книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

Рис. 4J2. Эффект улучшения формы области генерации и расшире­ ния диапазон электронной настройки на примере клистрона 6BL6 (по данным работы Рида (7]).

192

(С/о = 325 в, /,< = 28 ма, /г= 3 + 3/4)- Результаты этого эксперимента при различной связи основного резонатора

спассивным внешним резонатором показаны на рис. 4.12. Имеется другой путь расширения диапазона элек­

тронной настройки генератора при использовании не­ скольких клнст.ропов в режиме синхронизации внешней э. д. с. {28, 29]. Результаты опытной проверки работы отражательных клистронов в режиме синхронизации,

Рнс. 4.13. Схема включения двух клистронов как источника колебании с расширенным диапазоном электронной настройки частоты.

а именно проверка захватывания частоты, установления колебаний в импульсном режиме, возможности расши­ рения диапазона электронной настройки частоты, рас­ смотрены в работах [30—33].

В этих .работах показано, что:

—ширима полосы синхронизации растет по мере уве­ личения мощности, вводимой в генератор колебаний, и зависит от напряжений на электродах синхронизируе­ мого генератора;

—время установления фазы синхронизируемых коле­

баний также уменьшается с увеличением мощности вво­ димых колебаний и зависит от режима работы генера­ тора;

— при использовании нескольких отражательных кли­ стронов может быть построен широкодиапазонный гене­ ратор СВЧ.

Схема широкодиапазонного генератора с электрон­ ной перестройкой частоты при взаимно синхронной ра­ боте на общую нагрузку нескольких клистронов дана на рис. 4.13.

В работах [30 и 34] предлагается попарно последо­ вательная взаимно синхронная работа нескольких кли­ стронов, осуществляемая следующим образом.

Области генерации клистронов по напряжению на от­ ражателях устанавливаются сдвинутыми между собой, как показано на рис. 4.14.

В силу того, что захватывает частоту тот клистрон, мощность которого больше, при указанном сдвиге об­ ластей генерации происходит плавный переход от ча­ стоты одного клистрона к частоте другого.

Результирующие форма области генерации и зави­ симость изменения частоты от напряжения на отража­ теле могут быть скорректированы трансформатором полных сопротивлений, включенным в тракт нагрузки (рис. 4.13).

Ширина области генерации по величине напряжения на отражателе и диапазон электронной настройки не­ скольких клистронов при использовании попарно после­ довательной синхронной работы приближенно равны сумме ширины области генерации и диапазона электрон­

ной настройки всех клистронов при работе их в отсут­ ствии взаимной синхронизации (рис. 4.15). При большом количестве клистронов (более 4—5) возникают труд­ ности практической реализации данного способа в связи со сложностью настройки отдельных элементов схемы.

Другие возможности имеются при использовании от­ ражательного клистрона в качестве прибора для умно­ жения и деления частоты с большой кратностью [5, 35]. Известны два способа создания умножителя частоты на

отражательном клистроне. Из них первый основан на том, что клистрон, при определенном режиме работы одновременно с основными колебаниями может возбуж­ дать колебания на собственных высших частотах объем­ ного резонатора, являющихся кратными основной ча­

стоте. Подобный способ позволяет получить в диапазо­ не волн 3—5 см коэффициенты умножения до 25—30. При этом в миллиметровом диапазоне волн уровни мощ­ ности достигают десятков микроватт. Неудобство его

применения связано с необходимостью выполнения до­ полнительного вывода энергии для колебаний умножен­ ной частоты.

194

Второй способ, предложенный в работе [35], основап на введении в пространство группирования (между от­ ражателем и резонатором) клистрона колебаний бо­

клистроне и характер изменения мощности с увеличением номера гармоники.

лее низких частот по сравнению с рабочей частотой. Один из возможных вариантов схемы реализации по­ добного простого метода показа-н на рис. 4.16. Из рисун­

ном режиме, рекомендуемая для приемников прямого усиления (рис- 4.17). В 3-см диапазоне волн с помощью

196

детектора на клистроне получена чувствительность при­ емника 10~11 вт, соизмеримая с предельной чувствитель­ ностью кристаллического детектора. Это позволяет один отражательный клистрон использовать в качестве пред­ варительного усилителя и детектора.

Таким образом, отражательный клистрон помимо своего основного назначения в качестве гетеродина или маломощного генератора может быть использован как умножитель, усилитель, детектор, амплитудный и фазо­ вый модулятор-.

4.3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ПАРАМЕТРЫ КЛИСТРОНОВ

Использование и<листронов в летательных аппаратах связано с изменением их параметров за счет изменения температуры и давления окружающей среды. Особенно это сильно сказывается в случаях установки клистро­ нов вне герметизированных кабин или блоков. Опреде­ ленное влияние имеется и при наличии общей или ло­ кальной герметизации, так как степень герметизации трудно поддержать постоянной при изменении высоты полета.

Из числа имеющихся конструкций отражательных клистронов наибольшему влиянию атмосферного давле­ ния и температуры окружающей среды подвергаются клистроны с внутренними резонаторами. В связи с этим рассмотрим клистрон типа К-27, разрез которого пока­ зан на рис. 4.18.

В данном клистроне механическая настройка часто­ ты производится путем изменения расстояния между торцевыми стенками резонатора, т. е. путем изменения торцевой емкости резонатора.

Верхняя стенка резонатора, составляющая единое целое с внешней стенкой баллона клистрона, представ­ ляет собой гибкую диафрагму с незначительной упру­ гостью. Благодаря этому влияние изменения атмосфер­ ного давления можно рассматривать как действие, ана­ логичное анероидиому барометру и, следовательно, механической перестройке частоты клистрона. Поэтому в первом приближении действие внешнего давления на резонатор можно свести к действию сосредоточенной си­ лы G на площадь F с торцевой части мембраны. Схема­ тически это изображено на рис. 4.19.

197

Отсюда следует, что в летательных аппаратах кли­ строны К-27 испытывают большие перепады механиче­ ских усилий, воздействующих на резонатор. При этом

ны механизма перестройки частоты.

Резонатор клистрона. К-27 приближенно можно пред­ ставить в виде, показанном на рис. 4.20. Собственная частота подобного резонатора (при пренебрежении шунтирующим действием электронного пучка и влиянием

199

Отсюда плотность настройки, обусловленная изме­ нением торцевой емкости и выраженная в Мгц{мк, мо­

Подобные перемещения диафрагмы были получены непосредственным измерением перемещения диафрагмы, проведенным с помощью универсального камерного ми­ кроскопа, при полной перестройке механизма настрой­ ки частоты.

Таким образом, зная упругость диафрагмы и усилия, которые необходимы для перестройки механизма на­ стройки частоты, имеется возможность оценить уход ча­ стоты клистрона при изменении давления окружающей среды и вычислить барометрический коэффициент ча-

стоты клистрона

Влияние температуры окружающей среды прибли­ женно можно оценить следующим образом.

Линейные размеры резонатора, определяющие его собственную частоту, изменяются с температурой со­ гласно выражению

200

где а — температурный коэффициент расширения ма­ териала;

/рез — температура резонатора.

Учитывая данную зависимость согласно формуле (4.5), можно показать, что

(4 .8 )

т. е. уход частоты клистрона от изменения температуры приближенно определяется температурным коэффициен­ том расширения материала резонатора (баллона) и не зависит от формы резонатора.

Теперь следует выяснить, каким образом можно пе­ рейти от температуры резонатора (баллона) клистрона к температуре окружающей среды.

При температуре баллона клистрона, составляющей 120— 150° С, охлаждение преимущественно происходит за счет конвекции. Идеализируя клистрон в виде цилин­ дра, внутри которого рассеивается определенная вели­ чина мощности, количество тепла, выделяемое внутри

Д— коэффициент теплоотдачи, пред­ ставляющий собой в первом при­ ближении постоянную величину;

8t = te — t;

/б, t — температура баллона и окружаю­ щей среды.

Отсюда следует, что

(4.Ю)

d t в

(4 .1 1 )

d t

201