Файл: Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие.pdf

3.Проволочной спирали 2 — для замедления скорости электромагнитного поля внутри лампы (замедляющая систе­ ма). Концы спирали выполняют роль миниатюрных спираль­ ных антенн, связывающих лампу с входными и выходными волноводами.

4.Коллектора 6 (собирателя электронов).

5.Фокусирующей катушки 9 — для основной фокусировки электронного луча. Размещена снаружи металлического ци­ линдра.

6.Дополнительных фокусирующих катушек 10, улучшаю­ щих фокусировку электронного луча. Расположены на концах лампы.

7.Согласующих поршней 11, 12 — для согласования вход­ ного и выходного волноводов с лампой с целью обеспечения

режима бегущих волн в ней. Спираль лампы с обоих концов соединена с металлическими цилиндрами, длина которых рав­ на четверти длины волны усиливаемых колебаний. Эти ци­ линдры предотвращают излучение в. ч. энергии с концов лам­ пы. Лампа размещена в латунном цилиндре, образующем вместе со спиралью (центральный провод) коаксиальную ли­ нию. Вдоль линии распространяются усиливаемые колебания электромагнитной энергии, подаваемые через входной волно­ вод от антенны (полезные сигналы).

В некоторых УВЧ на Л Б В в качестве входного и выход­ ного элементов, кроме волноводов, применяют отрезки коак­ сиальных линий (на дециметровых волнах).

П р и н ц и п р а б о т ы У В Ч на Л Б В

П е р в ы й с л у ч а й . Источники питания включены, но сигнала на входе усилителя нет. Внутри спирали имеется только одно продольное магнитное поле фокусирующих кату­ шек. Поскольку катод лампы накален, электроны вылетают из него и, попадая под воздействие электрического поля ано­ дов, устремляются к коллектору. Сквозь отверстие второго анода электроны движутся равномерным потоком. Магнитное поле фокусирующих катушек фокусирует электронный поток в тонкий луч и не изменяет энергии электронов, поэтому внут­ ри спирали они движутся с постоянной скоростью. В любом сечении спирали плотность электронного луча получается

256

схемы не включен. При отключенном питании катод Л Б В хо­ лодный и электронного потока в лампе нет. Нет и магнитно­ го поля фокусирующих катушек. Если в это время на вход усилителя поступает радиоимпульс, то во входной спиральной антенне возбуждаются в .ч . колебания. Они создают на лам ­ пе электромагнитное поле высокой частоты, перемещающееся

Обычно /Пр= (10ч-30)/сп. В этом случае Ѵф волны в Л БВ в Юч-30 раз меньше скорости света. При полном согласовании лампы с волноводом вдоль оси спирали распространяется только бегущая волна высокочастотного поля, поэтому мощ­ ность сигнала на выходе Л Б В такая же, как и на входе (без учета потерь).

электромагнитного-поля

Рис. 5. 19. Электрическое высокочастотное поле бегущей вол­ ны внутри спирали при отсутствии электронного потока.

Т р е т и й с л у ч а й . На вход усилителя поступает высо­ кочастотный сигнал (радиоимпульс). Источники питания схе­ мы включены. Если радиоимпульс (сигнал) поступает на вход усилителя при наличии электронного потока в лампе, появле­ ние бегущей волны в. ч. электрического поля внутри спирали вызовет группирование электронов в сгустки. Пусть в данный момент времени между витками спирали действует электри­ ческое поле за счет бегущей волны высокочастотного сигнала (рис. 5.20). Из рисунка видно, что электроны 3 и 7 тормозят­ ся (в. ч. электрическое поле направлено согласно движению электронов) и, следовательно, отстают от поля.

Н а п р а в л е н и е д 5 и ж е н и я э л е к т р о н н о го

п о т о к а и э л е к т р о м а г н и т н о г о п о л я

Рис. 5. 20. Действие сил высокочастотного электрического по­ ля бегущей волны на электроны пучка.

Движение электронов 1 и 5 ускоряется (в. ч. электриче­ ское поле направлено против движения электронов), и они об­ гоняют электрическое поле.

На границах ускоряющего и замедляющего полей элек­ троны движутся с прежней скоростью, группируясь при этом в сгустки вокруг 2-го и 6-го электронов. Скорость последних неизменна и определяется величиной постоянного напряжения на втором .аноде лампы. Из рис. 5.20 следует, что сгустки электронов создаются в местах, предшествующих тормозяще­ му электрическому полю, так как электроны и поле движутся в одном направлении.

Если анодное напряжение выбрано таким, что скорость движения образующихся электронных сгустков несколька больше фазовой скорости бегущей волны, то сгустки, попадая, в участок тормозящего поля, уменьшают свою скорость и от­ дают часть своей энергии в. ч. полю (рис. 5.21). В дальней-

258

Напрабленив дбижение электронного потока и электромагнитного поля

Рис. 5. '21. Электронный поток внутри спирали при наличии высокочастотного поля бегущей волны усиливаемого сигнала

тем эти электроны движутся внутри тормозящего участка вместе с в. ч. нолем, постепенно уменьшая свою скорость, то есть непрерывно отдавая свою энергию в. ч. полю.

Если электронные сгустки вначале попадают в ускоряю­ щее поле, скорость их увеличивается, то есть они частично забирают энергию от в. ч. поля. Постепенно перегоняя в. ч. поле, эти электроны попадают в тормозящее поле, группиру­ ются там с более медленными электронами и отдают часть своей энергии в. ч. полю.

Так как в участках тормозящего в. ч. поля электронов дви­ жется значительно больше, чем в участках ускоряющего по­ ля, то электроны отдают в. ч. полю энергии больше, чем заби­ рают. Следовательно, энергия в. ч. поля по мере продвижения ее к выходному волноводу возрастает — усиливаются входные сигналы. Плотность электронных сгустков с продвижением их к коллектору также возрастает, и количество энергии, отда­ ваемой в. ч. полю сгустками, увеличивается.

Таким образом, энергия в. ч. сигнала на выходе У В Ч на Л Б В значительно больше, чем на входе, то есть УВЧ на Л БВ

усиливает в. ч. сигналы.

Коэффициент усиления У В Ч на Л Б В определяют обычно

вх

Рис. 5. 22. Зависимость усиления ЛБВ от напряжения на

напряжение на первом аноде и управляющем электроде лам­ пы для фокусировки электронного луча, то есть для установ­ ки минимального уровня шумов усилителя. Эти напряжения устанавливают один раз по паспортным данным лампы и в процессе эксплуатации не изменяют. Регулируют напряжение на втором аноде Аг для изменения коэффициента усиления усилителя.

При оптимальном напряжении на Аг скорость электрон­ ных сгустков внутри спирали такова, что они, обгоняя в. ч. тормозящее поле, начинают покидать его уже на выходе Л Б В . В данном случае торможение сгустков наиболее полное, то есть усилительный эффект максимальный (рис. 5.23 а).

Если напряжение на втором аноде меньше оптимального, электронные сгустки во время их полета не успевают испы­ тать торможения в пределах всего участка тормозящего поля и усилительный эффект лампы получается меньше макси­ мального (рис. 5.23 6).

Если же напряжение на Аг больше оптимального, каждый сгусток электронов успевает пролетать не только весь тормо­ зящий участок высокочастотного поля, но и попасть в участок

ускоряющего поля. Максимальная напряженность поля сиг-

260

Из-за отсутствия в усилителе резонансной системы отпадает необходимость его частотной перестройки при смене рабочей

(из-за наличия широкой полосы пропускания).

26І