книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

Клистрона обеспечивается при ВЧ нагрузке, имеющей КСВ менее 1,3—1,5.

При использовании клистронов в качестве гетероди­ нов высокочувствительных приемных устройств оказы­ вается необходимым учитывать их шумовые свойства-

К н а гр у з к е

0,3

Рис. 4.4. Нагрузочная характеристика отражательного клистрона [3].

Особенно это относится к приемникам на частотах свы­ ше 5 000—6 000 Мгц, не имеющих балансных смесите­ лей, и с небольшой промежуточной частотой (менее 30— 40 Мгц). Абсолютный уровень шумов клистрона в раз­ личных точках области генерации изменяется незначи­ тельно, несколько увеличиваясь на более высоких часто­ тах диапазона электронной настройки. Повышенный уровень шумов наблюдается в нерабочих областях ге-

182

нерации и при сопротивлениях нагрузки, вызываю­ щих неустойчивую работу клистрона.

Практически коэффициент шума приемника связан как с собственными шумами клистрона, так и с уров­ нем мощности, подводимой от клистрона к смесителю. Поэтому шумовая характеристика отражательного кли­ строна, представляющая собой зависимость эффектив­ ного коэффициента шума (кш) -от .напряжения на отра­ жателе, имеет вид, показанный на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Шумовая характеристи­ ка отражательного клистрона.

Следующей важной характеристикой отражательных клистронов является кривая выбега частоты, представ­ ляющая собой зависимость частоты от времени с мо­ мента включения питающих напряжений (рис. 4.6).

Величина выбега частоты для клистронов с внутрен­ ним резонатором соизмерима с диапазоном электронной настройки частоты. Для клистронов с внешним резона­ тором она обычно меньше, а для клистронов с термо­ компенсацией совсем невелика.

Выбег частоты приходится особенно учитывать при использовании клистронов в устройствах с фиксирован­ ной настройкой частоты и имеющих узкие полосы про­ пускания.

При применении отражательных клистронов особое внимание следует обращать на форму области генера­ ции. Форма области генерации, близкая, к идеальной (рис. 4.7,а), свидетельствует об исправности прибора,

183

правильном режиме питания, отсутствии нарушений в ВЧ тракте. Искажения формы области генерации (про­ валы, срывы, резко неправильная форма) обычно связа-

Рис. 4.6. Кривые выбега частоты и установле­ ния мощности отражательного клистрона во время разогрева.

ны с некондиционностью прибора (малый ток эмиссии, наличие электронного гистерезиса, нарушения в ВЧ вы­ воде‘энергии или резонаторе и т. п.) или неправильно­ стью его применения (рис. 4.7,6, в, г) .

л

А

При использовании клистронов в измерительных приборах и устройствах связи с частотной модуляцией •широко распространены импульсная и частотная моду­ ляции клистронов по отражателю. Возможности подоб­ ной модуляции следует из рабочих характеристик

184

установления колебаний в клистроне. Оценка минималь­ ной длительности импульса, с которой возможно осуще­ ствление импульсной модуляции клистрона, может быть произведена из расчета времени установления колеба­ ний в (клистроне {3], которое пропорционально доброт-

Рис. 4.8. Модуляционные характеристики отражательных клистронов (а—импульс­ ная; б — частотная).

ности резонатора, обратно пропорционально частоте генерируемых колебаний и зависит от уровня флюктуациоиных шумов. Расчеты показывают, что для выпускае­ мых клистронов время установления колебаний изме­ няется в пределах от 0,01 до 0,1 мксек. Таким образом, импульсная модуляция клистронов по отражателю воз­ можна при длительностях импульсов свыше 0,2— 0,3 мксек.

При использовании клистронов в аппаратуре важное значение приобретают вопросы воздействия дестабили­ зирующих факторов.

Механизм воздействия вибраций на параметры кли­ строна довольно сложен. Возникновение паразитной ам­ плитудной и частотной модуляции’ может быть обуслов-

185

внутренними и внешними резонаторами и волноводным выводом энергии.

В большинстве случаев стеклянные клистроны с внешним резонатором— клистроны, предназначенные для измерительной техники как широкодиапазонные или клистроны устаревшей конструкции.

Металлические клистроны с внутренним резонатором и коаксиальным выводом энергии — это обычно клистро­ ны с механической перестройкой частоты, хорошими электрическими данными, но с недостаточно высокими эксплуатационными показателями.

На длинах волн короче 3 см преимущественно при­ меняются клистроны с волноводными выводами энергии.

Клистроны, особо прочные в механическом отношении, с малым барометрическим и температурным коэффици­ ентом частоты, конструируются с внешним настраивае­ мым резонатором и волноводным выводом энергии.

В отдельных случаях для повышения стабильности частоты клистронов применяют подключаемые извне стабилизирующие резонаторы с высокой добротностью.

Некоторые разновидности конструкций клистронов показаны на рис. 4.9. Основные технические данные отра­ жательных клистронов различных конструкций приведе­ ны в табл. 4.1 и показаны в виде диаграммы на рис. 4.10 (18, 44]. Следует отметить, что встречаются две наиболее распространенные разновидности клистронов, так назы­ ваемые низковольтные и высоковольтные. Низковольт­ ные клистроны в сантиметровом диапазоне требуют на­ пряжение на резонаторе 250—450 в. Эти клистроны имеют сетки в торцевых зазорах резонатора. Высоко­ вольтные клистроны обычно рассчитаны на напряжения 750—2500 в и в пространстве резонатора, пронизывае­ мого электронным пучком, имеют отверстие. Низковольт­ ные клистроны работают при больших токах в пучке и имеют повышенные значения ширины диапазона элек­ тронной настройки.

Наиболее широкое распространение отражательные клистроны находят в качестве гетеродинов. Это, как пра­ вило, клистроны низковольтные, рассчитанные для ис­ пользования в жестких внешних условиях и удобные в эксплуатации. Подобные клистроны устойчивы к ме­ ханическим и барометрическим воздействиям, имеют малый микрофонный эффект, работают в условиях

187

большой влажности и обладают большим сроком служ­ бы (1000 и более часов).

Отражательные клистроны, используемые в мало­ мощных передающих устройствах с выходной мощно­ стью единицы ватт, как правило, обладают хорошими модуляционными характеристиками.

Клистроны с повышенным уровнем мощности все ча­ ще находят применение в параметрических усилителях в качестве генераторов накачки.

189

P,jnSm

7|— г\

\

Рис. 4.10. Диаграмма распределения отражательных клистронов по выходной мощности в диапазоне частот.

190