Файл: Федоров, Н. Д. Электронные и квантовые приборы СВЧ учебник.pdf

тодного (выходного) конца замедляющей системы. В случае генера­ торной ЛОВМ суммарное (полное) поле у другого (коллекторного) конца должно быть равно нулю. Теория показывает, что это условие выполнимо только при наличии холодного синхронизма между электронным потоком и волной. Полученное распределение поля по координате г (рис. 6.8) описывается уравнением

парциальных волн сдвиг фазы на 180° первый раз наступит раньше (2 = 1/3), а второй раз опять при 2 = 1. Следовательно, во второй

Сравним зоны по эффективности взаимодействия электронного потока с полем. В первой зоне сгруппированные электроны находят­ ся в тормозящем поле волны и все время отдают свою потенциальную энергию полю. Во второй зоне на начальном участке лампы (г < 1/3) процесс взаимодействия прежний: происходит группирование элект­ ронов в тормозящем поле и передача потенциальной энергии сгруп­ пированных электронов полю. Но в сечении лампы 2 = 1/3 фаза поля изменилась на 180°, тормозящее поле становится ускоряющим, и наоборот. Следовательно, ранее сгруппированные электроны, оказавшись в ускоряющем поле, начинают отбирать энергию от поля и разгруппировываются. В некотором сечении (2 = 0,6 1) пу­ чок электронов приходит в первоначальное состояние (группирова­ ние отсутствует). Далее начнется новый этап группирования элект­ ронов и передача энергии в тормозящем полена оставшемся участке пути. Следовательно, передача энергии от электронов полю в этом случае менее эффективна. Передаваемая энергия, очевидно, умень­

113

шается с ростом номера зоны, поэтому для возбуждения колебаний в высших зонах требуется увеличивать число взаимодействующих электронов, т. е. ток пучка. Связь Между пусковыми токами В любой и первой зонах устанавливается формулой

т. е. зависимость от номера оказывается сильной (квадратичной). Все предыдущие выводы применимы, если можно пренебречь влиянием пространственного заряда. В этом случае фазовая скорость

в(6.11) одинакова для всех зон, поэтому частота генерируемых колебаний не зависит от номера зоны. При учете влияния простран­ ственного заряда фазовые скорости различны, а частоты генерации

взонах неодинаковы. При большом токе пучка одновременно воз­ можна генерация колебаний в нескольких зонах. В этом режиме работы в спектре кроме частот колебаний зон присутствуют комбина­ ционные частоты. Многочастотность — это существенный недостаток ЛОВМ при работе с током пучка, большем пускового тока для первой зоны.

§ 6.4. Параметры и характеристики генераторной ЛОВМ

Выходная мощность и электронный к. п. д. Выходная мощность ЛОВМ и ЛБВМ практически линейно зависит от тока пучка

(рис. 6.9):

где А — некоторый коэффициент. Выходная мощность ЛОВМ в де­ циметровом диапазоне в непрерывном режиме достигает нескольких десятков киловатт, в сантиметровом диапазоне — порядка несколь­ ких сотен ватт и в миллиметровом диапазоне — десятков ватт.

Электронный к. п. д. ЛОВМ также зависит от тока пучка. Сначала к. п. д. растет с увеличением тока пучка, а затем после перехода ЛБВМ в режим насыщения практически не изменяется. В этом режиме Рвых и затраченная мощность Р0 — I0U0 практически одинаково увеличиваются с ростом тока. Максимальное значение к. п. д. можно определить по формуле (6.7), обычно к. п. д. состав­ ляет 50—60%.

Электронная перестройка частоты. Как и в ЛОВО, частота ге­ нерируемых колебаний завйсит от ускоряющего напряжения (элек­ тронная перестройка частоты). Однако эта зависимость в ЛОВМ более линейна. В ЛОВО скорость электронов пропорциональна

V~Ua, а, следовательно, и частота примерно пропорциональна

|С(У0. В ЛОВМ в условие синхронизма входит скорость электронов, равная переносной скорости, которая пропорциональна напряже­ нию U0. Если считать, что в ЛОВМ фазовая скорость волны при­ мерно линейно зависит от частоты (см. рис. 4.3), то частота генери-

114

руемых колебаний почти линейно зависит от напряжения U0. Поэтому тот же диапазон изменения частоты в ЛОВМ можно полу­ чить для прочих равных условий, при меньшем изменении напря­ жений, чем в ЛОВО. Линейность характеристики электронной перестройки частоты (рис. 6.10)

Рвых»Чэ является важным практическим преимуществом ЛОВМ.

Для описания режимов ра­ боты генераторной ЛОВМ при­ меняют рабочие характеристи­ ки, т. е. линии постоянной мощ-

ности и к. п. д., построенные в координатах: ускоряющее напря­ жение-индукция магнитного поля при определенном токе пучка. Кроме того, используются нагрузочные характеристики — зависи­ мость генерируемой частоты и мощности (или к. п. д.) от парамет­ ров нагрузки при неизменном электрическом режиме лампы.

Параметры некоторых ЛОВМ приведены в табл. 4.

Г Л А В А 7

МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОН

на рис. 7.1. Колебательная система магнетрона образована рядом объемных резонаторов, выполненных в толще анода (анодного бло­ ка). Электроны эмиттируются цилиндрическим катодом. Простран­ ство между катодом и анодом называется пространством взаимодей­ ствия. В этой области происходит обмен энергией между электрона­ ми и СВЧ-полем. Объемные резонаторы связаны с пространством взаимодействия через щели, так как СВЧ-поле «провисает» в это пространство. При выполнении определенных условий в многоре­ зонаторном магнетроне возникают колебания. Энергия выводится с помощью витка, находящегося в одном из резонаторов, и коак-

115

спальной линии или волновода. Вакуумная камера магнетрона помещена между полюсами электромагнита или постоянного маг­ нита, причем направление магнитного поля совпадает с осью катода.

Анод магнетрона имеет положительный потенциал Ua относи­ тельно катода. В цилиндрическом магнетроне силовые линии элект­ рического поля направлены по радиусу, а магнитные — параллельно

личении индукции траектория ис­ кривляется, но электрон еще попадает на анод (кривая 2). Существу­

ет некоторая критическая индукция Лкр, при которой радиус г ка­ тящегося круга равен половине расстояния между анодом и катодом, т• е. г = d/2, и траектория касается анода (кривая 3). Если В > в ’ то электрон не доходит до анода (кривая 4) и анодный ток прекра­ щается. Режим работы магнетрона, соответствующий критической индукции (В — Лкр), называется критическим.

Естественно, что с повышением анодного напряжения растет Вкр, так как увеличивается переносная скорость ѵп (5.9) и радиус круга г (5.11). Для сохранения прежнего значения радиуса (г = d/2

необходимо увеличивать Вкр. Напряженность электрического поля в пространстве анод — катод

116

Очевидно, если задана индукция В, то можно говорить о крити­ ческом значении анодного напряжения Ua K , при котором наступает критический режим работы. В этом случае в (7.3) следует заменить

на ^а.кр> а 5 кр на В. Тогда получим

Кривую, построенную по формуле (7.4), называют параболой критического режима (рис. 7.3). Два любых значения Ua и В опре­

деляют на рис. 7.3 точку. Если точка находится левее параболы (в заштрихованной области), то анодный ток магнетрона существует, правее — отсутствует.

§ 7.2. Свойства колебательной системы магнетрона

Колебательная система многорезонаторного магнетрона состоит из объемных резонаторов и пространства взаимодействия. Соседние резонаторы связаны пространством взаимодействия, поэтому коле­ бательную систему можно предста- L

вить замкнутой цепочкой связанных объемных резонаторов. На рис. 7.4 показана эквивалентная схема коле­ бательной системы четырехрезонатор­ ного магнетрона. L и С — эквивалент­ ные индуктивность и емкость иден­ тичных резонаторов; Сх — емкость между сегментом и катодом, которая определяет емкостную связь между резонаторами. Предполагается, что магнитная связь между резонаторами отсутствует. Эквивалентная схема представляет собой замкнутую си-

117