Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf

ной волновод В] и возбуждают в антеннке А токи высокой частоты. В свою очередь эти токи возбуждают в спиральной линии бегущую электромагнитную волну, распространяющуюся по спирали в сторону коллектора. Дойдя до конца спирали, волна с помощью концевой антеннкн А2 излучается в выходной волновод В2 и поступает через него к нагрузке. Спиральная форма внутреннего провода линии замедляет осевое перемеще­ ние бегущей волны во столько раз, во сколько длина витка спи­ рали больше ее шага. Усиление колебаний в ЛБВ достигается передачей энергии от потока электронов бегущей электромаг-

Е

Рис. 205. Схематическое устройство спи­ ральной лампы бегущей волны

нитной волне, распространяющейся по спирали. Чтобы движу­ щийся поток электронов отдавал свою энергию, скорость его устанавливается выше осевой (фазовой) скорости бегущей волны. Это достигается повышением напряжения на коллек­ торе.

На начальном участке спирали происходит модуляция ско­ рости электронов под действием тормозящего и ускоряющего

троны, влетевшие на начальном участке спирали в область ускоряющего поля, обладая повышенной скоростью, быстро проходят его, догоняют тормозящиеся электроны и образуют с ними сгустки. Сгустки электронов движутся вместе с бегущей волной в ее тормозящем поле и отдают кинетическую энергию полю волны, амплитуда которой возрастает. Увеличение ампли­ туды волны способствует лучшему группированию электронов в сгустки, что в свою очередь увеличивает амплитуду поля волны.

Спиральные замедляющие системы применяются в децимет­ ровом диапазоне и в длинноволновой части сантиметрового диа­ пазона.

Генераторы на ЛБВ имеют небольшие мощности, очень низ­ кий к. п. д. и неустойчивую работу колебаний. Величина выход­ ной мощности Ламп малой и средней мощности измеряется де­ сятыми долями и единицами ватт, а мощные ЛБВ позволяют

2Ю

получать до 10 МВт в импульсе. К. п. д. маломощных ламп

около :Ю—15%, мощных 35—55%.

Лампы с прямой бегущей волной типа М называют магне­ тронными усилителями. Они работают в усилительном режиме. Усилители этого типа позволяют получить в импульсном ре­ жиме выходную мощность в несколько мегаватт с к. п. д., рав­ ным 60%.

Лампы с обратной бегущей волной (ЛОВ) применяются в качестве гетеродинов, генераторов сигналов, мощных генера­

Рис. 206. Схематическое устройство лампы обратной волны типа О

ЛОВ (или карцинотроны) бывают типа О и типа М. Пер­ вые имеют замедляющую систему ЗС продольной конструкции

спрямолинейным движением электронного пучка (рис. 206). ЛОВ типа О состоит из электронной пушки ЭП, замедляю­

щей системы ЗС, фокусирующей системы ФС, поглощающей вставки ПВ и устройства вывода энергии.

Принцип действия ЛОВ состоит в следующем. Электронная пушка создает луч электронов, движущихся вдоль замедляю­ щей системы от катода к коллектору. В зависимости от фор­ мы ЗС луч электронов может быть цилиндрическим, трубчатым или ленточным. ФС стремится удерживать неизменной форму поперечного сечения луча по всей его длине..Фокусировка луча может осуществляться электромагнитом, системой постоянных магнитов или электростатическим полем. Но практически в электронном луче всегдаимеются перемещающиеся неравно­ мерности, которые возбуждают в ЗС бесконечное число слабых колебаний различных частот. Эти колебания распространяются вдоль ЗС с различной скоростью в прямом и обратном направ­ лениях. Прямые волны, достигнув конца 3 С, гасятся погло­ щающей вставкой. В результате взаимодействия обратных волн с потоком электронов будет нарастать амплитуда бегущей волны той частоты, при которой произойдет модуляция элек­ тронов по скорости. Образовавшиеся сгустки электронов дви­

21 1

жутся в тормозящем поле встречной волны (первое условие самовозбуждения) и увеличивают ее амплитуду. При этом электронный поток переносит часть энергии электрического поля СВЧ от выходного конца ЗС к входному (к коллекторному), чем осуществляется положительная обратная связь. Иначе говоря, сгустки электронов индуктируют в ЗС волну с частотой следо­ вания сгустков, а возникшая волна распространяется навстречу потоку электронов и пополняется их энергией. Величина обрат­ ной связи (тока пучка) должна быть такой, чтобы обеспечить условие самовозбуждения генератора. Ток пучка, при котором возникает генерация, называется пусковым током. Частоту гене­ рируемых колебаний в ЛОВ можно изменять с помощью элек­ тронной настройки, т. е. изменением ускоряющего напряжения. С изменением ускоряющего напряжения меняется скорость электронного пучка, и поэтому условия самовозбуждения будут выполняться для обратной бегущей волны другой частоты. Практически диапазон электронной настройки в ЛОВ полу­ чается порядка ЭО—40% средней генерируемой частоты.

ЛОВ типа О имеют низкий к. п. д. п могут применяться в качестве генераторов небольшой мощности.

ЛОВ типа М по внешнему виду подобны импульсным маг­ нетронам. У них электронный поток вращается в замедляющей системе, согнутой в кольцо. Вращательное движение электронов создается, как и в магнетроне, электрическим полем лампы и полем постоянного магнита, между полюсами которого распо­ лагается лампа. ЛОВ типа MNявляются эффективными генера­ торными приборами в диапазоне волн 0,15—75 см, легко пере­ страиваются в широком диапазоне частот и имеют к. п. д. до 70%. От них получены мощности в несколько сот киловатт в импульсном режиме и порядка нескольких киловатт в непре­ рывном режиме.

В последние годы в радиопередающей технике СВЧ находят

четного числа резонаторов лопаточного типа, связанных систе­ мой связок (как и в магнетроне), и представляет собой колеба­ тельную систему платинотрона. Связки разомкнуты, и их концы образуют входное и выходное устройства, согласованные с за­ медляющей системой. К входному устройству подводятся коле­ бания от возбудителя, а с выходного устройства колебания передаются к потребителю. При разомкнутых связках и нечет­ ном числе, резонаторов колебательная система оказывается также разомкнутой и при согласованных входном и выходном устройствах обладает широкой полосой пропускания. В центре замедляющей системы помещается активированный катод ци­

2 1 2

линдрической формы с большой удельной эмиссией. Управле­ ние электронным потоком производится постояннымэлектриче­ ским и магнитным полями, создаваемыми так же, как в магне­ троне. Электронный поток в платинотронах обычно взаимодей­ ствует с обратной-волной, но может использоваться и прямая

ностей амплитронов до нескольких мегаватт, а в непрерывном режиме — до нескольких сот киловатт.

Существенным недостатком амплитронов является малый коэффициент усиления. Поэтому на практике часто амплитроны включаются каскадно (до трех-четырех амплитронов).

Стабилитроны применяются в качестве мощных высокоста­ бильных возбудителей дециметрового и сантиметрового диапа­ зонов.

§ 6. Импульсные модуляторы

Современные радиолокационные передатчики обычно рабо­ тают в импульсных режимах. Они генерируют высокочастотные колебания в виде периодически повторяющихся кратковремен­ ных прямоугольных радиоимпульсов.

Процесс формирования радиоимпульсов называется им­ пульсной модуляцией, а устройства, управляющие колебаниями генераторов СВЧ при этом, — импульсными модуляторами.

В зависимости от изменяемого параметра различают сле­ дующие виды импульсной модуляции: амплитудно-импульсную

(АИМ), широтно-импульсную (ШИМ), фазово-импульсную (ФИМ) и частотно-импульсную (ЧИМ),

213

При работе радиолокационных передатчиков наиболее часто применяют анодную импульсную модуляцию, при которой анод­ ное напряжение подводится от импульсного модулятора только во время импульса. Эти импульсы должны максимально при­ ближаться по форме к прямоугольным — иметь крутые фронты и плоскую вершину. Крутые передний и задний фронты необхо­ димы для увеличения точности определения координат целей и улучшения разрешающей способности станции. Плоская вер­ шина импульса обеспечивает постоянство анодного напряже­ ния, а следовательно, и стабильность частоты п мощности гене­ ратора. Для формирования таких импульсов большой мощ­ ности применяют специальные устройства: накопители и ком­ мутаторы. Задачей накопителей являются аккумулирование электрической энергии в течение паузы от маломощного источ­ ника тока и быстрая отдача ее в анодную цепь генератора во время импульса. Коммутирующие устройства управляют момен­ том отдачи энергии накопителем.

Импульсные модуляторы классифицируются по типу основ­ ных элементов: накопителя и коммутатора. В качестве накопи­ телей энергии применяют емкость, искусственную линию или индуктивность. В качестве коммутирующих приборов применя­ ются электронные лампы, ионные приборы или нелинейные индуктивности.

М о д у л я т о р ы с е м к о с т н ы м н а к о п и т е л е м э н е р ­ гии в современных радиолокационных передатчиках находят наибольшее применение. На рис. 208 показана упрощенная схема такого модулятора. В паузах между импульсами комму­ татор К разомкнут. Конденсатор С заряжается от источника питания через ограничительное (пли зарядное) сопротивле­ ние /? 0Гр, запасая энергию. Напряжение на конденсаторе повы­ шается до напряжения источника Е0. В конце заряда коммута­ тор К замыкается, подключая конденсатор С к генератору, и он разряжается через сопротивление Rn СВЧ генератора. После разряда конденсатора коммутатор вновь размыкается, происхо­ дит новый заряд накопителя и т. д. Заряд С происходит медленленно, незначительным током, а разряд — быстро, большим током.

Для емкостного накопителя возможны режимы полного или частичного разряда. Модуляторы с простым емкостным нако­ пителем энергии в режиме полного разряда используются крайне редко.

При работе модулятора в режиме частичного разряда ком­ мутатор замыкается на короткое время и размыкается, когда конденсатор разрядится незначительно.

На рис. 209 видно, что импульсы напряжения при этом имеют форму, близкую к прямоугольной. Отклонение от прямо­ угольной формы наблюдается в верхней части. Оно тем меньше,

214