Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 33

то есть .

Как видно из (7.16) и (7.17), изменяя крутизну S_ср путем подачи модулирующего напряжения U_м на управляющую сетку лампы Л₂, можно изменять величину   С_рл, включенную параллельно контуру автогенератора, и осуществлять частотную модуля­цию его колебаний. При этом скорость перестройки частоты может быть сравнительно больше, но пределы относительного изменения частоты составляют доли или единицы процентов (до 5%). Воз­можности применения реактивных ламп в диапазоне СВЧ ограни­чиваются частотами, при которых   межэлектродные и паразитные емкости становятся соизмеримыми с основной емкостью    контура автогенератора или емкостью фазоcдвигающей   цепи   реактивной лампы.

7.4.3. Принципы  построения  и  основные  характеристики автогенераторов с электронным способом частотой модуляции

Как отмечалось в п. 7.2, наиболее широкими возможностями при электронном способе частотной модуляции обладают ЧМ ав­тогенераторы на приборах СВЧ с электродинамическим управле­нием электронным потоком. В зависимости от требуемой величины девиации частоты и мощности колебаний используют отражатель­ные клистроны, ЛОВ «0», ЛОВ «М» и магнетроны, настраиваемые напряжением (митроны). Обычно для упрощения устройств управ­ления модулирующее напряжение U_м подают последовательно с основным питающим напряжением, то есть U₀+ U_м (t).

Рис. 7.35

Принципиальная схема автогенератора СВЧ на отражательном клистроне с электронным способом частотной модуляции путем изменения напряжения на отражателе (U_0r) приведена на рис 7.35.

Для области рабочих напряжений U_0r + U_м  в пределах зоны генерирования статическую частотную настроечную характеристику такого ЧМ автогенератора можно записать в виде

где

  - частота при на-

на резонаторе U₀ и отражателе U_0r, соответствующих центру n-й зоны генерации;

d_pr - расстояние между центром зазора резонатора и отра­жателем;

Q_н - нагруженная добротность резонатора.

Как видим, настроечная характеристика принципиально нелинейна. Величина девиации частоты тем больше, чем выше номер зоны генерирования n и меньше Q_н. При использовании специальных резонаторов величина девиации   частоты может достигать от w₀

Принципиальная схема автогенератора СВЧ на ЛОВ «0» - типа с электронным способом частотной модуляции путем изменения напряжения U₀₂ на замедляющей системе приведена на рис. 7.36.

Статическую частотную настроечную характеристику для области рабочих напряжений U₀₂+U_м можно получить из условия синхронизации, которое для случая работы   на   первой   обратной пространственной гармонике ЛОВ «0» - типа с замедляющей систе­мой «встречные штыри» имеет вид

Где

l - пространственный шаг заменяющей системы;

 — скорость электронов;

 h - высота штырей замедляющей системы;

С и l - скорость света и длины волны в свободном пространстве.

Выполнив необходимые преобразования, получим

где

 - частота при начальном напряжении U₀₂

для ЛОВ «0» -типа с замедляющей системой «встречные штыри».

Как видим, настроечная   характеристика    принципиально  нелинейна.

Величина девиации частоты может достигать октавы.

Принципиальная схема автогенератора СВЧ на ЛОВ «М»-типа с электронным способом частотной модуляции путем изменения напряжения на втором аноде (замедляющей системе) аналогична схеме ЛОВ «0» - типа и представлена на рис. 7.37.

Для рабочих напряжений в пределах области генерирования статическую частотную настроечную характеристику можно за­писать в виде

Где

  - частота при начальных напряже­ниях на холодном катоде U_хк  и втором аноде U₀₂;

H - напряженность магнитного поля в эрстедах;

l - пространственный шаг замедляющей системы;

d_ак - расстояние между холодным катодом и вторым анодом.

Как видим, настроечная характеристика принципиально ли­нейна. Девиация частоты при максимальном использовании преде­лов перестройки может достигать октавы.

Принципиальная схема автогенератора СВЧ на митроне с электронным способом частотной модуляции путем изменения на­пряжения на втором аноде, а также с импульсной амплитудной модуляцией по первому аноду (управляющему электроду) приве­дена на рис. 7.38.   Аналогичные   схемы   импульсной   модуляции

- частота при начальном напряжении на втором аноде (обычно в митронах разность напряжений между холодным и горячим катодами U_хк »0);

N, r_а – число штырей и радиус замедляющей системы;

r_к - радиус холодного катода;

H - напряженность магнитного поля в эрстедах.

Как видим, настроечная характеристика линейная. Величина девиации частоты при максимальном использовании пределов перестройки может достигать в зависимости от типа митрона 0,3 — 1,0 октавы.

Основным недостатком всех рассмотренных выше СВЧ автоге­нераторов с электронным способом частотной модуляции являют­ся сравнительно высокие требования к стабильности напряжений источников питания в том числе и по цепям накала катодов. Ориентировочные границы достигнутых значений  и t_с при актив­ном методе формирования ЛЧМ сигналов с использованием элек­тронного способа частотной модуляции приведены на рис. 7.20 (штрихпунктирная линия с крестиками — 3).