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: 67
Скачиваний: 0
45
Как правило, частотная характеристика неравномерная, что объясняется изменением условия взаимодействия электронного лу ча с высокочастотным полем, обусловленных отражениями от вход ного и выходного конца замедляющей оистоыы, неидеальностью согласования о нагрузкой, влиянием высших гармоник, изменением сопротивления связи и т.п .
Под фазовыми характеристиками ЛЕВ обычно понимают группу характеристик, определяющие зависимость разности фаз между ко лебаниями на входе и выходе от различных факторов: входной мощности, напряжений на электродах, тока луча, напряженности магнитного "оля, чаототы.
Знание фазовых характеристик ЛЕВ аиобходимо для оценки эф фективности ряда радиотехнических систем, использующих опти мальную обработку сигнала, а также для оценки искажения сигна лов с широким спектром (Частотно или фазомодулированных коле баний).
Напряжение питания спирали ЛЕВ заметно влияет на сдвиг фа зы в лампе, а пульсация этого напряжения монет привести к па разитной модуляции фазы фоном источника питания. Псокольку за висимость сдвига фазы от напряжения опирали определяет также возможность использования ЛЕВ в схемах частотных и фаэовых мо дуляторов, рассмотрим это явление более подробно. Сдвиг фазы в ЛЕВ определяется скоростью усиливаемой волны Up , которая отличается от фазовой окорости волны, распространяющейся по
опирели |
в |
отоутствие тока |
в лампе Upo . |
Связь этих скоростей |
||
оо скоростью электронов |
1/е |
определяется выражениями |
||||
|
|
Ue - Upo |
|
|
(2,1) |
|
|
|
Ue |
- Up (i~ Cy-h |
(2.2) |
||
где $ |
- |
параметр |
иеспнхронности; |
|
||
у. |
- |
параметр, |
зависящий |
от фазовой |
постоянной усиливае |
|
мой волны;
у «-(ом*m o s -fa s +ase)-
' (2.3)
|
|
|
46 |
QC - параметр пространственного заряда. |
|||
Подставляя |
(2,3) |
в (2,2) о учетом аначзния "вп, найден |
|
ного из (2 ,1 ), |
получим фазовую скорость усиливаемой волны |
||
U p ' |
J k - |
|
Ue |
1-су- |
ft |
t J k |
|
где |
|
Utpo |
|
|
|
|
|
fa' = 0t5i-0,0?Q№ (№ +W Qe) > |
|||
<jV |
= о м |
* а о т . |
|
Параметры |
0<0,2, й QC< / , причем для ЛЕЙ малой и сред |
||
ней мощностей эти величины меньше предельных значений. Поэтому
в большинстве |
случаев можно считать fa = 0,58,. fa |
=0,42. |
|||
При этом сдвиг фазы в ЛБВ |
при чаототе сигнала |
U |
|
||
* |
= |
Ж!?у |
2 '=dSi |
|
(2.4) |
Up |
U 7 *i |
Utpo °г ц |
|
|
|
Учитывая зависимость скорости электронов от ускоряющего |
|||||
напряжения (напряжения на спирали), разложим .(2 .4 ) |
в ряд Тей |
||||
лора при условии, |
что Ue^Ups . |
|
Ue^Upo , |
||
Разлагая (2.4) |
в ряд Тейлора и учитывая, |
что |
|||
найдем, что изменение фазы в ЛБВ при изменении напряжения на опирвли 4 U
При относительно малых изменениях напряжения всеми Члена ми разложения, кроме первого-, можно пренебречь и считать
|
\ |
|
4 % - -0,29Ур |
(Р*9)> |
(2.5) |
или
а У = - № / v j f r (*№?)-
47
Полученное соотношение позволяет оценить изменение фазы
усиливаемого сигнала, обусловленное изменением ускоряющего |
|
|||
напряжения. Поскольку электрическая |
длина ЛББ монет составлять |
|||
.несколько десятков длин волн, |
то при изменении ускоряющего |
|
||
■напряжения да 1% |
сдвиг фазы может изменяться на несколько |
де |
||
сятков традусов. |
Так при N |
=40 и |
-Ш =1% сдвиг составит |
42 |
•градуса.
ио
■Аналогичным образом можно определить зависимость фазового сдвига "от напряжения на первом аноде, который используется для регулировки тока луча.
Выражение для сдвига фазы, обусловленного изменением напря
жения на первом |
аноде Uai |
на величину |
йС1а/ » имеет вид |
|
-- 9 0 |
( t + № C N т * . |
<2-б> |
||
Как видно |
и8 |
сравнения |
этой формулы о формулой '( 2 .5 ) , |
|
'.влияние напряжения на первом аноде на фазовый сдвиг значительтно'меньше, чем влияние ускоряющего напряжения. Действительно, для большинства ЛЕВ величина С = 0,01 * 0,03, QC< I и поэтому лУ/ при том же относительном изменении напряжения более чем
на порядок превышает А Уг .
Напряжение на втором аноде, который имеетоя в ряди ламп, а также ток фокусирующего соленоида влияют на фазовый сдвиг значительно слабее напряжения на первом аноде. При усилении модулированных по амплитуде сигналов в ЛЕВ возможно появление нежелательной фазовой модуляции. С физической точки зрения из
менение фазового сдвига в этом случае обусловлено непостоянст вом мощности, отбираемой от электронного потока, что приводит к изменению скорости электронов.и времени их пролета.
На рио,2,5 представлена типичная фазоамплитудная характе ристика ЛББ. Из рисунка видно, что в режиме насыщения сдвиг фазы в зависимости от входной мощности достигает максимального значения, составляющего несколько деояткоз градусов. Преобра зование амплитудной модуляции в фазовую характеризуется коэф фициентом преобразования амплитудной модуляции в фазовую, вы
48
ражаемым в градусах или радианах на один децибел изменения входной мощности:
„ = № .
Кр т .
Кривая зависимости коэффициента преобразования от входной мощности представлена на рис,2.5.
Максимальное значение коэффициента преобразования имеет меото вблизи максимума мощности, а его величина может дости гать нескольких градусов на децибел. При уровне входной мощнос ти, соответствующем участку насыщения, коэффициент преобразова ния обращается в нуль.
Влияние изменения параметров нагрузки, в частности коэффи циента отражения нагрузки на сдвиг фазы выходного сигнала ЛБВ, может быть оценено следующим образом.
Раочет фазового сдвига, который наблюдается, когда.от луча
отбирается мощность Pfax |
приводит к следующему соотноше |
||
нию: |
|
|
|
|
т а , |
. |
~ |
|
?р0 |
(2*7) |
|
где Po*7oV o - мощность |
луча. |
|
|
Последняя формула, а также все предыдущие получены в пред положении, что ЛБВ работает в линейном режиме.
При работе лампы на несогласованную нагрузку часть высоко частотной энергии отражается от нагрузки, проходит в обратном направлении и поглощается специальным поглотителем,
49
Очевидно, что мощность Pi , отбираемая от луча, в этом олучае будет больше выходной мощности Рйт :
Pf ~ Рбых +Pomp ,
где Pomp - мощность, странеиная от нагрузки.
Известно, что
Pomp ~ r Sf Pft/xi-Pamp)-
Используя последнее выражение, получим
р <. ■
hТ Т 1
■Подставив последнее выражение в формулу (2.7) , получим
>»<>■
Зависимость сдвига фазы от коэффициента отражения от на грузки изображена на рис.2.6.
Л У*з
Г
Рис.2 .6 . Зависимость сдвига фазы от рассогласования нагрузки
I
50
3. Модуляция ЛБВ
ЛБВ используется в радиопередающих уотройотвах в качестве усилителя модулированных колебаний, а также в режимах импуль сной, амплитудной и фазовой модуляции и преобразования часто
ты.
Усиление модулированных колебаний. ЛБВ может применяться для усиления мощности амплитудно- и чаототноыодулированных ко лебаний. Вид модуляции усиливаемых колебаний определяет режим работы ЛБВ.
В зависимости от величины входной мощности различают два основных вида режима лампы - режима малого и большого сигналов.
Врежиме малого сигнала, называемого линейным, коэффициент усиления постоянен, а выходная мощность изменяется пропорцио нально входной. Этот режим используется для усиления амплитудномодулированных колебаний, так как в этом случае искажения аыплитудномодулированного сигнала минимальны.
Врежиме большого сигнала отбор мощнооти полем заметно вли яет на скорость электронов, что приводит к нарушению взаимодей ствия между электронным потоком и полем и падению коэффициента усиления лампы. Это в свою очередь вызывает нарушение лик--” й зависимости выходной мощности от входной, вследствие че)
жим большого сигнала обычно называют нелинейным режимом.
Этот режим используется для усиления частотномодулированного сигнала. В этом режиме, обеспечивающем максимальную выход ную мощность и постоянство выходного уровня, коэффициент усиле ния на несколько децибел ниже, чем в линейном режиме.
Рассмотрим искажения, возникающие в частотномодулированном сигнале при ого усилении в ЛБВ, Лампа бегущей волны имеет
сравнительно равномерную аыплитудночастотную характеристику и линейную фаэочастотную характеристику в широком диапазоне частот. Однако в ряде случаев небольшие изменения амплитуды входного сигнала могут привести к искажению усиливаемого сигна ла.
В выходных ЛБВ, работающих в нелинейном режиме, основным