Файл: Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие].pdf

9

Рио. 1 .2 . Амплитудная характеристика щюлэтного клистрона

Начальный прямолинейный участок характеристики, постепен­ но искривляющийся о ростом входной мощности, соответствует ре­ жиму недогруппировки электронного потока ( X < 1,84). При оптимальной группировка ( X = 1,84) выходная нощноотъ макси­ мальна. Дальнейший рост входной мощности ( X > 1,84) вызывает перегруппировку пучка, что приводит к снижению выходной мощ­ ности. Изменение выходной мощности при дальнейшем увеличении параметра'группировки, не показанное на рио. 1.2, должно ха­ рактеризоваться периодически чередующимися максимумами и спа­ дами выходной мощности до нуля. Амплитуда максимумов быстро

^уменьшается с ростом параметра группировки.

Для получения максимального усиления при минимальной не­ линейности следует иопользовать начальный участок амплитудной характеристики. Напротив, если желательно достижение максималь­ ной выходной мощнооти и нелинейнооть характеристики не играет существенной роли, то рабочая точка клистрона должна находит­ ся вблизи максимума амплитудной характеристики.

При рассмотрении усилительных клистронов следует разли­ чать два режима работы:

I I) режим максимального усиления;

к.) ‘режим максимальных к .н .д , и выходной мощности.

В режиме максимального усиления резонаторы клистрона настроены на частоту входного сигнала (синхронная настройка). В этом' случае напряжение на предпоследнем резонаторе макси­ мальное. Синхронная настройка резонаторов клистрона характе-

.10

ризуатся резкой зависимостью выходной мощности от входной (кри­ вая I рис. 1 .3 ). В этом режима полоса пропускаемых частот клистрона узкая,

Рис. 1 .3 . Амплитудная характеристика многореэонагорного клистрона при различной настрой­ ке промежуточных резонаторов

Для получения максимальном выходной мощности, н.п.д» и расширения полосы пропускания частот промежуточные резонаторы несколько расстраиваются относительно частоты входного сигнала. В наиболее простом случае предпоследний резонатор расстраива­ ется в сторону более высоких частот. При расстройке напряжение на предпоследнем резонатора уменьшается и появляется сдвиг фазы между ним и наведенным током. Последнее обстоятельство позволяет добиться лучшей группировки за счет дополнительного торможения фронтальной части электронного сгустка и ускорения отставших электронов в конце сгустка,

Оптимальное значение входной мощности, при которой дости­ гается максимум выходной мощности, смещается относительно опти­ мального значения входной мощности при синхронной настройке в сторону больших значений мощности на первом резонаторе (рас.1.3 кривая 2 ). Это связано с тем, что напряжение на предпоследнем резонаторе уменьшается и для получения оптимального параметра группировки ( X = 1,84), т .е . экстремального значения выходной мощности, следует увеличивать мощность на входе первого резо­ натора.

и

Синхронная настройка резонаторов характеризуется резкой зависимостью выходной мощности от входной, в результате чего этот режим используется довольно редко. При настройке резо­ наторов в режим максимального к .п .д . изменение входной мощ­ ности до оптимального режима (насыщения) оказывает меньшее влияние на выходную мощность. Дальнейшее увеличение входной мощности приводит к уменьшению выходной мощности.

Отметим, что линейность амплитудной характеристики л клистронах получить значительно легче, чем у ЛЕВ, при задан­ ных значениях ж.пд.и выходной мощнооти. Поэтому клиохронные усилители мощнооти нашли широкое применение в телевизионных передатчиках.

Частотные характеристики клистрона определяют зависимость

Как правило, резонаторы уоилительных клистронов имеют высокую добротность, в связи с чем изменение чаототы усили­ ваемых колебаний приводит к заметный изменениям выходной мощ­ ности, а также к изменению одвига фазы выходного сигнала от­ носительно фазы оигнала на входе клистрона.

Обеспечение неиокаженной передачи информации в аппаратуре, использующей частотноили фазомодулированные оигналы, может быть осуществлено на клиотронах, имеющих достаточно плоскую АЧХ и линейную ФЧХ.

С точки зрения амплитудно-частотных и фазо-частотных ха­ рактеристик усилитель на ынсгорезонаторном клистроне в неко­ торой степени аналогичен резонансному многокаскадному лампово­ му усилителю. Это позволяет рассчитывать кдкетронный усили­ тель на оптимальные АЧХ и *рЧХ такого кэ типа, что и для много­ каскадного усилителя, однако в этом случае задача осложняет­ ся тем, что S режиме максимальной мощности процессы в клистро­ не становятся существенно нелинейными.

Различают два режима работы клистрона: узкополосный и широкополосный. В парном случае резонансные частоты отдель­ ных резонаторов близки друг к другу и усиление, даваемое каждым участком клистрона, включающим пролетную трубу и резо­ натор, велико. Этот режим настройки клистрона близок к синхрон­ ному.

При узкополосной настройка^резонаторов относительная ши­ рина полосы усиливаемых частот клистронных усилителей не пре­ вышает долей процента.

На практике часто стремятся получить возможно большую по­ лосу усиливаемых частот. Для этого резонаторы клистрона рас­ страиваются относительно центральной частоты; усиление, давае­ мое отдельными участками, падает. На р и с .1.4 приведены АЧХ клистрона при настройке, близкой к синхронной (кривая I ) , при широкополосной настройке (кривая 2) и при настройке резонато­ ров в режим максимального кл-д.(кривая 3). Последний случай 4 является частным случаем широкополосной настройки.

Рис. Амплитудно-частотные характеристики клистрона при различных настройках

резонаторов

Возможны два спасибо расширения полосы усиливаашх частот клистрона. Если резонаторы клистрона составляют одно целое с вакуумной частью клистрона и но имеют выводов для подсоедине-

j ;3

ния внешней нагрузки, то тогда могут изменяться лишь часто­ ты настройки отдельных резонаторов, а их затухания (доброт­ ности) регулироваться не могут. В этом случав возможности расширения полосы ограничены. Перестройка резонаторов по частоте является довольно сложной задачей, в особенности при большом числе резонаторов, учитывая необходимость их сопря­ жения.

Настройка клистронов на заданное значение рабочей часто­ ты и ширины полосы производится, как правило, на эаводе-иэ- готовителе и в процессе эксплуатации не изменяется. Поэтому клистроны часто выпускаются в литерном исполнении и каждый литер настраивается на собственную рабочую частоту;при необ­ ходимости перехода на другую длину волны производится смена клистронов.

Если за счет подсоединения к резонаторам внешних аперио­ дических нагрузок или путем использования соответствующих поглощающих материалов при изготовлении резонаторов можно влиять также на величину затухания резонаторов, то тем самым обеспечиваются условия для формирования различных характерис­ тик клистронного усилителя.

В данном случае расчет настройки и затухания резонаторов можно производить путем нахождения серии частотных характе­ ристик графоаналитическим путем. Более совершенным является решение задачи синтеза цепи клистронного усилителя, т .е . оп­ ределения параметров цепи по заданным параметрам частотной характеристики.

Существенное расширение полосы пропускания клистрона мо­ жет быть получено путем выполнения выходного резонатора в ви­ де системы из двух связанных (сильно) резонаторов и увеличе­ ния его связи с нагрузкой.

Рассмотрим ряд частотных характеристик усилительного клистрона, которые могут иметь наибольшее практическое значе­ ние при проектировании передатчиков.

При малом сигнале для усилителя на многорезонаторном клистроне оказывается возможным получить те же частотные ха­

На р и с .!.6 пунктирной линией показана характеристика Баттерворса (максимально плоская характеристика) трехкаскадного усилителя, а сплошной - трехрезонаторного клистрона.

При одинаковой полосе усиливаемых частот клистрона харак­ теристике Чебышева, как правило, соответствует большее уси­ ление, чем характеристике Баттерворса, а при одинаковом уси­ лении - большая полоса.

Если требуется, чтобы усиливаемый 'клистроном сигнал с фазовой или частотной модуляцией претерпевал наименьшие иска­ жения, то целесообразно получить линейную ФЧХ. Пример частот­ ных характеристик трехкаскадного усилителя (пунктирные линии) и трехрезонаторного клистрона (сплошные линии) для этого слу­ чая показан на рис.Г,7.

УЪ |

Рис.т.7. Линейная ФЧл трехрезонаторного клистрона

При линейной ФЧХ полоса усиливаемых частот получается меньше, чем при характеристиках Чебышева и Баттерворса.

Характер.амплитудно-частотной характеристики зависит

-X > 1,8А, объясняется тем, что в исходном состоянии на резо­ нансной частоте электронный пучок является перегруппирован­ ным.