Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 25

Устройство амплитрона схематически показано на рис. 4.25. Главными элементами конструкции амплитропа являются цилиндриче­ский катод и анодный блок со связками, которые, как и в магнет­роне, способствуют подавлению не­основных видов колебаний. Замед­ляющая система амплитропа ра­зомкнута. Эффект размыкания воз­никает из-за разрыва связок, пере­ходящих во входное и выходное уст­ройства. В разрыве связок оказыва­ется одна ячейка замедляющей системы, которую иногда называют «холостой» ячейкой. Чтобы исклю­чить возможность самовозбуждения

на паразитном для амплитрона магнетронном -виде колебаний, число ячеек замедляющей системы всегда берут нечетным.

Направление постоянного магнитного поля выбирается таким, чтобы движение электронных сгустков происходило на встречу движению энергии высокочастотных колебаний в замедляющей системе. Как и в ЛОВ, при встречном движении поля и сгустков электронов в условиях равенства последние за все время взаимодействия находятся в тормозящей фазе СВЧ поля и отдают ему свою кинетическую энергию.

При анализе основных характеристик амплитропа как усили­теля следует учесть ряд его особенностей. Одна из них состоит в том, что колебания сигнала совершают примерно один оборот, распространяясь вдоль   замедляющей   системы, в то время   как электроны, сформировавшись в сгустки, могут совершать неско­лько оборотов. Благодаря этому уже па входе замедляющей сис­темы сигнал сразу встречает в значительной степени сгруппиро­ванный электронный поток. В результате выходная мощность амплитрона слабее, чем в других усилительных приборах, зависит от величины входного сигнала, а с другой стороны, возникающая обратная связь по электронному потоку оказывается достаточной, чтобы амплитрон оказался в неустойчивом состоянии. Поэтому в отсутствие входного сигнала или при слабом входном сигнале амплитрон генерирует широкий спектр сравнительно слабых шумовых колебаний. С учетом этого обстоятельства для нормальной работы амплитрона на его вход необходимо подавать достаточно мощный сигнал, который делает упорядоченным процесс гене­рации колебаний с частотой входного сигнала. Работающий в та­ком режиме амплитрон в ряде случаев рассматривается как авто­генератор, синхронизируемый внешним сигналом.

Становится очевидным, что самопроизвольное возбуждение амплитрона в отсутствие входного сигнала предъявляет дополни­тельные требования к модуляторам при работе в импульсном ре­жиме.

Достаточно эффективным способом борьбы с самопроизволь­ной генерацией явилось использование приборов с холодным вто­рично-эмиссионным катодом. В амплитронах такого типа в от­сутствие входного СВЧ сигнала нет условий для самовозбужде­ния, поскольку анодный ток равен нулю. В пространстве взаимодействия под действием постоянных электрического и магнитного полей движется по циклоидам лишь небольшое количество сво­бодных электронов, не попадающих ни на анод, ни на катод. При подаче входного сигнала часть этих электронов попадает в уско­ряющую фазу СВЧ поля и, отобрав от него некоторую энергию, возвращается на вторично-эмиссионный катод не с нулевой ско­ростью. Соударение электронов с катодом вызывает эмиссию новых электронов, часть из которых, ускорившись СВЧ полем, вновь бомбардирует катод. Этот процесс носит лавинообразный характер и через 5—10 не пространство между катодом и анодом заполняется огромным количеством электронов. Прибор приходит в рабочее состояние, обеспечивающее усиление сигнала.

Однако после прекращения действия входного сигнала ампли­трон продолжает генерировать СВЧ колебания. Это происходит из-за того, что в пространстве взаимодействия продолжает суще­ствовать сгруппированный электронный поток. Для срыва этой паразитной генерации необходимо сразу после окончания входно­го сигнала разрушить спицеобразную структуру электронного по­тока. С этой целью в области «холостого» резонатора (рис. 4.26 а) в  непосредственной близости от катода встраивают специальный управляющий электрод, на который в момент окончания входного сигнала подают короткий импульс положительной полярности относительно катода. Этот электрод притягивает пролетающие мимо него электроны, электронный поток существенно снижается и ге­нерации не возникает. Вследствие близости управляющего элек­трода к катоду амплитуда импульса срыва может быть в 4—5 раз меньше ускоряющего напряжения между катодом и анодом. Та­ким образом, для осуществления управления усилителем можно попользовать маломощный модулятор, к форме импульса которо­го не предъявляется жестких требований

(рис. 4.26 б).

Коэффициент усиления амплитрона сравнительно неве­лик — 10-15 дБ. Последнее является его недостатком, для ком­пенсации которого, используют последовательное включение в цепь нескольких амплитронов, представляющих единую конструк­цию. На рис. 4.27 показана схема усилителя, состоящего из двух амплитронов  хотя и настоящее время используют цепочки, в которых их число может составлять 3...5.

Входные приборы работа­ют в режиме большого коэффициента усиления (Кр = 12..15 дБ). По мере роста уровня сигнала Кр падает и у выходных каскадов порой составляет 3...5 дБ. Характерной особенностью работы амплитронов в усилительных цепочках является трудность их согла­сования в момент работы («горячее рассогласование) и приводя­щее к появлению отраженных волн. Для их подавления между усилительными каскадами устанавливают ферритовые вентили. Кроме этого, коэффициент передачи амплитрона при выключен­ном анодном питании близок к единице, так как потери в замед­ляющей системе очень малы. Это создает широкие возможности при коммутации приборов с целью регулировки выходной мощ­ности.

Полоса пропускания амплитрона несколько уже, чем в ЛБВМ. Обстоятельством, ограничивающим полосу усиливаемых частот при неизменном анодном напряжении, является замкнутость электронного потока. Это можно пояснить следующим образом. Для эффективной передачи кинетической энергии электронов по­лю необходимо, чтобы после полного оборота вокруг катода элек­тронный сгусток у выхода амплитрона снова попадал в тормозя­щую фазу высокочастотного поля. Для этого время полного обо­рота сгустка должно составлять целое число периодов усиливае­мого высокочастотного колебания, т.е. где Точ­нее выполнение этого равенства возможно для колебаний лишь с частотой . Для диапазона частот  указанное равенство приобретает вид .