Расчет и оптимизация электронно-оптической системы мощного широкополосного клистрона, страница 4

В качестве рабочего вариант был принят ДКР с плоским средним электродом (литоком) и областью взаимодействия, определяемой размерами оптической системы (19лучей,  ø2.5 мм)

Увеличенные значения характеристического сопротивления таких резонаторов по сравнению с тороидальными резонаторами объясняются повышенной кратностью взаимодействия и концентрацией электромагнитного поля вблизи от центрального проводника коаксиальной линии.

Коэффициент взаимодействия двойного зазора равен:

                                                        M=M1sin1/2*βe*d12

где M1 – коэффициент взаимодействия одиночного зазора, βe - постоянная распространения возмущений в электронном потоке, d12 – расстояние между центрами зазоров. В выходном резонаторе угол пролёта между центрами зазоров βe*d12 обычно меньше π для максимального коэффициента полезного действия клистрона, а в остальных резонаторах – несколько больше, чтобы они нагружались электронной нагрузкой для подбора добротности, необходимой для формирования частотной характеристики, или для максимального сопротивления. Относительная проводимость электронной нагрузки равна:

где G0 – проводимость электронного потока, Ge1 – проводимость электронной нагрузки одиночного зазора. Проводимость электронной нагрузки может регулироваться в широких пределах почти независимо от коэффициента взаимодействия. Это исключает необходимость в поглотителях, которые используются при однозазорных или синфазных многозазорных промежуточных резонаторах для подбора добротностей и формы частотной характеристики выходного сигнала.


Клистроны относятся к классу электронно-лучевых ЭВП СВЧ диапазона с динамическим управлением электронным потоком и линейным лучом. К этому классу относятся лампы бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ).

Эти приборы содержат электронную пушку и систему фокусировки для получения длинного, обычно, цилиндрического электронного потока, проходящего через высокочастотную колебательную систему.

В случае усилительного клистрона колебательная система состоит из нескольких резонаторов, имеющих зазоры (области взаимодействия) с сосредоточенным электрическим полем. Первый резонатор клистрона возбуждается внешним источником СВЧ сигнала. Проходя через зазор первого резонатора электронный поток модулируется по скорости. В зависимости от фазы СВЧ сигнала часть электронов ускоряется, а часть замедляется. В пространстве между резонаторами (пролетные трубы) происходит процесс группирования электронов: ускоренные электроны догоняют замедленные, т.е. модуляция по скорости переходит в модуляцию электронного потока по плотности.

Модулированный электронный поток наводит напряжение и модулируется этим напряжением в последующих резонаторах, по мере прохождения которых происходит уплотнение электронных сгустков. На входе в последний (выходной) резонатор амплитуда первой гармоники сгруппированного потока может достигать величины (1.4÷1.8) I0, где I0 ток луча. В выходном резонаторе происходит торможение электронного потока и передача СВЧ энергии через систему связи в нагрузку. Коэффициент преобразования луча в СВЧ энергию реально находится на уровне (25÷50)%. Для мощных узкополосных приборов он может достигать (60÷70)%. Электроны , прошедшие через выходной резонатор отдают свою энергию в виде тепла коллектору.

На рис.1 показана схема включения усилительного клистрона.

В связи с тем, что в многолучевых клистронах  (МЛК), работающих на основном виде колебаний рабочая поверхность катода ровна поперечному сечению пролётной трубы существенно возросли нагрузки на катод прибора.

Резкое увеличение плотности тока с катода, которая для импульсных приборов достигает в имеющихся конструкциях предельные величины (30А/см2) является существенным недостатком МЛК.