Федоров Н.Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ (2-е издание, 1979) (1152182), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.3 и вся система векторовповорачивается по часовой стрелке. Кроме того, увеличение углов пролета приводит куменьшению средних значений конвекционного тока в промежутках. Таким образом,должно наблюдаться увеличение I с1.нав и уменьшение угла ϕ с1 . Это значит, что с ростомчастоты происходит увеличение активной составляющей сеточного наведенного тока имощности, потребляемой сеточной цепью от источника переменного напряженияАктивное входное сопротивление лампы обычно рассчитывают по приближеннойформулеRвх(ω)=1/(pSк ω2 τ2 к-с1)(1.18)∂I k) τ л −с1 — время пролета∂U c1электрона от катода до первой сетки; р — поправочный коэффициент, связанный с тем,что при выводе формулы (1.18) не учтено влияние времени пролета в промежутке IIмежду первой и второй сетками.
По формуле (1.18) активная составляющая входногосопротивления обратно пропорциональна квадрату частоты, т. е. потери мощностипропорциональны квадрату частоты.где S k —крутизна катодно-сеточной характеристики ( S k =9§ 1.3. Сеточные лампы СВЧ в режиме больших амплитудДвижение электронов в промежутке катод—управляющая сетка можно определить,пользуясь уравнением движения(1.19)при этом для упрощения рассмотрим случай, когда напряжение сетки содержит толькопеременную составляющую(1.20)uc1 (t ) = Uc1m sinωtНапряженность поля в промежутке катод—сетка при густой управляющей сеткеопределяется практически напряжением сетки, т.
е.E=vc1 (t ) U c1m=sin ω ⋅ td c1− kd c1− k(1.21)где d c1− k — расстояние между сеткой и катодом. Подставляя выражение (1.21) в уравнение(1.19), произведя дважды интегрирование и используя начальные условия, что в моментвылета электрона из катода координата z=0, скорость v=0 и ускорение dv/dt=0, получимрешение в виде(1.22)(1.23)Уравнение (1.22) показывает, что координата электрона z зависит от момента вылетаего из катода t1 . Различным моментам t1 соответствуют разные значения напряженностиполя, в котором начинает двигаться электрон.Для наглядности движение электронов принято представлять с помощьюпространственно-временной диаграммы (рис.
1.4). Эта диаграмма изображаетзависимость пути, проходимого электроном, от времени. Различные кривыесоответствуют электронам, вылетевшим из катода в разные моменты времени t1 одногопериода напряжения, U c1 (t ) , которое также показано на рис. 1.4. В следующем периодевсе кривые должны повториться.Наклон кривых, построенных по формуле (1.22), определяет скорость электронов.
Покривым можно также найти момент времени, когда электрон, вылетевший из катода вмомент времени t\, достигнет сетки с координатой z = d c1− k .Не все электроны пройдут через сетку. Электроны, начавшие движение от катода вразличные моменты времени положительного полупериода, можно разделить на тригруппы. К первой группе относятся электроны, которые доходят до сетки, не изменяянаправления движения. Электроны второй группы не долетают до сетки, поворачиваютк катоду, но не попадают на него и, изменив еще раз направление движения, двигаются ксетке, вызывая увеличение длительности импульса конвекционного тока в пространствесетка — анод. Электроны третьей группы возвращаются к катоду, увеличивают объемныйзаряд, поле которого препятствует движению других электронов от катода к сетке вследующий положительный полупериод напряжения. Увеличение длительности импульса10анодного тока по сравнению с длительностью импульса около сетки и рост объемногозаряда в пространстве катод—сетка нежелательны, так как приводят к уменьшениюпервой гармоники конвекционного тока.Условно режим работы лампы, при котором половина числа электронов, вылетевшихиз катода, пролетит через сетку и достигнет анода, называют критическим.
Этому режимуна рис. 1.4 соответствует пунктирная прямая, для которой z/D ≈ 2,3. Подставляя в этоусловие z = d c1− k и используя выражение (1.23), можно найти при заданных d c1− k иамплитуде напряжения на сетке U c1m критическое значение частоты сеточных ламп(2.24)Чем меньше расстояние между сеткой и катодом и чем больше амплитуда сеточногонапряжения, тем выше частота, на которой может быть использована лампа.11§ 1.4. Особенности устройства и примененияВ предыдущих параграфах было рассмотрено влияние времени пролета на работуэлектронных ламп, но кроме этого следует учитывать влияние междуэлектродныхемкостей, индуктивностей выводов и потери в элементах (изоляторах) на высокихчастотах.Рис. 1.5Рис. 1.6Междуэлектродные емкости лампы входят в колебательную систему СВЧ и снижаютее собственную частоту, ограничивая верхнюю рабочую частоту усилительной илигенераторной схемы.
Поэтому в лампах СВЧ принимаются меры к уменьшениюмеждуэлектродных емкостей. Из индуктивностей наибольшее влияние оказываетиндуктивность катодного вывода, которая, изменяя фазовые соотношения, приводит кувеличению активной составляющей входной проводимости.Уменьшение углов пролета в лампах достигается уменьшением расстояния междуэлектродами и повышением постоянных напряжений. Однако в первом случае, чтобы непроисходило увеличение междуэлектродных емкостей, приходится одновременноуменьшать площадь электродов. Последнее сопровождается понижением максимальноймощности, рассеиваемой электродами, и полезной максимальной мощности лампы.Для уменьшения индуктивностей выводов необходимо увеличивать поверхностьметаллических выводов катода, анода и сеток.
Выводам придается форма, удобная длясоединения с колебательной системой, т. е. с передающими линиями и резонаторами.Для уменьшения диэлектрических потерь на СВЧ вместо стекла используютвысокочастотную керамику.На частотах до 500 МГц применяют миниатюрные и сверхминиатюрные лампы, а наболее высоких—карандашные (рис. 1.5), маячковые (рис. 1.6) и металлокерамическиелампы (рис. 1.7). Общей особенностью последних является применение выводов сетки иочень малые расстояния между электродами (до 0,1 мм). Карандашные триодыиспользуют до частоты 3 ГГц, а металлокерамические—до 10 ГГц. Маячковые иметаллокерамические лампы способны генерировать колебания с мощностью донескольких ватт в непрерывном режиме и до единиц киловатт — в импульсном.
На СВЧиспользуют металлокерамические лампы—нувисторы*, отличающиеся высокойнадежностью, экономичностью и технологичностью изготовления. Мощные электронныелампы СВЧ имеют специальную конструкцию, которая обеспечивает рассеянияэлектродами большой мощности.
В качестве примера можно привести специальный12лучевой тетрод - резнатрон. Анод лампы имеет камерную конструкцию и водяноеохлаждение. Катод и сетки выполнены в виде системы стержней. Внутри стержней(трубок) экранирующей сетки течет охлаждающая вода. Элемент конструкции,соответствующий одному стержню катода, показан на рис. 1.8. В непрерывном режимеполучена колебательная мощность до 60 кВт и КПД до 70% при длине волны λ =70—75см и напряжении источника питания 10—16 кВ. В табл. 1 приведены сведения опараметрах некоторых электронных ламп СВЧ.Рис.
1.7Рис. 1.8Таблица 1Параметры некоторых ламп СВЧКрутизна, мА/ВРабочая длина волны, см5С5Д6С44ДМаячковый триодМеталлостеклянныйтриод0,10,122,33,61,31,70,050,125025015,545,057,58,960,00,0355С36КМеталлокерамический триод0,0123,52,30,01525010,0123,190,030,040,703,321,51,64,50,040,12250170060,070018306,98301,5 2000,7030200,041800 1900303010000,7030200,041500 200040602500.ТиплампыГС-4ВГС-1 БГС-ЗБГС-ЗАКонструкцияТо жеТо жеМеталлокерамический тетродТо жеРасстояниекатод-сетка,ммемкости, пФC c1 .k C c 1 .
aC akОтдаваемаямощность, ВтАнодноенапряжение ВАнодный ток,мАМеждуэлектродные≥513Глава 2 ПРОЛЕТНЫЕ КЛИСТРОНЫПролетные клистроны — это разновидность приборов с кратковременнымвзаимодействием электронов с высокочастотным электрическим полем. В зависимости отназначения пролетные клистроны подразделяют на усилительные, умножительные игенераторные. Пролетные клистроны классифицируются также по числу резонаторов.Рассмотрение начнем с двухрезонаторных пролетных усилительных клистронов, а затемперейдем к многорезонаторным клистронам, получившим наибольшее распространение.§ 2.1.
Принцип работы двухрезонаторного усилительногопролетного клистронаНа рис. 2.1 показана схема устройства двухрезонаторного пролетного клистрона.Область клистрона между катодом и ускоряющим электродом является пространствомускорения. Все электроны, приходящие к первой сетке входного резонатора, имеютодинаковую скорость.
При подаче сигнала между сетками входного резонаторасуществует переменное электрическое поле. В один полупериод поле между сеткамидополнительно ускоряет электроны, в другой— тормозит их. Поэтому возникаетмодуляция скорости электронов с частотой сигнала. При дальнейшем движении поинерции (дрейф) внутри пролетной трубки электроны разных скоростей группируются всгустки. Таким образом, скоростная модуляция превращается в модуляцию электронногопотока по плотности. Поэтому область между обоими резонаторами называютпространством группирования, или дрейфа.
Очевидно, что частота следования сгустковравна частоте сигнала. Пролетая между сетками выходного резонатора, сгустки вызываютв нем наведенный ток той же частоты. Если собственная частота выходного резонатораравна частоте сигнала, то наведенный ток создает наибольшее напряжение между сеткамирезонатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
