Файл: Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
100
вечных характеристик» При наличии таких скачков часто ты не удается перекрыть весь требуемый диапазон без про валов перемещением органов настройки магнетрона.
Зависимость генерируемой частоты от положения ме ханизма перестройки при рассогласовании линии и нагруз^- ни при малой (а/) и большой (б) длинах передающей линии изображена на рис. 3.13.
4 /
------------- ------------
Рис. 3 .1 3 . Зависимость частоты от перемещения поршня настройки магнетрона
При наличии передающей линии значительной длины имеют место скачкообразные изменения частоты, неодно значная зависимость частоты от положения органов пе рестройки.
Зависимость фазы коэффициента отражения передаю щей линии от частоты определяется соотношением
(.3.27)
где % - фаза, определяемая нагрузкой;
<? - длина передающей линии, которая являе{- ся линейной функцией частоты.
Угол наклона этой лянки характеризуется' выражением
€
= axolg. д а
из которого следует, что с увеличением длины линии угол наклона уменьшается.
Графическое решение уравнений (3.22) и (3.27) , представленное на рис, 3 .14, иллюстрирует влияние дли ны передающей линии на генерируемую магнетроном часто ту.
Рис. 3 .14 . Влияние длины передающей линии на генерируемую магнетроном частоту
Если длина линии велика, то возможно наличие' трех точек пересечения, что говорит о неоднозначности в опре делении частоты. Изменение положения органа перестрой ки магнетрона приводит к изменению средней частоты магнетрона Jo , т .е . к перемещению кривой затягива ния параллельно самой себе вниз или вверх.
Скачки частоты, |
связанные |
с наличием |
передающей |
|
линии большой |
длины, |
могут быть устранены путем: |
||
а) уменьшения |
длины |
линии; б) |
улучшения |
согласования |
линии с нагрузкой; в) применением ферритовых венти лей. ,
102
4, Модуляция магнетронных генераторов
В магнетронных генераторах возможно осуществле ние различных видов модуляции: амплитудной, фазовой, частотной и импульсной. Наиболее широкое распростране ние получила импульсная модуляция.
Амплитудная модуляция, которая может быть осу ществлена изменением анодного напряжения в соответ ствии с формой передаваемого сигнала, неизбежно при водит к нежелательной частотной модуляции. Глубина амплитудной модуляции не может быть получена значи тельной, так как диапазон изменения анодного напря жения в сильной степени ограничен появлением "скач ков" видов колебаний, приводящих к резкому измене нию частоты, мощности и к .п .д . генератора. По этой причине амплитудная модуляция магнетронных генера торов в настоящее время имеет ограниченное применение
Частотная модуляция в магнетронных генераторах в начале своего применения осуществлялась изменени ем анодного напряжения, иднако нелинейность модуля ционной характеристики, а также неустойчивость рабо ты ограничивают этот метод.
Частотную модуляцию с линейной модуляционной характеристикой при значительной девиации частоты можно осуществить введением в колебательную систему магнетрона модулированного электронного потока,
Импу." - зя модуляция магнетрона осуществляется подачей отрицательного модулирующего импудьса на ка тод магнетрона. Получение импульсов нужной длитель ности и формы, необходимых для модуляции магнетронаг происходит в импульсном модуляторе, включающем в ее-
ш з
бя формирующие цепи ( длинные линии, блокинг-гене- раторы, мультивибраторы и т.дО » Формирование им пульса может также осуществляться непосредственно в мощном модуляторе или в подмодуляторе с последу ющим усилением сформированных импульсов.
Выясним основные требования, которые предъяв ляются, к форме модулирующего напряжения, подавае мого на магнетрон.
Для нормальной работы магнетрона необходимо, чтобы скорость нарастания модулирующего напряжения на фронте импульса лежала в определенных пределах. При малой скорости нарастания модулирующего напря жения в магнетроне могут возбудиться нежелательные низковольтные виды колебаний (рис. '3,8 ), а при чрезмерно большой скорости - также нежелательные виды колебаний, пороговое напряжение которых выше, чем у основного противофазного вида (в и д а ^ ).
Для выяснения причин этого обратимся к рис.
3.8 , 3 .1 5 ,3 .1 6 , на которых показаны рабочие харак теристики для рсновного и нежелательных видов ко лебаний, соответствующих одной -и той же величине магнитного поля. Прямая ММ на этих рисунках яв ляется нагрузочной характеристикой модулятора.
Из соотношения (3.16) и рис. 3. в следует, что при заданной напряженности магнитного поля значение порогового напряжения зависит от номера вида коле баний.
104
Рис. 3.15. Дина мические характе ристики основного и низковольтного видов колебаний
Рис.3.16Воз буждение в магне троне нежелатель ного вида колеба ний при очень боль шой скорости нараста ния модулирующего напряжения
Низковольтный вид колебаний, соответствующий на пряжению, меньшему, чем напряжение основного вида, может возбудиться, когда модулирующее напряжение при своем росте проходит область порогового напряжения низковольтного вида ( Епор,2 , рис. 3 .1 5 ). Возбуж дение низковольтного вида, связанное с прохождением тока через магнетрон, создает дополнительную нагруз ку на модулятор и препятствует дальнейшему росту на пряжения до значения, соответствующего возбуждению основного вида ( Enofr.i )• При этом возможны два случая: магнетрон или генерирует низковольтный вид
105
все время, пока действует импульс, или же при дальнейшем увеличении напряжения скачкообразно переходит на генерирование основного вида колебаний. Первому слу чаю соответствует положение рабочей точки, отмеченное точкой 2 , а второму точкой - I. Точки I, и 2 являются точками пересечения динамических характеристик основ ного и низковольтного видов с нагрузочной характерис тикой модулятора MSI,
Чтобы уменьшить возможность возникновения неже лательного вида колебаний, необходимо увеличить кру тизну фронта импульса модулирующего напряжения до ве личины, при которой область порогового напряжения не желательного вида колебаний будет проходить за время, недостаточное для возбуждения этого вида колебаний.
При очень крутом фронте модулирующего импульса иногда наблюдается возбуждение нежелательного вида колебаний, имеющего более высокое пороговое напряже
ние ( /2 = Ъ, |
У Л - |
Sf |
, рис. 3.:8;) |
hop./ |
по |
сравнению с пороговым напряжением Еподг |
основного |
||||
вида колебаний |
(рис. |
3 .1 6 ). |
Чрезвычайно |
высокая |
ско |
рость нарастания напряжения приводит к тому, что об ласть возбуждения основного вида колебаний проходитоя за время, недостаточное для возбуждения этого вида колебаний, а при дальнейшем увеличении напряжения мо жет возбудиться нежелательный вид колебания или поя виться так называемый пропуск импульса, когда в тече ние модулирующего импульса не возбуждается никаких высокочастотных колебаний. Переход на возбуждение не желательных видов колебаний очень часто сопровождает ся "искрением" магнетрона.
Во время спада импульса анодного напряжения имеют место те же явления, но в обратном порядке.
Генерирование нежелательных колебаний во время фронта и спада импульса, несмотря на то что мощность
106
их весьма мала, недопустимо, так как приводит к созда нию помех собственному приемнику и соседним. Поэ тому длительность фронта и спада импульса должна быть достаточно мала для того, чтобы за время прохож
дения анодным напряжением зоны нежелательных колебаний амплитуда их не успела нарасти до заметной величины. Практически считается, что скорость нарастания и спа да анодного напряжения должва быть не менее 100-200 кв/мксек.
Крутизна фронта выходного высокочастотного им пульса получается обычно более высокой, чем крутизна модулирующего импульса, потому что магнетрон возбуж дается в момент, когда напряжение на нем достигает порогового значения. Предельная скорость нарастания амплитуды высокочастотных колебаний определяется вре менем установления электрических процессов.
Экспериментально показано , что время установ ления колебаний в магнетроне составляет 40-50 перио дов.
Спад напряжения на вершине импульса ограничивает ся величиной паразитной частоты модуляции, обуслов ленной электронным смещением частоты. Паразитная час тотная модуляция приводит к искажению формы спектра, а также к увеличению полосы частот, в которой сосредо точивается большая часть энергии импульса, что в свою очередь может снизить дальность действия радиотехни ческой системы и даже полностью нарушить ее работу.
Изменение модулирующего напряжения .на вершине им пульса, помимо электронного смещения частоты, вызывает изменение амплитуды выоокочастотных колебаний.
Величина спада напряжения на вершине модулирующе го импульса обычно составляет не болеи 1-2$ и зависит' от назначения передатчика.*
*
107
Л И Т Е Р А Т У Р А
1.Дробов С.А., Бычков С.И. Радиопередающие устройства. “Со ветское радио", 1969.
2^ Основы использования магнетронов. Под ред. 10.11. Клопова, "Советское радио", 1967.
3. Бычков С,И. Магнетронные передатчики. Воениздат, 1955. Верещагин Е.М. Модуляция в автогенераторах СВЧ. "Совет ское радио", 1972. »
5, Баленко В.С., Капышев В.и.. О расчете величины развязки в передающей устройстве СВЧ с повышенной частотной стабиль ностью. В сб. "Новые разработки элементов радиотехниче ских устройотв". "Вышэйшая школа", Минск, 1972, стр.66.
*
108 ■ГЛАВА 1У
УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ НА Ш1АТИН0ТР0НАХ
I . Общие замечания
Илатинотрон представляет собой СВЧ прибор магнетронного типа. Взаимодействие электронного потока, создаваемого цилин дрическим катодом,с высокочастотным полем кольцевой замедля ющей системы, как и в магнетроне, происходит в окрещенных поотоянном электрическом и магнитном полях. В платинотроне происходит взаимодействие обратной волны с замкнутым электронншд потоком. В отличие от магнетрона заиедлявщая система в платинотроне, состоящая также из серии, расположенных по окруж ности резонаторов, не образует замкнутую резонансную систему, так как в одном месте система связок, соединяющих резонаторы, разрывается,. образуя входное и выходное устройства. С помощью этих устройств замедляющая система согласуется с передающими линиями, служащими для связи платно 1$она о возбудителем и внешней нагрузкой.
Отдельные секции-резонаторы, образующие колебательную, систему магнетрона и замедляющую систему платно трона являют ся широкополосными элементами, однако в магнетронах эта широкополосность не реализуется, так как для замкнутой сис темы магнетрона на каждом из видов колебаний должно уклады ваться по ее приметру целое число волн, Разомкнутая замедля ющая сиотемз платинотрона обладает свойствами широкополосного фильтра, что и обусловливает широкополосность платинотрона как электронного прибора.
Физически это означает, что в замедляющей системе плати нотрона отсутствуют отражения от входного и выходного концов (ввиду их согласования), не образуются стоячие волЕЫ(как это имело место в магнетроне) и отсутствуют связанные с ними резонансные частоты.
На p n c .i.I схематически показано различие колебательных сдстем магнетрона и платинотрона.
109
й |
s |
Рис.4 .I. Схема, иллюстрирующая различие в конструкции магнетрона и платинотрона: а) магнетрон,
,б) платинотрон
Это различие порождает ряд новых овойств платинртрона: широкополооность, электронную перестро йку частоты ( диапазон» ность), возможность работы в режиме усиления колебаний.
Плашгнотрон может, работать в режиме генератора с независи мым возбуждением (усилитель) и. в автоколебательном режиме.
В первом случае его вызывают амплитроном, или магнетронным усилителем, во. втором при. подключении к нему цепи обратной • связи - стабияотроном.
Магнетронные уоилители обладают достаточно высоким Коэффи циентом полезного действия (60-80$) и находят применение в качестве усилителей в щюмежуточных иг оконечных каскадах мощных и сверхмощных передатчиков, работающих в импульсном а непрерывном режимах, В этом случае работа передатчика осуществляется в широкой рабочей полосе частот (до 10% ) с использованием частотной модуляции или о изменением частоты от импульса к импульсу.
Низкие рабочие напряжения к отсутствие необходимости в защитных устройствах от рентгеновского излучения позволяют значительно уменьшить вес и габаритные размеры модулирующих устройств. Пак, например, вес магнетронного усилителя почти в два раза меньше веса соответствующей ЛЕВ или усилительного клистрона,а вео модулятора может быть уменьшен примерно в три
раза по сравнению с модулятором для ЛБВ или пролетного кянотрона.
Относительно малый коэффициент усиления (в импульсных &-10дб в зависимости от режима работа, в непрерывных до 20дб) не препятствует использованию магнетронных усилителей в пере датчиках радиолокационных к связных станций. Достаточно широ кая полоса рабочих частот, высокая стабильность фазы усили ваемого сигнала при большом коэффициенте полезного действия максимально удовлетворяет требованиям к передающим устройства^ работающим в режиме усиления сложных сигшлов. Под названием стабилотрон подразумевается определенная схема, в которую включены амплиТрон, стабилизирующий контур (как правило пере страиваемый) . и элементы, создающие условия для обратной связи по амплитуде и фазе колебаний. Частота генерируемых колебаний определяется резонансной частотой стабилизирующего контура выоокой добротности. Стабильность частоты колебаний отабилотрона значительно превышает стабильность частоты колебаний магнетрона (на порядок и даже выше).
2.Взаимодействие электронного потока с высокочастотным полем
Под. действием постоянных^лектркчеокого и магнитного полей между катодом и замедляющей системой образуется вра щающееся кольцо пространственного заряда большой платности. Под влиянием высокочастотной энергии, подаваемой на вход платинотроягТ, пространственный заряд группируется аналогично тому, как это происходит в клистронах, лампах бегущей волны ж магнетронах. Еоли анодное напряжение подобрано так, что скорость движения электронного потока, находится в определен ном соответствии с фазовой скоростью электромагнитной волны, распространяющейся вдоль, замедляющей системы, то. при этом наблюдается эффективное взаимодействие электронного, потока с волной. Б этом случае происходит передача энергии электрон ного потока волне и усиливается группировка электронногб потока. В установившемся режиме пространственный заряд