книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

(до 1,5) линейная теория нагрузочных характеристик отражательных клистронов приемлема для инженерных расчетов.

Наконец, проанализируем зависимость формы обла­ сти генерации клистрона от сопротивления ВЧ иагруз-

Рис. 4.25. Расчетные графики зависимости изменения выходной мощности от изменения КСВ (а) и фазы отраженной волны (б).

ки. В связи с тем, что ВЧ нагрузка обычно согласована

гут быть рассчитаны по данным электрического режима и геометрическим размерам клистрона [11]:

&— угол пролета электронов между сетками резонатора;

212

О— угол пролета электронов между резонатором

т. е. можно построить зависимость проводимости по элек­ тронному потоку и данным расчета У0 для различных углов 0. Угол 0 определяется согласно выражению [1]:

X— длина волны генерируемых колебаний.

Рис. 4.26. Амплитудно-фазовые характеристики отражательного клистрона и соответствующие им формы области колебаний.

Воспользуемся амплитудно-фазовыми характеристи­ ками [12], представляющими применительно к отража­

тельному клистрону семейство кривых Ус и —(Уц+Уп) ‘ при различных расстройках частоты - j-, построенных

на плоскости G+ IB (рис. 4.26).

213

Так как расчет прямых —.(У,<-|-Уи) сопряжен с боль­ шими практическими трудностями, то предлагается их определять следующим образом.

Оставляя ВЧ нагрузку неизменной, уменьшаем У0 (путем уменьшения напряжения на резонаторе или на­ пряжения накала) в точке пропадания области гене­ рации

Рассматривая по-прежнему практическую конструк­ цию клистрона типа К-27, примем /о=30- I0-3 а, (3 = 0,5, Uo=300 а, /=0,075 см, К=3,2 см, отсюда

Уе = 0,125• 10~49.

Согласно статическим характеристикам электронной пушки клистрона пропадание области генерации кли­ строна наблюдается при t/0= 275 в, /'0=20,5 • 10_3 а,

02= 2 я^ У + - ^ = -2 Я, где Л/=1— номер вида колебаний.

В этом случае УС =125 мкмо и определяет положе­

ние прямой— (Ун+Уе) на плоскости G+\B (точка М па рис. 4.26,а).

Для построения области генерации клистрона — за­ висимости относительной величины выходной мощности от L/отр—необходимо связать две величины /УОТр и УоПодобная связь может быть определена согласно выра­ жениям (4.42) и (4.43) в виде

разности отрезков (L0)— (КО), что и позволяет вычис­ лить или графически построить форму области генера­ ции P=F(Uovp), представленную на рис. 4.26,6.

Нетрудно видеть, что искажения формы кривых

—(Уд+У„). связанных с рассогласованием сопротивле-

214

ний ВЧ нагрузки или включением на выходе клистрона резонатора с паразитными резонансами, могут привести к резким искажениям формы области генерации (рис. 4.27) [13]. При этом наряду с искажением формы области генерации могут иметь место значительные изменения диапазона и крутизны электронной настройки (рис. 4.28).

Рис. 4.27. Форма области колебаний клистрона при раз­ личных условиях согласования ВЧ нагрузки:

чить, происходят ли искажения формы области генера­ ции клистрона за счет нарушения в электронике или за счет рассогласований сопротивлений резонатора и ВЧ нагрузки. Действительно, при понижении напряже­

личных фазах также наблюдаются аналогичные измене­ ния формы области генерации, вплоть до полного срыва колебаний (рис. 4.29,6).

Для выяснения причины искажения формы области генерации клистрона следует нагрузить его на заведомо согласованное сопротивление. Затем изменением напря-

215

Рис. 4.28. Зависимость выходной мощности и частоты генерируемых колебаний от напряжения на отражателе при согласованной (а) и рассогласованной (б, при

КСВ=2,5) нагрузках.

KC6-2,S; (Jo =3008

<)

Рис. 4.29. Осциллограммы формы области генерации клистрона К-27 при изменении питающих напряжении и фазы отраженной волны при КСВ, равных 1,1 (а) и 2,5 (б).

216

женил на резонаторе можно убедиться, насколько иска­ жения формы области генерации клистрона связаны с 'недостаточной эмиссией катода или обусловлены реак­ цией внешней нагрузки.

4.5.ЛАМПЫ ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ И ДРУГИЕ МАЛОМОЩНЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ. ОСОБЕННОСТИ

ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Лам'пы обратной волны (ЛОВ) являются электрон­ ными 'приборами с длительным взаимодействием элек­ тронного 'потока с электромагнитной волной, распро­ страняющейся по замедляющей системе.

Основными элементами ЛОВ являются:

— электронная пушка, служащая источником элек­ тронов и формирующая электронный пучок;

Г*1II II I II I I I I I I J I P ' -

— 0 Vo 0--

Рис. 4.30. Схематическое изображение лампы обратной волны.

— замедляющая система в виде опирали, плоских или штыревых гребенок или других волноведущих структур, уменьшающих фазовую скорость распростра­ нения электромагнитных волн;

— вывод высокочастотной энергии, расположенный в начале замедляющей системы со стороны, примыкаю­ щей к электронной пушке;

—коллектор, служащий для раосеивания электро­ нов и отвода тепла от лампы:

—фокусирующее устройство магнитного или элек­

тростатического типа.

Схема соединения основных элементов ЛОВ с маг­ нитной фокусировкой показана на рис. 4.30.

217

Наличие широкополосной замедляющей системы и сильная зависимость фазовой скорости электромагнит­ ных волн, распространяющихся 'В замедляющей системе, от частоты позволяют -путем изменения ускоряющего напряжения UQизменять частоту генерируемых колеба­ ний в широких пределах.

Условия самовозбуждения ЛОВ выполняются при установлении синхронизма между фазовой скоростью обратной волны и электронами в потоке, при значении тока в пучке, большем величины пускового тока.

Величина пускового тока для ЛОВ приближенно может быть определена по формуле [14]

где — число замедленных длин волн, укладывающихся вдоль замедляющей системы;

Я— величина сопротивления связи, характеризую­ щая степень взаимодействия электронного по­ тока с электромагнитным полем замедляющей

системы.

Отсюда следует практический вывод, что величина пускового тока лампы резко уменьшается при увеличе­ нии ее длины (кубическая зависимость от N).

Частота генерируемых колебаний ЛОВ в зависимости от величины ускоряющего напряжения -и тока iB пучке определяется следующей приближенной зависимостью:

При использовании замедляющей системы типа <гвстречные штыри» соотношение между длиной волны, размерами замедляющей системы и ускоряющим напря­

218

где Я — длина волны в свободном пространстве, мм\

h и р — высота штырей и шаг замедляющей системы, JM.II;

дения пучка, представляющая собой отношение тока коллектора к общему току 'катода. Токопрохождение является хорошим, если его величина составляет не ме­ нее 0,80—0,85.

Наиболее часто фокусировка производится с по­ мощью соленоида или постоянными магнитами. В мало­ мощных ЛОВ обычно используется .продольное магнит­ ное поле, т. е. напряжение магнитного поля совпадает с осью электронного пучка. Подобные лампы получили название ЛОВ типа «О».

ЛОВ преимущественно выпускаются в виде приборов компактной конструкции на постоянных магнитах. Не­ пакетные конструкции ЛОВ с соленоидом или постоян­ ными магнитами оказываются более громоздкими и сложными в эксплуатации. При смене таких ламп необ­ ходима их юстировка, которая обычно производится по максимальной величине тока в луче, проходящего через замедляющую систему.

За последнее время начинают появляться лампы с электростатической фокусировкой, среди которых ин­ тересными являются лампы с центробежно-электроста­ тической фокусировкой электронного потока, предло­ женные 3. С. Черновым [16, 17].

Наиболее широко освоен промышленный выпуск ма­ ломощных ламп с магнитной фокусировкой — ЛОВ ти­ па «О», практические конструкции которых перекрывают диапазоны дециметровых, сантиметровых и миллиметро­ вых длин волн. Удовлетворительные параметры ЛОВ получены в субмиллиметровом диапазоне волн.

Характер изменения мощности и частоты от измене­ ния ускоряющего напряжения ЛОВ сантиметрового и миллиметрового диапазонов показан на рис. 4.31.

.Из этих графиков видно, что частотная характеристика ЛОВ типа «О» нелинейна, а кривые мощности имеют

219

в рабочем диапазоне достигают 7—8 дб в дециметровом диапазоне, а в сантиметровом диапазоне — до 10 дб.

Величина мощности, в основном, связана с качеством согласования высокочастотных элементов лампы и опре­ деляет особенности применения данного вида прибора в аппаратуре.

220

Положительной особенностью ЛОВ типа «О» являет­ ся малая зависимость параметров от КСВ и фазы отра­ женной волны сопротивления натрузки. Кроме того, лампы могут использоваться в непрерывном и импульс­ ном режимах работы. Для модуляции в некоторых кон­ струкциях ЛОВ фокусирующий электрод электронной пушки имеет специальный вывод. Амплитуда напряже­

приведены в табл. 4.3 и на диаграмме рис. 4.32 [18—20].

Т а б л и ц а 4.3

Технически» данные некоторых маломощных ЛОВ типа „Ои

Рассмотренные выше технические данные и особен­ ности свойств ЛОВ типа «О» свидетельствуют о широ­ ких возможностях их -применения. Используя различные

221