Файл: Басалов Ф.А. Некоторые вопросы техники сверхвысоких частот [конспект лекций].pdf

ГЛБВ). в которых инерция электронов является не ограничиваю' гцим, а полезным эффектом. Кроме того, в- последнее время разработаны принципиально новые типы усилителей СВЧ с низким коэффициентом шума: молекулярные и параметрические усилители.

Кратко рассмотрим указанные типы усилителей СВЧ.

1.Усилители СВЧ на ЛБВ

Вусилителе на лампе бегущей волны (ЛБВ) усиление сиг­ налов осуществляется за счет длительного взаимодействия

электронного потока и бегущей волны электромагнитного поля СВЧ, перемещающихся в одном направлении. Благодаря такому принципу действия лампа и получила свое название.

Схема устройства и питания усилителя на ЛБВ приведена на рис. 70. Усилитель состоит из лампы бегущей волны, стек­ лянный баллон 1 которой выполнен в виде длинной трубки,

устройства 3. Основные элементы самой лампы бегущей волны: электронная пушка, состоящая из катода 4, управляющего электрода 5, первого анода 6 и второго анода 7. замедляющая система 8, выполненная в виде проволочной спирали, и кол­

лектор 9.

Схема питания электродов ЛБВ ясна из рис. 70. Величина питающих напряжений имеет следующий порядок;

Uy — единицы вольт, Uл — десятки вольт,

dj — сотни вольт.

Электронная пушка создает узкий электронный поток, кото­ рый движется вдоль оси спирали. Второй анод и спираль соединены между собой, поэтому скорость движения электро­ нов V3 определяется напряжением £/<г, так как (§ 4)

v- = V 2i u.,-

Изменяя и.л , получают нужную величину скорости Уэ.

Электронный поток, пройдя вдоль спирали, поступает на коллектор. Следовательно, цепь постоянного тока в ЛБВ замы­ кается через коллектор, катод и источник напряжения U,и.

ЛБВ помещается внутрь соленоида, имеющего длину лампы. Соленоид питается постоянным током и создает продольное магнитное поле, направленное вдоль оси спирали. Эго магнитное ноле необходимо для фокусировки электронного потока.

Замедляющая система представляет собой отрезок коаксиальной

отдают часть своей кинетической энергии электромагнитному

скорости их перемещения были одинаковы. Известно, что бегущая волна в обычной коаксиальной линии (внутренний провод не свернут в спираль) движется со скоростью света. Электроны, ускоренные напряжением Ua порядка сотен вольт,

движутся со скоростью в несколько десятков раз меньшей, чем скорость света. Следовательно, для выравнивания скоростей нужно в такое же число раз замедлить движение бегущей волны. Для этой цели используется замедляющая система,

68

Действие замедляющей системы можно пояснить следующим образом. Вдоль спирального провода коаксиальной линии бегущая волна движется со скоростью света. Поскольку она вынуждена последовательно обегать виток за витком, то фазовая скорость V.I, ее перемещения вдоль оси спирали становится меньше ско­ рости света С, причем во столько раз, во сколько раз длина одного витка спирали больше шага спирали, то есть

г

Р и с . 7 1 .

силовых линий электрического поля СВЧ для некоторого фик­ сированного момента времени приведено на рис. 71, на котором

с осевой составляющей электрического поля бегущей волны Ег. Электроны и бегущая волна движутся в одном направлении. При этом электроны, попавшие в область тормозящего поля, будут замедляться и отдавать часть своей кинетической энергии

69

йолю бегущей волны, увеличивая ее амплитуду, а электроны, попавшие в область ускоряющего поля, наоборот, будут отби­ рать энергию. Если число тех и других электронов одинаковое (это будет при однородном по плотности электронном потоке),- то передача энергии от электронов полю бегущей волны не происходи’!', усиления сигнала нет. Поэтому для усиления сиг­ нала первоначально однородный электронный поток должен быть сгруппирован по плотности таким образом, чтобы сгустки

электронов находились в области тормозящего поля, а разре­ жения — в области ускоряющего. Такое группирование проис­ ходит при выборе правильного режима работы ЛБВ (напряжения

тронов при взаимодействии их с осевой составляющей электри­

графики движения нескольких электронов (/, 2 и 3), равномерно

ное расположение каждого электрона относительно волны остается неизменным. Графики для этого случая показаны пунктиром.

В действительности электрическое поле волны Ег будет изменять движение электронов. Электрон 2, попавший в область,

70

электронами. Кроме того, сгустки электронов образуются в области нулевого поля.

без бзаимодей стби.я

по длине лампы. Сгруппированный электронный поток увеличи­

71