книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

Т а б л и ц а 3.11

Некоторые данные умножительных клистронов нспрсрыв~ ного действия с механической настройкой

Т а б л и ц а 3.1

Некоторые данные клистронов автогенераторов непрерывного действия

172

муму возможность появления скрытых дефектов произ­ водстваКроме того, была предпринята обширная про­ грамма обследования клистронов, выходящих из строя

Р,8т

тог

Ши

Рис. 3.49. Диаграмма распределения клистро­ нов автогенераторов непрерывного действия по уровню мощности в диапазоне частот [35].

в процессе эксплуатации, которая включала просвечива­ ние рентгеновскими лучами ВЧ зазоров пролетных тру­ бок, проверки на натекание, детальное обследование электродов разобранных клистронов и т. п.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.С л у ц к и н А. А. Механизм возбуждения колебаний в мно­ госегментных магнетронах. Ж'ГФ, 1947, т. -17, вып. 4.

2. Г р е х о в а М. Т. и Г а п о н о в В. И. Обертоны контура магнетронного генератора сантиметровых волн. ЖТФ, 1940, т. 40, вып. ilO.

173

3. Ф и с к Д., Х е г с т р у м .Г., Г а т м а н П. Магнетроны. Пер.

сангл. Изд-<во «Советское радио», 11948.

4.Мапнетроны .сантиметрового диапазона, ч. 1 и 2. Пер. с амгл. под рад. С. А. Зуюмановокого. Изд-IBO «Советское радио», 1950 и

ния многорезона гарных 'магне тронов. ЛКВВИА им. А. Ф. Можай­

ского, 11958.

8. Х э л л Дж., Н о в и к Дж ., К о р д е н Р. Как ухудшает ра­ боту перестраиваемых радиолокаторов эффект длинной линии. Электронике, февраль <1954.

9.IR.E Transaction, 1959, vol ED-6, № 1.

10.Вопросы радиолокационной техники, 1954, № 3.

11. Г е р м а н Г. и В а г е н ер С. Оксидный катод. Гостехиз-

•дат. -1949.

12.Ц а р е в Б. М. Расчет « конструирование электронных ламп. Госэнерпоиздат, И952.

13.К а ц . м а н Ю. А. Расчет и .проектироввшие радиолами. Гос­ энерпоиздат, il952.

«14. Т я Г у н о в Р. А. и Ю д и - н с к а я И . В. Термоэлектронные катоды электровакуумных приборов. Сб. «Успехи электровакуумной техники», .Госэнергоиздат, 11*956.

22.H e й м а н M. «С. Курс радиопередающих устройств. Изд-во «Советское .радио», 1958.

23.W е i 1 Т. А. Применение амплнтрона и стабилотрона в ра­ диолокационных системах с индикатором (подвижных целей. Na­ tional Convention Record, 1958, part 5.

24.Д е н и с о в И. Д . Генераторы сантиметровых и миллимет­ ровых волн. 11969.

174

ГЛАВА 4

о т р а ж а т е л ь н ы е к л и с т ро н ы

И МАЛОМОЩНЫЕ ЛАМПЫ ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ

. Поиски стабильного маломощного генератора санти­ метрового диапазона волн с небольшим уровнем мощно­ сти привели около 20 лет назад к созданию отражатель­ ного клистрона. Идея использования инерционных свойств электронов для построения генератора СВЧ, предложенная в 1932 г. Д. А. Рожаиским и в дальней-. шем развитая советскими учеными, получила практиче­ скую реализацию в 1939— 1940 гг. в работах бр. Вариан, Хана и Меткалфа в виде пролетного клистрона. В 1940—

ложены и созданы первые образцы электровакуумных приборов, получивших название отражательных кли­ стронов.

В отражательном, как и в пролетном, клистронеиспользуется принцип скоростной модуляции электро­ нов, позволяющий осуществить их группирование в лу­ че и эффективное взаимодействие с электромагнитным полем одного резонатора.

Основными элементами отражательного клистрона являются (рис. 4.1):

—катодная пушка 1, выполняющая роль источника электронов и обеспечивающая формирование электронов

ввиде пучка;

—объемный резонатор 2, полностью или частично расположенный в вакуумной части прибора и взаимо­ действующий с электронным пучком;

—отражательный электрод или просто отражатель.?,

176

— изменение уровня мощности при электронной под­ стройке частоты путем изменения напряжения на отра­

жателе;

— трудности устранения гистерезисных явлений и влияния на электронику сопротивления ВЧ нагрузки, что часто -приводит к искажениям и разрывам в форме области генерации.

Простота, надежность и наличие электронной под­ стройки частоты позволили отражательным клистронам стать основным гетеродинным прибором радиоэлектрон­ ных устройств сантиметрового и дециметрового диапазо­ нов волн.

Трудности создания клистронов с широкой электрон­ ной перестройкой частоты заставили обратиться к дру­ гим конструкциям приборов СВЧ. Среди этих приборов наиболее широкое распространение нашли лампы об­ ратной волны (ЛОВ).

За последнее время также применяются магнетроны непрерывного генерирования (митроны), строфотроны и некоторые другие конструкции приборов, допускающие электронную настройку в широком диапазоне частот.

Ниже более подробно рассматриваются отражатель­ ные клистроны и ЛОВ, как приборы, по которым накоп­ лен достаточно большой практический опыт.

4.1. ПАРАМЕТРЫ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ КЛИСТРОНОВ

Свойства и технические данные отражательных кли­ стронов, которые необходимо знать при их применении, определяются рядом параметров, характеристик и ре­ жимов работы.

К числу основных параметров отражательных кли­ стронов относятся:

—пределы перестройки частоты .генерируемых коле­ бании /мин—/маис;

—отдаваемая мощность Р;

—диапазон электронной настройки частоты Д/эл;

— крутизна кривой электронной настройки частоты

— температурный коэффициент частоты ?* = -

178

^-барометрический коэффициент частоты

—пределы паразитной частотной модуляции при ме­ ханических воздействиях;

—срок службы.

Основными характеристиками отражательных кли­ стронов являются:

—рабочая;

—нагрузочная;

—шумовая;

—кривая выбега частоты.

Режим работы, в котором определяются параметры отражательных клистронов и который важен при исполь­ зовании клистронов в аппаратуре, характеризуется сле­ дующими величинами:

—! напряжением накала Ua, напряжением на резона­ торе U0 (ускоряющее напряжение) и отражателе С/0тр5

—стабильностью указанных выше питающих напря­ жений;

—сопротивлением ВЧ нагрузки (КСВ и фазой от­ раженной волны);

—температурой t и давлением р окружающей среды.

Из теории отражательного клистрона [1, 2, 3] следует, что в зависимости от изменения напряжения на отра­ жателе имеются дискретные области генерации. Анали­ тически это определяется приближенным выражением [4]

X — длина волны.

Типовая рабочая характеристика отражательных кли­ стронов представляет собой зависимость отдаваемой мощности и частоты генерируемых колебаний от измене­ ния напряжения на отражателе при постоянных значе­ ниях частоты резонатора / рСз , напряжения резонатора и накала и работе на согласованную нагрузку (рис. 4.2).

Из рассмотрения рабочей характеристики следуют некоторые требования к режиму работы клистрона

ваппаратуре:

—по мере повышения частоты /ре3 напряжение на от­ ражателе при неизменном напряжении 'на резонаторе повышается;

—оптимальная величина мощности генерируемых ко­ лебаний и наибольшая стабильность работы имеют ме­ сто при выборе номера области колебаний /г2 и /г3;

—пределы изменения напряжения на отражателе после установления оптимального значения, несколько различного для каждого экземпляра клистрона, должны

Рис. 4.2. Типовая рабочая характеристика отражатель­ ных клистронов.

незначительно превышать ширину области генерации, с тем чтобы в процессе работы .не захватывались сосед­ ние области генерации.

Зависимость выходной мощности от напряжения на резонаторе имеет вид, приведенный на рис. 4.3.

Ширина диапазона электронной настройки частоты клистрона Afzn обычно определяется при половинном уровне мощности области генерации, как это показано на рис. 4.2.

Для ориентировочных расчетов ширина диапазона электронной настройки частоты отражательных клистро­ нов может быть определена по формуле [5]

где f — частота генерируемых колебаний, на которую настроен резонатор для получения максималь­ ной величины мощности в области генерации;

180

Qu — нагруженная добротность резонатора При оп­ тимальной ВЧ нагрузке.

Крутизна электронной настройки отражательных кли­ стронов в точке максимальной мощности может быть определена согласно выражению [1]

При применении клистронов важное значение имеет согласование его вывода энергии с ВЧ нагрузкой. Для оценки устойчивости частоты и мощности клистронов от ВЧ нагрузки пользуются нагрузочными характеристика­ ми, представляющими собой семейство кривых постоян­ ного уровня мощности и частоты генерируемых колеба-

Рис. 4.3. Зависимость выходной мощности клистрона К-27 от напряжения на резонаторе.

ний, снятых в плоскости полного комплексного сопротив­ ления ВЧ кагрузки (рис. 4.4).

Из нагрузочной характеристики видно, что кроме из­ менения частоты и мощности при различных значениях активной и реактивной составляющей ВЧ нагрузки име­ ются области неустойчивой работы (заштрихованная часть комплексной плоскости сопротивлений). Из рас­ смотрения нагрузочной характеристики также следует, что наибольшая стабильность работы отражательного

181