Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

витка спирали больше шага ее намотки. Поэтому спираль назы­ вают замедляющей системой ЛБВ .

ливаемой волны в 10—30 раз меньше скорости света. В рассма­ триваемом случае в любом сечении спирали действующее значение

напряженности высокочастотного поля одинаково. Поэтому мощ­

коаксиального фидера, в котором электромагнитная энергия рас­ пространяется с малой скоростью.

3-й случай. На вход усилителя поступает высокочастотный сиг­ нал (радиоимпульс) при включенных источниках питания схемы.

Если радиоимпульс (сигнал) поступает на вход усилителя при наличии электронного потока в лампе, то появление бегущей волны высокочастотного электрического поля внутри спирали вы­ зовет группирование электронов в сгустки. Процесс группирова­ ния заряда внутри спирали поясняется рис. 1.97 на примере семи электронов.

нение заряда вокруг электронов 2 и 6, скорость которых неизмен­ на и определяется величиной постоянного напряжения на втором аноде лампы.

135

Из рисунка следует, что сгустки электронов создаются в ме­ стах, предшествующих тормозящему электрическому полю, так как электроны и поле движутся в одном направлении.

Если анодное напряжение выбрано так, что скорость движе­

&эл > &эмэ

Рис. 1.98. Электрическое высокочастотное поле бегущей волны внутри спирали при наличии электронного потока

больше фазовой скорости бегущей волны, то электронные сгустки будут постепенно обгонять высокочастотное поле. Одновременно будет продолжаться процесс концентрации заряда в сгустках.

пряжений на втором аноде. Приведенные графики легко объяс­ нить. При оптимальном напряжении на втором аноде скорость электронных сгустков, образующихся внутри спирали, такова, что они, обгоняя высокочастотное тормозящее поле, покидают его в самом конце лампы. Поэтому процесс торможения сконцентриро-

126

ванного заряда происходит наиболее полно. Следствием этого яв­ ляется наибольший усилительный эффект.

Если напряжение на втором аноде установлено меньше опти­ мального, то электронные сгустки в процессе их полета не успе­ вают испытать торможения в пределах всего участка тормозя­ щего поля и усилительный эффект лампы получается меньше максимально возможного.

F,

Е

в

Рис. 1.100. Мгновенное положение бегущей волны высо­ кочастотного поля сигнала в ЛБВ:

а - если U 3 a = VSl о п т ; б — если U a j < U i t о п т ; в - если V^ >

>опт-

Если же напряжение на втором аноде установлено больше опти­ мального, то каждый сгусток электронов в процессе его полета успевает пролететь не только весь тормозящий участок высокоча­ стотного поля, но и попасть в участок ускоряющего поля. В этом случае максимальная напряженность поля сигнала получается не на конце спирали, и поэтому усилительные свойства ЛБВ исполь­ зуются не полностью.

Выбор оптимального напряжения на втором аноде лампы про­ изводится перемещением движения потенциометра R4 (рис. 1.95).

127

Поскольку измерение напряжения радиоимпульсов в диапазоне сантиметровых волн производить затруднительно, а измерение их мощности не представляет собой труда, то принято указывать и измерять коэффициент усиления усилителя на ЛБВ по мощности. Обычно он бывает равен 20—50 дб. Это означает, что мощность сигнала на выходе усилителя превышает мощность сигнала на входе в сотни или тысячи раз.

Так как в усилителе на ЛБВ входное сопротивление равно вы­ ходному сопротивлению, то его коэффициент усиления по напря­ жению в децибелах равен коэффициенту усиления по мощности.

Усилитель на ЛБВ имеет специфическую особенность. Она за­

усилителя ограничивается только переходными и согласующими устройствами, которые весьма широкополосны.

Полосу пропускания усилителей на ЛБВ принято измерять в процентах от несущей частоты усиливаемого сигнала. Обычно она бывает около 10—40%. Это обстоятельство позволяет усиливать (или генерировать) при помощи ЛБВ радиоимпульсы очень малой длительности (единицы наносекунд).

Рассмотренная конструкция спиральной ЛБВ является про­ стейшей. Наряду с ней имеются и более сложные конструкции.

3. Генераторы на ЛОВ

Типичная конструкция генератора на лампе обратной волны показана на рис. 1.101.

В изображенном образце лампы используется замедляющая система типа «встречные штыри». Данную систему можно рас­ сматривать как отрезок зигзагообразного прямоугольного волно­ вода без узких стенок. В этом волноводе легко возникают колеба­ ния различных частот. Их называют пространственными гармони­ ками. Причиной возникновения многочисленных колебаний в ЛОВ являются шумовые флюктуации электронного потока.

Электромагнитные волны возникающих колебаний начинают распространяться по извилистому волноводу в обоих направле­ ниях. Но только одна из волн быстро нарастает (усиливается сгу­ стками электронов). Все остальные волны почти мгновенно зату­ хают.

Эксперименты показывают, что нарастающая (генерируемая) волна распространяется навстречу электронному потоку и в этом смысле является волной обратной. Ее длина (частота) опреде­ ляется средней скоростью электронов луча, которая зависит от ускоряющего напряжения электронной пушки. Его часто назы­ вают напряжением электронного луча или напряжением электрон­ ного пучка.

128

Поскольку энергия генерируемой волны возрастает по Мере ее удаления от коллектора, то выход генератора на ЛОВ всегда на­ ходится вблизи анодов электронной пушки.

Изменением напряжения луча молено изменять частоту гене­ рируемых колебаний в широких пределах. Такая перестройка ге­ нератора называется электронной, поскольку она осуществляется за счет изменения скорости электронов. Обычно диапазон элек­ тронной перестройки ЛОВ бывает около ±30 — 40% средней ча­ стоты генерируемых колебаний. Столь широкий диапазон плавной перестройки генератора на ЛОВ выгодно отличает его от всех остальных генераторов СВЧ.

5

Выход

Важное свойство генератора на лампе обратной волны заклю­ чается также и в том, что частота генерируемых колебаний прак­ тически не зависит от характера внешней нагрузки. Это объяс­ няется тем, что в ЛОВ нет колебательной системы.

Поясним несколько подробнее физический процесс передачи энергии электронного луча генерируемой волне. Для этого пред­ положим, что в лампе возникла волна требуемой частоты и дви­ жется от коллектора к выходу генератора.

По волноводным зигзагам (между встречными штырями) вол­ на распространяется со скоростью света. Вдоль оси лампы ско­ рость движения волны значительно меньше. В процессе движения волны по волноводу без узких стенок ее электрическое поле ча­ стично расположено в околоштыревом пространстве. Именно здесь (с двух сторон от штырей) необходимо иметь электронные лучи с неравномерной плотностью электронов. Тогда они окажутся на пути замедленного движения электрического поля генерируемой волны.

Двойной электронный луч в ЛОВ создается электронной пуш­ кой с двумя отверстиями в анодах (рис. 1.102).