книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

В свою очередь,

где Ua и Ug—(напряжение на аноде и напряжение сме­ щения на управляющей сетке триода.

Если в анодной цепи лампы (рис. 2.40) включен кон­ тур, то динамические характеристики триода и импуль­ сы анодного тока имеют вид, показанный на рис. 2.41 (случай пренебрежения частотными погрешностями). Известно [32, 33], что для данного случая коэффициенты

82

uHcoscut

Рис. 2.40. Принципиальная схема усилителя на триоде.

Рис. 2.41. Динамические характеристики и импульсы анодного тока триода.

разложений импульса анодного тока определяются вырь жеииями:

анодного тока от угла отсечки может быть определена по графикам ('рис. 2.42) или по табл. Берга [33].

Рис. 2.42. Графики зависимости коэффициентов разложения импульса анодного тока от угла отсечки.

Из приведенных графиков видно, что при определен­ ных углах отсечки или значениях напряжения смещения на управляющей сетке могут быть получены наиболее благоприятные условия для построения усилителя на ча­ стоте сигнала, подаваемого на вход триода.

84

При 'включении в анодную цепь контура, настроенно­ го на вторую, третью или более высокую гармонику, и соответствующим подбором угла отсечки" возможно построение эффективного удвоителя, утроителя или умножителя с высокими кратностями частот.

Тетроды СВЧ

Формируя электронные потоки в виде -пучков, мож­ но разработать лампы с управляемым пространствен­ ным зарядом, рассчитанные на очень большие мощности.

Формирование подобных электронных потоков удач­ но разрешается при использовании ламп типа лучевых тетродов. Форма и расположение катода, управляющей сетки, экранирующей сетки и анода выбираются таким образом, чтобы как можно лучше сформировать элек­ тронный поток в пучки и обеспечить наилучшую связь электродов с колебательными контурами. Внесение .кон­ тура в лампу позволяет приблизить пространство взаи­ модействия к электронному потоку. Такое объединение, а также достижение малых углов пролета между экра­ нирующей сеткой и анодом (за счет ускорения электро­ нов в пространстве между управляющей и экранирую­ щей сетками) позволяют получить высокие значения коэффициента полезного действия.

В усилительных схемах с общей сеткой более высо­ кие результаты по сравнению с триодами получают на тетродах СВЧ. В схемах на тетродах СВЧ достигается более широкая полоса пропускания при высоких значе­ ниях усиления по мощности и несколько меньшем анод­ ном напряжении. Одновременно улучшается развязка между входными и выходными контурами.

Предельная частота триодов и тетродов согласно рас­ четным данным почти одинакова. Однако практически по минимально достигнутым значениям длины волны тетроды уступают триодам из-за более сложной кон­ струкции. Поэтому тетроды преимущественно исполь­ зуются в генераторах и усилителях на более длинных волнах по сравнению с триодами при повышенных уров­ нях мощности. Некоторые данные о промышленных об­ разцах отечественных тетродов СВЧ были приведены в § 2.1.

Остановимся несколько подробнее на тетродах СВЧ, выпускаемых зарубежными фирмами для больших уров­

85

ней мощности. Интересными в этом отношении являют­ ся лампы фирм Eimac (США) и Tomson Houston (Франция), данные о которых приведены в табл. 2.7[37].

Для уровней средней мощности свыше десятков ки­ ловатт становится важным вопрос о коэффициенте по­ лезного действия, высокие значения которого достига­ ются путем специальной конструкции тетрода и контура, а также выбором «питающих напряжений. Так, с целью уменьшения времени пробега электронов между элек­ тродами на экранирующую сетку тетрода подается по­ стоянное напряжение, равное анодному напряжению. Одновременно это упрощает конструкцию генератора, избавляя схему от блокировочного конденсатора межд> анодом и экранирующей сеткой.

Ослабление вредного влияния бомбардировки элек­ тродов электронами электронного потока и за счет вто­ ричной эмиссии достигается выбором конфигурации электродов и расстояния между ними.

В этом случае, применяя методы, расчета электрон­ ной оптики, удается электронный пучок сформировать в виде лучей и эффективно использовать электронные

ны, представляющие собой единую цельнометалличе­ скую конструкцию тетродного генератора (рис. 2.43). Резнатроны, рассчитанные на сверхбольшие уровни мощности, являются большими по размерам электрова­ куумными приборами (высота достигает 1 м).

86

Зкранирующая сетка

Управляющая сетка

О

Стержни накала.

4

Рис. 2.43. Схематическая конструкция резнатрона D продольном (а) и попереч­ ном (5) сечениях.

Большой объем лампы не позволяет длительное вре­ мя сохранять вакуум должной величины, поэтому резна­ троны используются в работе при непрерывной откачке. Это позволяет делать резнатроны разборными, менять отдельные элементы прибора по мере их выхода из строя (вольфрамовые стержни накала, электроды, экра­ нирующей и управляющей сеток).

87

при длительностях импульсов до 200—2000 мксек\ серии ламп малой мощности карандашного типа—:на частоты 6000—7000 Мгц; приемные лампы типа «нувисторов»— на частоты до 1000 Мгц.

Стабильность работы и срок службы ламп в пронессе эксплуатации в значительной степени зависят от эф­ фективности охлаждающих систем. Для сверхбольших уровней мощности охлаждение электродов осуществ­ ляется с помощью жидкостей или пара. Для ламп ма­ лой мощности преимущественно применяется принуди­ тельное воздушное охлаждение или естественное охлаж­ дение за счет конвективного теплообмена, теплопровод­ ности или теплоизлучения. Как правило, современные лампы СВЧ конструируются с использованием высоко­ температурных керамик, тугоплавких спаев и выводов электродов, обеспечивающих не только хороший элек­ трический, но и тепловой контакт с элементами контуров

ивводов от источников питания.

Вряде случаев для получения высокой надежности

ихороших электрических параметров в триодных и тетродных генераторах СВЧ применяются внутренние ре­ зонаторы-

Например, фирма RCA [38] разработала триод сверх­ большой мощности с внутренним резонатором, получив­ ший название коакситрона. Данный прибор рекомен­ дуется фирмой к использованию в широкодиапазонных радиолокационных станциях, многоканальных системах связи и для других применений, где важно изменение

ной мощности (не более 3 дб в указанном диапазоне) при коэффициенте усиления 13 дб. В приборе приме­ няется низкотемпературный матричный оксидный катод, обладающий высокой эмиссионной способностью и эф­ фективностью и обеспечивающий большой срок службы.

Отмеченные выше лампы карандашного типа и нувисторы фирмы RCA предназначены для мйниатюрного оборудования и применяются в самолетных станциях, в аппаратуре спутников и других портативных устрой­ ствах. Эти лампы обеспечивают устойчивую работу без

89

герметизации на высотах 30000 м при Температуре бал­ лона до 225° С. Лампы карандашного типа 7552 и 7554 обладают высокой экономичностью, быстрым разогре­ вом (за 12 сек анодный ток достигает 90% номинально­ го значения) и высокой тепловой стабильностью, (при изменении напряжения накала на ±10% выходные па­ раметры практически не изменяются). Малые размеры ламп (длина 40 мм и наибольший диаметр ~ 1 4 мм), консольное расположение электродов обеспечивают вы­ сокую устойчивость ламп к .вибрационным и ударным воздействиям, а также к акустическим шумам. Металло­ керамическая конструкция ламп по сравнению с метал-' ло-стеклянной делает лампу более устойчивой -к радио­ активным излучениям [41].

В ряде случаев для уменьшения времени разогрева ламп уменьшают тепловую инерцию катода и приме­ няют электроды специальной конструкции. Так, фир­ мой Machlett разработан триод ML-7855 на частоту 2500—3000 Мгц, имеющий специальную конструкцию анода, обеспечивающую стабильность частоты порядка 1 Мгц в течение 10—15 сек после включения высокого напряжения [39].

Возможности применения триодов СВЧ для техники связи и телевидения в Ъ-см диапазоне волн рассмотрены в работе [40], где показано, что практические конструк­ ции триодов СВЧ для маломощных устройств могут быть выполнены в диапазоне длин волн 2,5—3 см. Это совпадаете расчетными данными, приведенными в § 2.1.

Сказанное выше свидетельствует о широких возмож­ ностях применения триодов СВЧ в качестве усилителей,

Трехэлектродные лампы для генерирования электромагнитных волн дециметрового диапазона. «Известия электропромышленности слабо­ го тока», февраль 1940, № 2.

90

9.Electronics, I960, April 8, № 16, p. 70.

10.Tounte la Radio, 1960, Mai, p. 181.

10:Elektronisclie Rundschau, 1960, № 3, p. 404..

14.Toute la Radio, 1960, Jiuii, p. 228.

мана Т. Р., ч. 11. Изд-во «Советское радио», 4953.

26.Г р о ш к о в с к и й Я. Генерирование высокочастотных коле­ баний и стабилизация частоты. Изд-во иностранной литературы, 4963.

27.Ш и т и к о в Г. Т. Влияние емкостипространственного за­ ряда и .нелинейности ламповой характеристики на частоту автоге­

нератора. «Радиотехника», 1955, № 42.

*28. Б ы ч к о в 1C. И., Б у р е й и н Н. И., С а ф а р о в Р. Т. Стабилизация частоты генераторов СВЧ. Изд-во «Советское радио»,

1962.

«29. «Ней1м а н М. С. Триодные н тетродные генераторы сверх­

высоких частот. Изднво «Советское радио», 4950.

91