29_kospect_electro (555831), страница 20
Текст из файла (страница 20)
(возникает тлеющий разряд)Точечно-растровые газоразрядные индикаторные панелиКатодные и анодные электроды выполнены в пазах смещенных пластин, пластины разделеныдиэлектриком с отверстиями в точках скрещивания катодов и анодов.При подаче напряжения возникает разряд в в точках скрещивания анодов и катодов.Рис.14 Конструкция газоразрядной индикаторной панели.Лекция 20. Общая характеристика СВЧ приборовОсобенности физических процессов в СВЧ приборах. Разновидности СВЧ электронных приборов.Условие реализации динамического управления электронным потоком.
Колебательные системы СВЧприборов. Распределение электрического и магнитного полей в тороидальном резонаторе. Расчетсобственной частоты тороидального резонатора. Понятие наведённого тока.Электронные СВЧ приборы предназначены для усиления, генерации и преобразования электромагнитныхколебаний СВЧ диапазонов. В электронных приборах СВЧ – используемая энергия свободных электронов,которая обеспечивается внешним источником питания. В квантовых приборах в энергию высокочастотного поляпреобразуется внутренняя энергия атомов (ионов, молекул). Электроны, участвующие в этом процессе, остаютсясвязанными со своими атомами.Общие сведения о СВЧ-диапазоне:область частот: 300 МГц – 300 ГГц, то есть дециметровые, сантиметровые;1м – 1мм и миллиметровые волныК СВЧ-диапазону примыкают субмиллиметровые волны 300 – 3000 ГГц, 1 – 0.1 ммК субмиллиметровым волнам примыкает диапазон оптических волн (инфракрасные, видимые иультрафиолетовые)3 ⋅1012 − 3 ⋅1016 Гц0.1мм − 10 −17 мВидимый диапазон 0.78 – 0.38 мкм занимает узкую область спектра.Рентгеновский диапазон:3 ⋅1016 − 3 ⋅1019 Гц10 А0 − 0.1А0Увеличение информационной емкости радиолиний – причина освоения диапазона.Важны специфические свойства электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона:1) Возможность получения направленных пучков электромагнитных волнАнтенны, коэффициент направлений действия антенныD = 4πS A / λ2 , где λ - длина волны.Использование направленных свойств СВЧ антенны в радиолинейных линиях связи, радиолокации ирадионавигационных системах.2) Электромагнитные СВЧ-волны проходят через ионосферу Земли идругие плазменные образования.
В отличиеот длинных и средних волн СВЧ-волны не могут огибать земной шар. Через ионосферу могут проходитьэлектромагнитные волны с частотой > 10 МГц.3) Кванты энергии СВЧ-колебаний соизмеримы с энергией переходов молекул с одного энергетического уровняна другой:hυ ;υ = 6.6 ⋅10 −27 орг ⋅ сИзучение частот поглощения и частот излучения веществом электромагнитных колебаний являетсярадиоэлектроники и радиотехники. Изучение взаимодействия веществ с СВЧ-излучением открывает возможностьактивного взаимодействия на процессы в микрочастицах, что важно для развития биологии и медицины.4) Электромагнитмые колебания СВЧ-диапазона могут распространяться не только в свободном пространстве, нои в линиях передач – волноводах.5) Связь радиоэлектроники СВЧ-диапазона с различными отраслями науки и техники.Проблемы освоения СВЧ-диапазона.1. Проявление инерции электронов, обусловленные тем, время пролёта электронов через междуэлектодноепространство становится сравнимым (и более) с периодом управляющего высокочастотного поля.2.
Недостатки колебательных контуров с определенными параметрами (индукционных и емкостных). Дляуменьшения времени пролёта τ (угол пролёта равен θ = ωτ = 2πτT) => необходимо уменьшать додесятков микрон расстояние между электродами при переходе в СВЧ-диапазон. Уменьшение площадиэлектродов приводит к уменьшению тока и мощности электронного прибора.Это обусловило развитие новых принципов взаимодействия электромагнитных колебаний с электроннымипотоками на СВЧ.По продолжительности взаимодействия электронных потоков с СВЧ-полем с кратковременных (прерывным)и длительным (непрерывным) взаимодействием. В первом случае используемое взаимодействие с СВЧ-полем…………..
во втором – с бегущей электромагнитной волной.Приборы с кратковременным взаимодействием – это приборы типа «0», пролётные и отражательныеклистроны. Приборы с длительным взаимодействием могут быть – ПБВ, ЛОВ и типа «М» - ЛБВМ, ЛОВМ,магнетрон, митрон.По типу управлению электронным потоком приборы разделяются с электростатическим и динамическимуправлением.Распределение СВЧ-приборов по диапазону частот.Достигнутый уровень выходной мощности некоторых мощных приборов в непрерывном режимеПо типу управления электронным потоком приборы подразделяются на приборы с электростатическим идинамическим управлением.В обычных электронных полупроводниковых приборах управление электронным потоком и током носителейзаряда смешанное, когда с изменением переменного напряжения на сетке меняется плотность электрическоготока.Статическое или квазистатическое электрические поля, которые не изменяются за время движения электронов вмеждуэлектродном промежутке.В электронных приборах, работающих на низких частотах плотность тока в различных сечениях одинакова, апеременная составляющая тока совпадает по фазе с приложенным напряжением.∫Энергия, потребляемая электрическим прибором, определяется интегралом Uidt , имеющим …………..значение.
Это означает, что любой электронный двух……. Такого типа представляет собой сопротивление и неможет быть использован в качестве генератора колебаний. Вследствие этого для отдачи энергии электронаминеобходимо вводить цепь обратной связи.Для СВЧ-приборов существенно изменены фазы управляющего поля в процессе движения электронов вмеждуэлектродном пространстве и конечность времени пролёта электронов. Скорость полёта электрона являетсяне однозначной функцией мгновенного значения потенциала точки пространства, а зависит от начальной фазынапряжения и времени пролёта электрона до данной точки.
При этом может получиться отрицательное значение∫интеграла энергии: Uidt < 0 , и возможно получение отрицательного сопротивления электронных приборов засчёт энергии электронов.При движении электронов в статическом поле полная энергия электрона равна нулю, то есть сума егокинетической и потенциальной энергий.Можно показать, используя уравнения движения электронов в междуэлектродном пространстве, что привзаимодействии электрона с быстропеременным электрическим полем происходит приращение энергии, котороеможет быть положительным или отрицательным. Величина и знак приращения энергии электрона определяютсяначальной фазой его, скоростью и соотношением между временем пролёта и периодом высокочастотного поля.Для усиления и генерирования СВЧ-колебаний необходимо, чтобы число электронов, отдающих энергию полюбыло бы дольше числа электронов, отбирающих энергию от поля.В связи с этим возникает необходимость формирования электронных потоков, плотность которых неоднородна иявляется функцией времени.
Это осуществляется на основе принципа динамического управления электроннымпотоком, когда под действием электрического поля происходит изменение скорости электронного потока споследующей модуляцией плотности потока, то есть образования сгустков электронов.Электроны ускоряются до энергии eUуск и приобретают скорость ϑв = 2eU уск , проходят через сеточныйmконденсатор колебательного контура, в котором возбуждаются колебания с частотой ω . Электрическое полеконтура сосредоточено в пространстве между сетками с направлением силовых линий параллельно скоростипотока.
В одну часть периода колебаний электроны отдают энергию полю, во время другой периоды приобретаютэнергию происходит либо ускорение, либо торможение электронов. В результате передача энергии отэлектронного потока полю не происходит.Чтобы энергия электрического резонансно двигалась в результате взаимодействия, необходимо, чтобы поток былпрерывным (в виде сгустка электронов) и времена прохождения электронов через колебательную системусоответствовали тормозной фазе электрического поля. Для этого необходимо, чтобы сгустки электронов были бысмещены по времени на период колебаний электрического поля.Идеальную группировку электронов не удаётся получить, поле затрачивает некоторую энергию на ускорениеэлектронов.Взаимодействие сгруппированных электронных потоков с электрическим СВЧ-полем может проходить вограниченной области резонансной системы, либо в пространстве в процессе совместного движения электронов иволны.
В последнем случае происходит не кратковременное, а длительное взаимодействие электронов с полемволны. В результате этого изменяется постоянная распространения бегущей волны. Амплитуда волны нарастает иволна приобретает дополнительную энергию.Принцип динамического управления электронным потоком поясним на устройстве с прерывнымвзаимодействием.
Представим движение электронов в междуэлектродном пространстве двухконтурногоклистрона, в котором процессы фазовой группировки и взаимодействия их с СВЧ-полем разграниченыпространственно.I – зона ускорения электронов, на сетки AA подан ускоряющий потенциал;II – зона модуляции, между сетками АА приложено переменное напряжение, время пролёта зоны мало посравнению с периодом переменного напряжения, в зависимости от фазы переменного напряжения произойдётизменение модуляции скорости электронов.III – зона преобразования модуляции электронов по скоростям в модуляцию на плотностях, зона группировкиэлектронов, быстрые электроны догоняют медленные, при определённой длине зоны и перегоняют дрейфы(отсутствие электрического поля), образуются сгустки электронов.IV – зона взаимодействия, реализуется условие отдачи энергии полю при прохождении сгустка электронов втормозящую фазу переменного напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
