Электровакуумные приборы магнетронного типа

(19)

где n=1, 2, 3, … - номер области возбуждения. Поле в любом сечении, имеет вид:

(20)

где L – длинна лампы, а z – расстояние от выходного конца лампы. Амплитуда поля распределена вдоль лампы по косинусоидальному закону, причем, характер распределения амплитуды поля в лампе, зависит от номера области возбуждения. Но при этом для любого вида колебаний фазовая постоянная распространения полного поля одинакова для всех зон генерации. Т. е. скорость распространения полного поля при любом виде колебаний одна и та же и равна средней скорости пучка. Таким образом, любому виду колебаний соответствует одна и та же генерируемая частота.

Рассмотрим, теперь, вопрос о пусковом токе в ЛОВ типа М. Для этого воспользуемся условием (19), подставляя в него выражение .

(21)

Для первой области

(22)

и для высших областей

(23)

Эти результаты были получены без учета пространственного заряда. Учет этого заряда настолько усложняет картину полного поля в ЛОВ, что исследование пусковых условий в аналитической форме становится невозможным и может быть проведено в частных случаях путем численного расчета.

3.3 Усилитель обратной волны типа М

Если к коллекторному концу ЛОВ, находящейся в достартовом режиме, подвести небольшой высокочастотный сигнал, ЛОВ превратиться в усилитель обратной волы (УОВ). Такой усилитель обладает рядом ценных свойств:

1) наличие положительной обратной связи обеспечивает высокий коэффициент усиления;

2) усилитель достаточно узкополосен, причем ширина полосы усиления может изменяться электронным способом;

3) усилитель перестраивается электронным способом в широком диапазоне частот, обусловленном полосой пропускания системы.

В [1] показано, что коэффициент усиления однокаскадного УОВ, в децибелах равен:

(24)

А полоса пропускания усилителя:

(25)

где - частота, соответствующая синхронизму (b=0). А - изменение параметра синхронизма, в пределах которого G падает на 3.

Серьезным недостатком однокаскадного усилителя обратной волны является то обстоятельство, что большие коэффициенты усиления могут быть достигнуты при токах луча (потока электронов), близких к пусковому. Это приводит к нестабильной работе УОВ, особенно при попытках перестройки в широком диапазоне частот. Другим отрицательным свойством УОВ является возможность паразитной обратной связи из-за отражения во входном и выходном трактах.

Недостатки УОВ могут быть в значительной степени ликвидированы при использовании двухкаскадного усилителя обратной волны (КУОВ) рис.9.

Здесь входной сигнал поступает на вход первого каскада и модулирует электронный пучок. В процессе взаимодействия с пучком сигнал усиливается и рассеивается на локальном поглотителе, расположенном в начале первого каскада. Сгруппированный электронный пучок поступает на вход второго каскада и наводит в нем СВЧ поле . Отношение выходного сигнала к представляет собой коэффициент усиления КУОВ. Схема работает при токах меньше пускового, и при снятии входного сигнала выходной сигнал исчезает. Анализ КУОВ дает следующее выражение для коэффициента усиления [1]:

(26)

Построим зависимость коэффициента усиления G от и в простейшем случае двух одинаковых каскадов: , и , для различных значений нормированного тока , рис. 10.

3.4 Применение ЛОВ типа М

ЛОВ применяются в широкодиапазонных сигнал - и свип-генераторах для радиотехнических измерений и радиоспектроскопии, в гетеродинах быстро перестраиваемых приёмников, в задающих генераторах передатчиков с быстрой перестройкой частоты. Современные генераторы на ЛОВ типа М способны обеспечивать выходную мощность в непрерывном режиме порядка десятков киловатт в дециметровом и единиц киловатт в сантиметровом диапазонах. В настоящее время они являются самыми мощными генераторами СВЧ колебаний с электронной перестройкой частоты.

Синхронизированные генераторы на ЛОВ типа М обладают высокой стабильностью частоты и низким уровнем шумов, что позволяет их использование в системах связи с частотной модуляцией.

4 Магнетрон

4.1 Устройство магнетрона и принцип работы

Принципиальная схема магнетрона представлена на рис.11

рис.11

Принципиальная схема магнетрона.

1. анодный блок резонаторов, 2. резонатор, 3. катод, 4. связки,

5. вывод энергии, 6. петля связи, 7. ламель.

Магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющих роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему. Соосно анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создается внешними магнитами или электромагнитом. Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля, закреплённая в одном из резонаторов, или отверстие из резонатора наружу цилиндра. Резонаторы магнетрона представляют собой замедляющую систему, в них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определенных видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π. Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающихся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец, одно из которых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные — другой).

1	2	3	4	5	6