ЛАМПИ ЗВОРОТНОЇ ХВИЛІ ТИПУ ПРО

Лово використовуються як для генерування НВЧ-коливань, так і в якості регенеративних підсилювачів. Ці прилади найбільш широко застосовуються в діапазонах від дециметрового до субміліметрового включно.

Генератори на цих приладах відрізняються великим діапазоном електронної настройки частоти. Схематичне пристрій підсилювальної і генераторної лово показано на рис. 13.20, а й б відповідно. Катод К і керуючий електрод УЕ умовно зображують електронну гармату. У лово зазвичай використовуються неоднорідні уповільнюють системи (на малюнку заштриховані). Колектор "Кол" виконує ті ж функції, що і в ЛБВО. Поглинач П забезпечує необхідний розподіл НВЧ-поля в ЗС.

Напрямок груповий швидкості перенесення енергії в лово на відміну від ЛБВО протилежно напрямку швидкості електронів про е , а фазова швидкість зворотної гармоніки збігається з вектором у е . При виконанні умови синхронізму для зворотного гармоніки е ~ у ф ) можна забезпечити її взаємодію з електронним потоком таким же чином, як в ЛБВО.

У підсилювальної лово сигнал подається від зовнішнього генератора з боку колекторного кінця. У генераторної лампі в

Мал. 13.20

Внаслідок флуктуації електронного потоку наводяться слабкі коливання. Поширюються по ЗС хвилі представляють суму просторових гармонік. У лово умова синхронізму виконується, як правило, для першої зворотної гармоніки, що забезпечується конструкцією ЗС, підбором її параметрів і зміною електричних режимів приладу. Взаємодія електронів з полем зворотного гармоніки, збудженої або зовнішнім сигналом в підсилювачі, або ж за рахунок флуктуації в генераторах, призводить до їх угрупованню. Згруповані електрони, як і в ЛБВО, передають частину своєї кінетичної енергії СВЧ-полю. Використання електронного потоку, що рухається назустріч потоку електромагнітної енергії, забезпечує позитивний зворотний зв'язок, без якої неможлива робота автогенератора. Умовним входом генератора на лово, так само як і в підсилювачі, можна вважати колекторний кінець ЗС; так як енергія переноситься хвилею від колектора до виходу, розташованому з боку електронної гармати. Для забезпечення збудження необхідно виконати умову балансу фаз, яке для лово записується в наступному вигляді:

де п = 0, 1, 2, 3, і 0 - швидкість електронного потоку за відсутності модуляції.

Перший доданок в цьому виразі визначає зміна фази хвилі при проходженні відстані 1 У рівного довжині ЗС, другий доданок - зміна фази за час руху електронів в ЗС. (Знак "мінус * в позначенні у формулі

(13.24) з'являється через протилежного напрямку швидкостей Уф і у 0 .) Доданок я визначає оптимальні умови для передачі енергії від потоку полю, коли утворився згусток електронів не виходить з гальмуючого СВЧ-поля.

Перші два члена у виразі для балансу фаз, по суті справи, визначають відносний кут прольоту <p 0 , і при п = 0 він буде дорівнює я, т. Е. Це умова максимального відбору хвилею енергії від електронного потоку, коли потік електронів на протязі всього спільного руху знаходиться в максимально котрий гальмує поле, усередненому по напівперіоду хвилі.

При п = 1 відносний кут прольоту дорівнює Зя, т. Е. Електрони згустку протягом двох напівперіодів гальмуються і протягом одного - прискорюються або, інакше, при прольоті одного просторового періоду (<р 0 - 2а) усереднена за період енергія взаємодії дорівнює нулю , а протягом напівперіоду я електрони гальмуються. Для п - 2 відносний кут прольоту дорівнює <p 0 = 5я і обмін енергією електронів і хвилі відбувається протягом 2 х / 2 періодів хвилі. Протягом двох повних періодів баланс енергії обміну дорівнює нулю. Результатом є те, що знову протягом решти полупериода відбувається переважна передача енергії від електронів хвилі і т. Д.

Величину п називають порядком або номером зони коливань в лово. Найбільша вихідна потужність виходить в основній зоні при п = 0. Умова балансу фаз можна використовувати для визначення частоти генерованих коливань в різних зонах, якщо відома дисперсійна характеристика зворотної просторової гармоніки. Частота, як випливає з умови балансу фаз, в обраній зоні залежить від і е> а, отже,

12е і від U Qy так як і ті = J-U 0 . Залежно колебательной потужності Р до = ф1 (С / о) і частоти з = Ф 2 (^ о) генеруючих коливань від прискорювальної напруги при / ф до = / ф до опт = const представлені на рис. 13.21, а і б.

Швидкість електронів і е у взаємодіючих зі зворотним гармонікою електромагнітної СВЧ-хвилі, визначається ускоряю-

Мал. 13.21

щим напругою £ / 0 , т. е. і е = о • Уповільнюючи системи в

Лово мають сильну дисперсією (залежністю фазової швидкості електромагнітної хвилі від частоти). За рахунок флуктуацій щільності електронного потоку, викликаних тепловим розкидом швидкостей електронів, які емітовані катодом, в уповільнює системі наводиться широкий спектр електромагнітних флуктуацій. Змінюючи швидкість електронного потоку, домагаються оптимальних умов взаємодії із зворотними гармоніками різних частот е "про ф < _ 1) ). Збільшення швидкості електронів відповідає взаємодії зі зворотним гармонікою, що має велику фазову швидкість і, відповідно, більшу частоту. Таким чином, збільшення і про приводить до збільшення частоти генерованих коливань, і при знятті залежності колебательной потужності від прискорювальної напруги Р допро ) відбувається одночасна зміна частоти, т. е. Р до = Р (0)).

При роботі на низьких частотах (малі значення і про ) довжина уповільненою хвилі А, 3 велика, і тому електронний потік розбивається на відносно мале число згустків в просторі взаємодії (по довжині спіралі укладається мале

число довжин хвиль, т. е. ставлення N = невелика В силу цього

через зменшення відстані, на якому сформований згусток взаємодієте хвилею, погіршуються умови передачі енергії від електронного потоку хвилі, що посилюється до того ж зростанням об'ємного заряду в згустках (через велику кількість електронів в кожному згустку). Остання обставина призводить до збільшення поперечної і поздовжньої разгруппіровок згустків. Тому на низьких частотах спостерігається "завал" характеристики Р до (Г / 0 ).

При великих 17 0 (великі частоти) зменшується опір зв'язку електронного потоку з полем СВЧ-хвилі. У цьому випадку поле концентрується в основному ближче до поверхні ЗС, і на кордоні електронного потоку на більш високих частотах існує поздовжнє електричне СВЧ-поле меншою напруженості, що і є причиною зменшення потужності.

Розглянемо баланс потужностей. Отримана хвилею від електронного потоку енергія повинна бути більше енергії втрат (загасання в ЗС, втрати узгодження і т. Д.), Т. Е. Її величина повинна бути достатньою для підтримки процесу формування електронних згустків. Розрахунок генератора на лово показує, що в режимі самозбудження ток електронного пучка повинен перевищувати деяку величину, звану пусковим струмом. Пусковий струм повинна бути різною для збудження коливань різних порядків, тому що зі збільшенням п потрібні великі величини 17 0 у т. Е. Великі витрати підводиться від джерела постійного струму енергії при мало змінною величиною корисної (а в дійсності при зменшенні), що передається від потоку хвилі. Таким чином, ККД генератора зменшується при зростанні п.

Для збудження коливань при п = 1 величина пускового струму повинна бути в кілька разів більше, ніж при п = О. Зазвичай в генераторах на лово реалізуються режими для п = 0. Для запобігання самозбудження коливань вищих порядків довжина ЗС вибирається рівної / =

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >