ПРИЛАДИ МАГНЕТРОННОГО ТИПУ

Прилади магнетронного типу (типу М) можуть бути як генераторами, так і підсилювачами. Відзначимо властивості найбільш поширених з них.

Мітронов. Магнетрони, перебудовуються напругою (Мітронов), це широкосмугові генератори магнетронного типу.

Електрична перебудова частоти в широких межах в Мітронов здійснюється в основному або шляхом обмеження емісійного струму катода (або струму анода), або застосуванням зовнішньої коливальні системи малої добротності. Як коливальні системи в Мітронов використовується зустрічно-штирові структура 3 (рис. 14.10), згорнута в кільце і пов'язана із зовнішньою системою, що має низьку добротність (1,5 ... 10). У магнетронах добротність, як правило, дорівнює кільком сотням і більше.

Обмеження струму і управління ним в Мітронов здійснюється, зокрема, за рахунок того, що емітує катод 1 винесено за межі простору взаємодії, т. Е. Електрони надходять в це про-

Мал. 14.10

странство ззовні. Для формування необхідної структури НВЧ-поля в центр приладу поміщається холодний (Не емітує) катод 2. Між гарячим катодом і анодної структурою розташовується керуючий електрод 4. Так само як і в магнетроні, поперечне по відношенню до електричного магнітне поле формується за допомогою постійного магніту 5 .

Розрізняють два основних типи Мітронов:

  • 1) широкосмугові Мітронов, що характеризуються відношенням максимальної частоти, що генерується до мінімальної, рівним 2: 1 або 3: 1, при рівні вихідної потужності до 1,5 ... 3 Вт;
  • 2) вузькосмугові Мітронов з перебудовою по частоті в межах 5 ... 20% при рівні вихідної потужності від 3 до 150 Вт.

Мітронов працюють на частотах аж до 1 мм (300 ГГц).

При зростанні анодної напруги 1 / п змінюється на

напруженість радіального електричного поля в просторі взаємодії і, отже, швидкість обертання спиць, оскільки 1> цк = ----- д. Частота, з якою спиці будуть проходити середню лінію кожного резонатора, дорівнює / - 0 цк / Про - відстань між сусідніми резонаторами, або період структури). Якщо N - число елементарних резонаторів, то / =

U a N

= Про в / 2 ГТБ " т * е * частота генерації є лінійною функцією t / a , що підтверджується експериментально. Залежність вихідної потужності від частоти Р вих = F (f) подібна резонансної кривої анодної системи при невеликому відсотку її добротності. Це означає, що потужність на виході пропорційна импедансу, на який навантажений електронний потік. залежність / а = F, (/) аналогічна залежності Р = F (f) потужності від частоти при В = const.

Лампа біжучої хвилі типу М (ЛБВМ). ЛБВМ використовуються як ефективні підсилювачі потужних НВЧ-коливань. Перевагами цих магнетронних підсилювачів є високий ККД (до 70%), відносно низькі робочі напруги, наприклад, при Р вих = 100 кВт анодна напруга становить 1 / а = 10 ... 12 кв, а при Р вих = 1 МВт (/ а = 25 ... 40 кВ. Імпульсні ЛБВМ мають Р вих до 10 МВт при = 100 кВ з пропускною здатністю Д / ~ 17%.

Мал. 14.11

Зазвичай ЛБВМ мають циліндричну конструкцію, рідше - лінійну. Фізичні процеси зручніше розглядати за допомогою лінійної ЛБВМ, пристрій якої представлено на рис. 14.11, де 1 - електронна гармата (ЕП); 2 - уповільнює система (ЗС); 3 - холодний катод (ХК); 4 - колектор; і про - напруга на останньому ускоряющем електроді ЕП; (У хк - напруга на ХК; С7 ас - напруга на колекторі і ЗС.

ЕП формує електронний потік з заданими параметрами. ЗС і ХК утворюють простір взаємодії, де електрони взаємодіють з СВЧ-полем ЗС в схрещених постійних електричному Г 0 і магнітному У 0 полях. Електронний потік вводиться в простір взаємодії таким чином, щоб електрична складова сили = -е £ 0 , діє на електрони в напрямку ЗС, була урівноважена магнітною складовою = -е [6 х В 0 ]. В результаті під час відсутності СВЧ-по- лей траєкторія електронів буде прямолінійною, т. Е. Циклоїда вироджується в пряму лінію. Швидкість електронного потоку в просторі взаємодії в цьому випадку буде і е = £ 0 / В 0 . У кожен момент часу весь простір взаємодії, як і в магнетроні, можна розбити на ряд ділянок, де сусідні ділянки мають поздовжні складові СВЧ-поля, спрямовані протилежно. В результаті на одних ділянках електрони будуть сповільнюватися, і електрична складова сили Р е переважатиме над магнітною. Електрони на цих ділянках будуть підніматися в напрямку ЗС, на інших, навпаки, електрони прискорюються, тоді переважає сила F м . Електрони при цьому рухаються в бік холодного катода. Якщо = і е , то одні електрони будуть підніматися, наближаючись до ЗС, а інші падати на катод, т. Е. Процеси взаємодії тут багато в чому аналогічні

Мал. 14.12

Мал. 14.13

процесам, що протікають в магнетроні. В електронному потоці утворюються ущільнення (згустки) і розрідження. У ЛБВМ потенційна енергія перетворюється в енергію НВЧ-поля, і в міру наближення до ЗС потенційна енергія електронів зменшується, а енергія НВЧ-поля збільшується. Поперечна складова СВЧ-поля, нормальна до поверхні ХК (інакше - негативного електрода), відіграє таку ж роль, що і в магнетроні, т. Е. Вона сприяє кращій угрупованню всередині згустку.

Приклади основних характеристик ЛБВМ наведені на рис. 14.12 і 14.13. На рис. 14.12 зображена амплітудна характеристика. Зі збільшенням вхідної потужності вихідна Р ВЬ1Х зросте через те, що напруженість СВЧ-поля стає більше і електрони більш інтенсивно піднімаються до ЗС, віддаючи дедалі більшу частину своєї енергії. На пологом ділянці електрони при Р вх > Р вх1 починають досягати ЗС, передавши всю свою енергію НВЧ-поля. Незначне збільшення Р ВИ х в пов ° ї частини кривої викликано тим, що в міру зростання Р вх все більше число електронів досягають ЗС.

Залежності коефіцієнта посилення До від напруги холодного катода 11 хк і частоти / (см. Рис. 14.13) подібні відповідно характеристиці взаємодії і частотній характеристиці ЛБВО.

Лампа зворотної хвилі типу М (ЛОВМ). Поряд з ЛБВМ в СВЧ-техніці досить широко застосовуються прилади, що працюють на зворотній просторової гармоніці - різні види ЛОВМ, які можуть використовуватися в якості як підсилювачів, так і генераторів. Пристрій генераторів на ЛОВМ (рис. 14.14) схоже з пристроєм маг-

Мал. 14.14

нетронного підсилювача типу ЛБВМ. Уповільнює система (ЗС) 4 зазвичай згорнута в незамкнуте кільце. Вихідна потужність відводиться в навантаження по СВЧ-тракту 7, підключається поблизу катода 2, у ЛБВМ в цьому місці знаходиться вхід приладу. У колекторного кінця ЗС ЛОВМ монтується поглинач 6 , який поглинає електромагнітну хвилю, відображену від вихідний СВЧ-лінії і катодного кінця системи. У ЛБВМ у колекторного кінця розташовується вихід приладу. Простір взаємодії в ЛОВМ, як і в ЛБВМ, формується холодним катодом 3 і ЗС 4. На рис. 14.14 показані також анод електронної гармати 2 і колектор 5; ЗС конструюється таким чином, щоб в ній переважну роль грала перша зворотна гармоніка, вектор фазової швидкості * З ф ( _ 1) якої збігається з напрямком руху електронів. Групова швидкість СВЧ-хвилі (швидкість перенесення енергії на.ріс. 14.14) спрямована назустріч руху потоку.

Під впливом флуктуацій щільності електронного потоку в ЗС виникають слабкі електромагнітні коливання. Подальший механізм взаємодії електронного потоку з НВЧ полем - формування згустків, відбір робочих електронів, передача енергії полю хвилі - подібний до механізму взаємодії в ЛБВМ, за винятком того, що взаємодія здійснюється не з прямою хвилею, а зі зворотного гармонікою. Однак фазова швидкість цієї хвилі, як і в ЛБВМ, спрямована в ту ж сторону, що і напрямок руху електронного потоку.

Одним з достоїнств генератора на ЛОВМ є можливість (за рахунок зміни напруги джерел живлення) електронного зсуву частоти генерованих коливань в межах декількох відсотків. Генератори на ЛОВМ є досить потужними приладами, у яких потужність в безперервному режимі досягає декількох кВт, ККД - 30%. Вони працюють аж до міліметрового діапазону. ЛОВМ може працювати як підсилювач, в якому вхід розташовується близько колектора. Коефіцієнт посилення таких приладів 20 ... 30 ДБ.

Ампілітрони. Це різновид підсилюючих ЛОВМ, пристрій яких схоже з пристроєм магнетронів. Відзначимо деякі відмінні риси пристрої ампі- літрона (рис. 14.15, стрілками показані напрямки руху НВЧ-енергії). Оскільки це підсилювальний прилад, то для усунення порушення на коливаннях бачив, ампілітрон,

на відміну від магнетрона, має непарне число резонаторів. У магнетроні ЗС утворена замкнутою ланцюжком резонаторів, а в ампілітроне ЗС 2 розімкнути за рахунок розриву системи зв'язок 3. Магнітне поле 4 формується постійним магнітом. Вхідний сигнал Р пх збуджує через зв'язки поле в резонаторах. Електрони, емітовані катодом /, надходять в простір взаємодії і рухаються по таким же траєкторіях, що і в магнетроні. Якщо швидкість переміщення електронів дорівнює фазової швидкості однієї з просторових гармонік СВЧ-поля, то в результаті процесів угруповання утворюються спиці, в яких електрони передають свою потенційну енергію НВЧ-поля. Амплітуда хвилі, що біжить уздовж зв'язок, зростає за рахунок потенційної енергії електронів. У ампілітроне взаємодія здійснюється зі зворотним гармонікою, так само, як і в ЛОВМ, т. Е. Ампіліт- рон об'єднує в собі властивості магнетрона і ЛОВМ. Амнілітрон є дуже потужним інструментом, його потужність в безперервному режимі досягає сотень кВт, а в імпульсному - десятків і більше МВт, посилення - до 20 ... 30 дБ, робочий діапазон частот - зазвичай одиниці ГГц, ККД до 70 ... 80% .

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >