Федоров Н.Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ (2-е издание, 1979) (1152182), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Все спицы в пространствевзаимодействия одинаковы.Спицы пространственного заряда должны иметь, такую же периодичность, как и СВЧполе усиливаемого сигнала. Электронный поток устойчив, если(8.1)где N— число сегментов анодного блока; ϕ – сдвиг фазы СВЧ-поля на одну ячейкуанодного блока. Условие (8.1) аналогично условию цикличности СВЧ-поля в магнетроне.Амплитрон может работать на частотах сигнала, для которых фазовый сдвиг на ячейку из(8.1) равен(8.2)Действительно, в этом случае спица, образующаяся в тормозящем СВЧ-поле, совершиводин оборот вокруг катода, снова попадает в максимум тормозящего поля и будетвзаимодействовать с ним и т.
д. Если частота не удовлетворяет условию (8.2), то спицапосле одного оборота не попадает в прежнюю фазу входного сигнала. Если сдвиг по фазеψ окажется больше ±90°, спицы после одного оборота попадают в ускоряющее поле ибудут распадаться. Это рассуждение позволяет приближенно определить полосупропускания амплитрона из соотношения(8.3)114§ 8.2. Параметры и характеристики амплитронаАмплитудная характеристика. Наибольший интерес представляет амплитуднаяхарактеристика амплитрона (рис. 8.3). Экспериментально обнаружено, что амплитронустойчиво работает в ограниченной области входных сигналов, причем ширина этойобласти зависит от постоянной мощности P0=I0U0.
При выбранной величине P0 имеетсяминимальный сигнал Рвх.мин, начиная с которого в амплитроне происходит усиление.Поясним эту особенность амплитрона.При слабом сигнале не происходит формирования устойчивых спиц пространственногозаряда, необходимых для нормальной работы амплитрона. Но при определеннойдостаточно большой мощности входного сигнала Рвх.мин, частота которого лежит вобласти рабочих частот амплитрона, происходит формирование спиц, обеспечивающихусиление входного сигнала. Однако далее выходная мощность слабо растет приувеличении входного сигнала, т.
е. амплитрон переходит в режим насыщения. Дляувеличения Рвых и коэффициента усиления при том же входном сигнале необходимоувеличение мощности источника питания Р0. В режиме насыщения Рвых и КПДмаксимальны, но коэффициент усиления невелик. Поэтому амплитрон оказался удобнымприбором для усиления очень больших входных сигналов и получения больших КПД, т. е.для применения в мощных оконечных каскадах усилителей.Амплитудно-частотная характеристика.
Полоса рабочих частот амплитрона восновном ограничена условием замкнутости электронного потока.Кроме того, она зависит от режима работы и степени согласованияв элементах ввода и вывода энергии. В амплитроне полоса сильнозависит от амплитуды входного сигнала, с ростом которого полосаувеличивается. Полоса рабочих частот амплитрона достигает 5—10%.Нагрузочные характеристики амплитрона. Характернаяособенность амплитрона—слабое влияние нагрузки на выходнуюмощность. Линии постоянной мощности на нагрузочной диаграммеблизки к окружности.Фазочастотная характеристика и электронное смещениефазы. Фазочастотная характеристика, снимаемая при постоянноманодном токе в типовом амплитроне в пределах изменения частоты ±50 МГц от среднегозначения практически линейна (отклонение не более 4°).Изменение электрического режима амплитрона (тока или напряжения) приводит кдополнительному небольшомуизменениюфазы выходного сигнала относительноТаблица 7Параметры некоторых амплитронов и стабилотроноввходного — электронное смещение фазы (ЭСФ).115Величина ЭСФ обычно не превышает 0,5—0,8° на 1% изменения анодного тока.Малое ЭСФ также является важной особенностью амплитрона.Выходная мощность и КПД.
В амплитроне принципиально не существуетограничения на выходную мощность. Однако практически она определяется эмиссионнойспособностью катода и допустимой мощностью, рассеиваемой на аноде. В непрерывномрежиме мощность достигает 500 кВт, а в импульсном—10 МВт. Обычно амплитроныимеют КПД не менее 55—60%, а отдельные типы мощных и сверхмощных приборов 70—85%. В табл. 7 приведены параметры некоторых амплитронов.116§ 8.3. Принцип работы стабилотронаСтабилотрон — это генератор высокостабильных по частоте колебаний, выполненныйна основе платинотрона.
Схема устройства стабилотрона показана на рис. 8.4, а внешнийвид—на рис. 8.5. На выходе платинотрона расположены отражатель-фазовращатель инагрузка, к входу присоединены высокодобротный резонатор и нагрузка (поглотитель).Рис. 8.4Рис. 8.5Если на выходе платинотрона появился шумовой сигнал, то часть его отразится отфазовращателя и начнет двигаться в обратном направлении.
Отраженный сигналпрактически без затухания проходит через замедляющую систему на вход платинотрона ипопадает в резонатор. Часть пришедшей энергии отразится от резонатора и пойдет к входуплатинотрона, усилится в нем и вернется к фазовращателю, опять отразится и т.
д. Такимобразом, появляется замкнутая цепь обратной связи. Если сдвиг фазы по петле обратнойсвязи кратен 2π, то связь положительная и возможно самовозбуждение колебаний.Основным элементом, стабилизирующим частоту автоколебаний, является резонатор.Фаза коэффициента отражения в месте расположения резонатора сильно зависит отчастоты, полный фазовый сдвиг вблизи резонансной частоты f0 резонатора имеет резкийскачок.
Необходимо, выполнить баланс фазы именно на частоте f0. Применениевысокодобротного резонатора повышает стабильность генерируемой частоты в 100—200раз. Частота изменяется перестройкой резонатора и одновременной подстройкойфазовращателя. Фазовращатель позволяет обеспечить перестройку частоты всравнительно широком диапазоне (до 10%).По сравнению с магнетроном при той же мощности стабилотрон имеет более высокуюстабильность частоты при изменении условий работы (нагрузка, анодный ток и др.).
Встабилотроне электронное смещение частоты значительно меньше.Параметры стабилотрона приведены в табл. 7.117Глава 9 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИВИДАМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ§ 9.1. Приборы с параметрическим усилением в электронном потокеПараметрическое взаимодействие электронов с СВЧ-полем рассмотрим на примереквадрупольного усилителя, предложенного в 1958 г. Адлером (рис.
9.1).В этом приборе принципиальное значение имеет продольное магнитное поле,совпадающее с осью электронного потока. Электроны, вылетевшие из электронногопрожектора, последовательно проходят резонаторы—входной, накачки и выходной. ВоРис. 9.1входном и выходном резонаторах пространством взаимодействия служит конденсаторныйпромежуток, в котором электрическое поле перпендикулярно оси электронного потока.Оба резонатора настроены на частоту сигнала ω, подводимого к первому резонатору.При отсутствии сигнала электроны движутся по оси прибора и достигают коллектора.Если к входному резонатору подведен сигнал, то в зазоре конденсатора электроныиспытывают поперечное воздействие электрического поля.
В скрещенных магнитном иэлектрическом полях электроны двигаются по спиральной линии, ось которой совпадает снаправлением магнитного поля. Вращение в плоскости, перпендикулярной магнитномуполю, происходит с циклотронной частотой [см. формулу (5.5)], а радиус спирали зависитот напряженности электрического поля. Напряженность магнитного поля выбрана так, чтоциклотронная частота равна частоте сигнала (ωц=ω). Ускоряющее напряжение междуколлектором и катодом берется настолько малым (несколько вольт), чтобы на длинеэлектродов наблюдалось значительное число циклотронных орбит (витков винтовойлинии).Поперечное смещение электронов можно представить как «поперечные» волныэлектронного потока с напряженностью электрического поля, направленнойперпендикулярно оси электронного пучка. Эти волны характеризуются циклотроннойчастотой (частотой обращения электронов в магнитном поле) и названы циклотронными.В электронном потоке возбуждаются как медленная, так и быстрая циклотроннаяволны, фазовые скорости которых по направлению оси определяют по формулам(9.1)(9.2)Различие в величинах vф.м и vф.б зависит от ωц, т.
е. от напряженности магнитного поля.Если оно таково, что ωц=ω, то vф.м=v0/2, а vф.б→ ∞. В этом частном случае можнопренебречь временем распространения быстрой волны вдоль прибора.118Будем считать, что ωц=ω. При этом условии энергия сигнала переходит в энергиюпоперечных колебаний электронов и скорость вращательного движения увеличивается.Результирующая траектория электрона во входном резонаторе может быть представленаспиральной линией с непрерывно возрастающим радиусом, причем радиус на выходерезонатора пропорционален амплитуде входного сигнала.В резонаторе накачки с помощью квадрупольного конденсатора создается поперечноеСВЧ-поле, вращающееся с частотой поля накачки ωн (рис.
9.2). Рассмотрим случай, когдаωн=2ω. Пусть электрон А, вошедший в квадрупольныйконденсатор в некоторый момент времени, вращается влево сциклотронной частотой ωц, равной частоте сигнала ω.Электрическое поле накачки является для электрона Аускоряющим, так как сила F увеличивает его вращательнуюскорость.
Через четверть оборота, т. е. через полпериода сигнала,электрон А придет в точку В, но электрическое поле изменит вэтот момент времени направление по сравнению с указанным нарис. 9.2. Электрон А снова будет ускоряться и т. д. Ускорениедолжно сопровождаться увеличением радиуса вращенияэлектрона А, так как радиус пропорционален поперечнойскорости. Аналогично, если в момент влета в квадрупольныйРис. 9.2конденсатор электрон оказался в точке В с тормозящим полем, тов дальнейшем этот электрон будет непрерывно тормозиться, арадиус его спиральной траектории — уменьшаться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
