовательно, и частота примерно пропорциональна U 0 .В ЛОВМ в условие синхронизма входит скорость электронов,равнаяпереноснойскорости,котораяпропорциональнанапряжению U0.
Если считать, что в ЛОВМ фазовая скоростьволны примерно линейно зависит от частоты (см. рис. 4.20), точастота генерируемых колебаний почти линейно зависит отРис. 6.9напряжения U0. Линейность характеристики электроннойперестройки частоты (рис. 6.9) является важным практическим преимуществом ЛОВМ.Параметры некоторых ЛОВМ приведены в табл. 5.98Глава 7 МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОНМногорезонаторный магнетрон – электронный прибор типа М, предназначенный длягенерации СВЧ-колебаний.
Генерация происходит в результате взаимодействияэлектронов в скрещенных электрическом и магнитном полях с СВЧ-полем замкнутой(кольцевой) замедляющей системы, образованной цепочкой резонаторов. Вмногорезонаторном магнетроне используется внутренний цилиндрический катод,который создает эмиссию электронов по всей длине кольцевого пространствавзаимодействия и обеспечивает получение замкнутого электронного потока.§ 7.1. Статический режим работы магнетронаУпрощенная схема многорезонаторного магнетрона показана на рис. 7.1.Колебательная система магнетрона образована рядом объемных резонаторов,выполненных в материале анода (анодного блока).
Электроны эмиттируютсяцилиндрическим катодом. Пространство между катодоми анодом называется пространством взаимодействия. Вэтой области происходит обмен энергией междуэлектронами и СВЧ-полем. Объемные резонаторысвязаны с пространством взаимодействия через щели, таккак СВЧ-поле «провисает» в это пространство. Привыполненииопределенныхусловийвмногорезонаторном магнетроне возникают колебания.Энергия выводится с помощью витка связи,находящегося в одном из резонаторов, и коаксиальнойлинии или волновода. Вакуумная камера магнетронапомещена между полюсами электромагнита илипостоянного магнита, причем направление магнитногополя совпадает с осью катода.Рис.
7.1Анод магнетрона имеет положительный потенциалUа относительно катода. В цилиндрическом магнетронесиловые линии электрического поля направлены по радиусу, а магнитные – параллельнооси магнетрона, поэтому в пространстве взаимодействия электрическое и магнитное полявзаимно перпендикулярны («скрещенные поля»).В первом приближении соотношения, полученные в § 5.1, применимы и дляцилиндрического магнетрона. Движение электрона представим как перемещение точкидиска, катящегося без скольжения по цилиндрическойповерхности катода (рис. 7.2).При данном Uа и В=0 электрон, движется к аноду по радиусу(прямая 1 на рис.
7.2). При увеличении индукции траекторияискривляется, но электрон еще попадает на анод (кривая 2).Существует некоторая критическая индукция Вкр, при которойрадиус r катящегося диска равен половине расстояния междуанодом и катодом, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
