Файл: Радиотехнические системы в ракетной технике..pdf

Г Л А В A 8

РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИЙ РАДИОПОМЕХ

8.1.Электровакуумные СВЧ-приборы

Кнастоящему времени известно большое число разнообразных ЭВП. Однако для целей РПД пригоден весьма ограниченный класс приборов, удовлетворяющий основному требованию — быст­ рой электронной перестройке в широком диапазоне частот. Этому требованию, как правило, не удовлетворяют магнетронные генера­ торы, отражательные клистроны (диапазон электронной перестрой­ ки— доли процента), пролетные клистроны (с механической пере­ стройкой) .

Для генерации частот 1 —18 Ггц наиболее перспективными в этом отношении являются лампы обратной волны и митроны (раз­ новидность магнетронных генераторов).

Лампы обратной волны подразделяются на два основных типа: ЛОВ типа «О» (ЛОВО) и ЛОВ типа «М» (ЛОВМ).

В лампах типа «О» электронный поток фокусируется аксиаль­ ным магнитным полем, причем электроны в процессе взаимодей­ ствия с высокочастотным полем замедляющей системы отдают ему свою кинетическую энергию. В ЛОВ типа «М» для фокусировки электронов применяются скрещенные электрическое и магнитное поля, при этом высокочастотному полю передается потенциальная энергия электронов.

За рубежом ЛОВО применяют преимущественно в качестве ге­ теродинов и маломощных генераторов, поэтому в устройствах ак­ тивных помех их использование ограничено. В качестве мощных генераторов (сотни — тысячи ватт) применяют ЛОВМ.

Основные достоинства ЛОВ: широкий диапазон электронной перестройки (30—40%), высокий к. п. д. (40—60%) и сравнитель­ но небольшие питающие напряжения для генерирования мощностей

50—1000 вт.

По принципу действия ЛОВ близки к магнетрону. Различие состоит в том, что замедляющая система ЛОВ является незамкну­ той, а катод вынесен из пространства взаимодействия. ЛОВ может быть как генератором, так и усилителем, в котором электронный поток взаимодействует с пространственной гармоникой замедляю-

290

щей системы. Для возникновения генерации высокочастотных ко­ лебаний между входом и выходом должна существовать обратная связь. Последняя обеспечивается тем, что энергия обратной волны движется в направлении, противоположном направлению движения потока электронов. При соблюдении определенных амплитудных и фазовых соотношений в системе возникнут автоколебания, частота которых будет определяться дисперсионными свойствами и напря­ жением замедляющей системы.

Схематическое устройство ЛОВМ показано на рис. 8.1. Элек­ троны, эмиттированные катодом 1, под действием электрического поля управляющего электрода 2 и магнитного поля описывают полупетлю циклоиды и попадают в пространство взаимодействия между отрицательным электродом 3 и замедляющей системой 4.

Изменение скорости движения электронов в пространстве взаи­ модействия приводит к изменению частоты генерируемых колеба­ ний. Отличительной особенностью ЛОВМ является наличие линей­ ной зависимости между частотой колебаний и напряжением замед­ ляющей системы.

Основными параметрами ЛОВМ являются: рабочий диапазон частот (коэффициент перекрытия), выходная мощность, коэффи­ циент полезного действия, уровень паразитных колебаний, равно­ мерность частотной характеристики.

Мощность генерируемых колебаний, как правило, возрастает с увеличением напряжения на замедляющей системе (рис. 8.2). Неравномерность амплитудной характеристики, являющаяся след­ ствием неодинакового согласования вывода энергии и поглотителя лампы с замедляющей системой в рабочем диапазоне частот, мо­ жет составлять несколько децибел. Уменьшение к. п. д. на краях

291

частотного диапазона может происходить из-за нарушения прямо­ линейности движения электронного пучка.

Изменение напряжения отрицательного электрода приводит к значительному изменению выходной мощности и частоты лампы. Характер этой зависимости показан на рис. 8.3. Как видно из рисунка, имеется оптимальное значение напряжения отрицатель­ ного электрода, при котором достигается максимальная мощность. При отклонении от этого оптимума мощность падает, что ограни­ чивает применение перестройки ЛОВМ путем изменения напряже­

Коэффициент полезного действия у ЛОВМ примерно в два раза выше, чем у ЛОВО, и достигает 35—45% во всем диапазоне пере­ стройки и около 60% в отдельных точках.

ЛОВМ склонна к генерации колебаний высших порядков, на­ зываемых паразитными или колебаниями боковых частот. Ампли­ туда паразитных колебаний может составлять от 1 до 30% от ам­ плитуды основной частоты. Паразитные колебания могут быть подавлены различными конструктивными способами и подбором рабочих характеристик. Практически это сводится к уменьшению длины замедляющей системы, увеличению диаметра луча и умень­ шению «высоты» влета электронов в пространство взаимодействия.

Благодаря возможности быстрой перестройки в широкой полосе частот ЛОВМ находят широкое применение в передатчиках помех. В частности, в США для систем радиопротиводействия выпущена серия ЛОВМ, перекрывающих диапазон частот от 1 до 11 Ггц с выходными мощностями от 125 до 235 вт, диапазоном перестройки в 25—33% и весом 7,5—12,3 кг. Эти приборы в работающем со­ стоянии способны выдерживать вибрацию с частотой 5—1500 гц при ускорении 2 g. В нерабочем состоянии они выдерживают при

2 9 2

такой же вибрации ускорение 5g и удар 15 g. Уровень мощности паразитной генерации более чем на 15 дб ниже мощности несущей, относительный температурный уход частоты не превышает 0,3— 0,4% после разогрева в течение 2 мин.

Другие выпускаемые серийные ЛОВМ в диапазоне от 1 до И Ггц имеют почти одинаковые питающие напряжения и уровни мощности, что позволяет унифицировать разработку станций по­ мех на различные частотные поддиапазоны с минимальной затра­ той времени и средств. Основные параметры некоторых ЛОВМ приведены в табл. 8.1.

Генераторные ЛОВМ непрерывно совершенствуются. В частно­ сти, исследуются ЛОВМ с инжектированным лучом, работающие при отрицательном (по отношению к катоду) напряжении на за­ медляющей системе и положительном напряжении на отрицатель­ ном электроде. В результате с одного из генераторов обратной волны в 10-см диапазоне получена выходная мощность около 500 вт при к. п. д. 10—20%. При этом мощность, рассеиваемая на замед­ ляющей системе, в 5—10 раз меньше мощности, рассеиваемой ЛОВМ в обычно принятом режиме.

Лампы обратной волны типа «М» применяются также для уси­ ления СВЧ колебаний и могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме.

Основные параметры типовых ЛОВМ, работающих в усилитель­ ном режиме, приведены в табл. 8.2.

Разновидностью усилительных ЛОВМ являются приборы с хо­ лодным катодом, в частности битермитроны, карматроны, карпитроны и др.

В последнее время за рубежом большое внимание уделяют во­ просам экранировки ЛОВ. Экранировка почти в 100 раз ослабляет магнитное поле, которое на расстоянии 5 см от поверхности прибо­ ра (WJ-2006) уменьшается до 2 гаусс. В результате двойной экра­ нировки ЛОВ нормально работает по соседству с ферромагнитны­ ми материалами и другими СВЧ приборами. Это упрощает исполь­ зование ЛОВ в бортовой аппаратуре.

Ведутся также работы по сокращению веса и размеров ЛОВ. Так как основную часть веса прибора составляет фокусирующий магнит, то использование нового магнитного материала Almico V-7 снизило вес магнита в 8 раз, а лцнейные размеры ЛОВ вдвое.

Митроны относят к классу СВЧ приборов М-типа. В отличие от других генераторных устройств, например ЛОВМ, выходная высо­ кочастотная мощность и некоторые другие электрические характе­ ристики у них связаны с полосой электрической перестройки частоты. В связи с этим различают два основных типа митро­

нов:

— широкополосные митроны, характеризуемые отношением максимальной генерируемой частоты к минимальной, равным 2 : 1 или 3:1, при уровне выходной высокочастотной мощности от 50 до

1500 мвт;

— митроны с полосой электрической перестройки 5—20%

293