Главная  Электронные квантовые приборы СВЧ 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Электронные-квантовые приборы СВЧ

Еюльшинство электронных приборов с полыми резонаторами относят к классу устройств с кратковременным взаимодействием электронов и электромагнитного поля. Недостаток выходного устройства прибора с полым резонатором - узкополосность. Рабочая полоса частот определяется его добротностью. Для расширения полосы можно уменьшать внешнюю и нагруженную добротности полого резонатора. Однако это уменьшает резонансное сопротивление контура и снижает тормозящее высокочастотное напряжение на зазоре, в результате чего меньшая энергия отбирается зазором от электронного потока. Поэтому для создания широкополосных приборов используется другой метод отбора энергии.

На пути движения электронов можно расположить несколько одинаковых зазоров, которые включены в общую высокочастотную цепь. Такая цепь оканчивается согласованной нагрузкой, куда поступает вся энергия, отобранная от электронного потока. При этом необходимо, чтобы электронные сгустки проходили каждый зазор в одной и той же фазе - в момент максимума тормозящего электрического ноля.

Условие постоянства фазы высокочастотного поля в каждом иэ зазоров TIO отношению к электронным сгусткам означает, что фазовая скорость Уф волны, бегущей по линии, соединяющей зазоры, должна быть приблизительно равна скорости электронов ve. Условие vфлive называют условием фазового синхронизма электронов и бегущей волны. Так как скорость электронов не может быть равна скорости света в свободном пространстве, то передающая линия, соединяющая зазоры, должна обладать свойством замедления фазовой скорости бегущей электромагнитной волны. Такие передающие линии называются замедляющими системами.

Ширина полосы частот рассматриваемого выходного устройства определяется дисперсионной характеристикой замедляющей системы, т. е. зависимостью фазовой скорости волны от частоты. Чем слабее дисперсия, тем больше полоса частот, в пределах которой при заданной скорости электронов обеспечивается синхронизм между электронами и волной. Применение таких широкополосных замедляющих систем, как спираль, позволяет получить полосу частот порядка 50-100% от средней частоты. Поэтому спиральные замедляющие системы широко используются в настоящее время в широкополосных усилителях свч. Для сравнения отметим, что полоса частот одиночного полого резонатора даже пр t относительно низкой нагруженной добротности составляет менее 17о. - 15 -



Энергия электронов может передаваться полю бегущей электромагнитной волны на всем протяжении замедляющей системы. Поэтому электронные приборы, использующие замедляющие системы для отбора энергии электронного потока, называют приборами с длительным взаимодействием электронов и электромагнитного поля.

§ 1.4. МЕТОДЫ УПР.ЛВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТОК.ЛМИ

Назначение управляющего устройства - модуляция конвекционного тока пучка электронов, т. е. создание электронных сгуст^ ИОВ, следующих один за другим с требуемой частотой.

Известны два основных метода управления электронными потоками: электростатический и динамический. На низких частотах для модуляции конвекционного тока применяют электростатическое управление с помощью сетки').

Характерной особенностью электростатического управления при низких частотах в обычных схемах включения ламп является практически нулевое потребление мощности источника управляющего напряжения. Однако на свч управление с помощью отрицательной сетки, как будет показано дальше, требует затрат мощности, величина которых быстро возрастает с частотой. Основным фактором, ухудшающим управляющее действие сетки, является конечный угол пролета электронов в .междуэлектродном пространстве (ом. гл. 2). Это обстоятельство наряду с возрастающим влиянием реактивных сопротивлений электродов и токовводов препятствует созданию усилителей и генераторов свч с электростатическим управлением для волн короче 5-10 см.

Недостатки электростатического управления на сверхвысоких частотах стимулировали разработку динамического метода. Сущность его в следующем: на вход управляющего устройства поступает однородный по плотности поток электронов. Управляющее устройство изменяет скорость электронов, периодически ускоряя или замедляя их. Такое периодическое изменение получило название модуляции электронного потока по скорости. Вследствие конечного времени пролета электронов модуляция по скороости постепенно переходит в модуляцию по плотности: электроны с большими скоростями догоняют электроны с меньшими скоростями, но вышедшие раньше, и образуют с ними электронные сгустки, которые возникают при этом с периодичностью, соответствующей частоте модулирующего напряжения. Процесс образования электронных сгустков называется группировкой или фазовой фокусировкой электронов.

Динамическое управление электронными потоками лежит в основе работы подавляющего большинства электровакуумных приборов свч.

*) в современных сеточных генераторных и приемо-усилительных лампах всех типов используют этот метод управления электронным потоком

- 16 -

т


о

о о. н

--к--.

П 1 о



§ 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ СВЧ

В настоящее время разработано большое количество приборов свч, отличающихся как принципом действия, так и областью применения. Рассмотрим рис. 1.5. Приведенная схема не претендует на полноту. На ней показаны только основные типы приборов свч, которые нашли наиболее широкое практическое нрименение, особенно в технике связи. Помимо электровакуумных генераторов и утеплителей свч, в схему включены полупроводниковые приборы.

Как отмечалось выше, электровакуумные приборы свч диапазона делятся на два класса: с электростатическим и с динамическим управлением электронным потоком. К первому классу относятся триоды и тетроды свч. Приборы с динамическим управлением могут быть, в свою очередь, разделены на две группы, отличающиеся направлением и назначением постоянного магнитного поля. В первой группе, так называемых приборов тина О, продольное магнитное поле используется только для фокусировки прямолинейного электронного пучка. К этой группе относятся все типы клистронов, лампы бегущей волны (ЛБВ) и лампы обратной волны (ЛОВ). Вторая группа получила название приборов типа М, или приборов со скрещенными полями, и характеризуется тем, что в них постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному

Л

wm 1м

10см км

BJMM

Рис. 1.6. Распределение электронных свч приборов по диапазону частот:

(/ - мощные приборы. /I - гла-

ломощные приборы); ; -ЛБВ; г -ЛОВ; г -клист роиы: * - полупроводниковые приборы свч; 5 -триоды; в - магнетроны; 7 - 1КЛ.Н1Строны; 8 - ЛОВ; 9 -ЛБВ; /О -тетроды; - платанотроны; 12 - нитроны

3D МГц 300т 3

W 300 3000 Г.ГГц

электрическому полю, ускоряющему электроны. К приборам типа М относятся многорезонаторный магнетрон, платинотрон, ЛБВ и ЛОВ типа М, мигрой.

Распределение приборов свч по диапазону частот показано на рис. 1.6. Следует отметить, что число освоенных диапазонов постоянно растет и приведенное распределение может носить только ориентировочный характер.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ш Гриоды и тетроды свч являются, как и современные низкоча-

стотные усилительные и генераторные лампы, приборами с элек-

тростатическим управлением электронным потоком.

I Рассмотрим рис. 2.1. В триоде существуют междуэлектродные [ емкости Сас, Сек. Сак, которые определяются геометрическими размерами электродов и расстояниями между ними. Вводы электродов представляют собой стержни, имеющие индуктивности La, Lc,

ТРИОДЫ и ТЕТРОДЫ свч

§ 2.1. ВЛИЯНИЕ МЕЖДУЭЛБКТРОДНЫХ ЕМКОСТЕЙ и ИНДУКТИВНОСТЕИ ВВОДОВ НА РАБОТУ ЛАМП



Рис. 2.1- Эквивалентная схема триода

Рис. 2.2. Схематическое изображение триода свч вместе с колебательной системой в виде объемных резонаторов:

/ - анод; 2 -сетка; 3 - катод; - объемные резонаторы

L . Использование триода в схеме усилителя или генератора свч обычно связано с подключением к нему двух цепей, в каждой из которых содержатся колебательные контуры. Индуктивности вводов и междуэлектродные емкости изменяют резонансную частоту контуров. На низких частотах это не существенно, так как междуэлектродные емкости значительно меньше емкостей колебательных систем и их можно легко скомпенсировать, уменьшая ем- кость колебательной системы.

ф С увеличением частоты уменьшаются величины индуктивностей J и емкостей колебательных контуров, входящих в состав внешних цепей лам1пы. Их величины становятся соизмеримыми с индуктив-Ёностями вводов и междуэлектродными емкостями электронного Рприбора. Резонансная частота колебательного контура, состояще-* го из междуэлектродных емкостей и индуктивностей замкнутых на-Ш коротко вводов, определяет предельную частоту контура.



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30