Усилительные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон, страница 4

Пролетные клистроны требуют принудительного охлаждения, хотя есть и клистроны с естественным охлаждением. Реально достигнутые КПД при настройке второго резонатора на вторую гармонику  74%.

Диапазон рабочих частот: 

1) для импульсных клистронов :  0.2 - 18 ГГц;

2) для непрерывных клистронов :  0.2 - 36 ГГц.

Полоса пропускания пролетных клистронов определяется колебательными системами. Использование колебательных систем с длительным взаимодействием, позволило построить пролетные широкополосные клистроны.

Применение усилительных клистронов

Импульсные : в радиолокационных станциях; в линейных ускорителях элементарных частиц; в системах дальней связи с импульсной модуляцией.

Непрерывные:  в радиопередатчиках РПУ; в телевизионных станциях; в установках СВЧ нагрева;  в допплеровских РЛС.

ФОМЭ: Лекция 6. ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН

Отражательные клистроны являются маломощными генераторами  СВЧ

и широко применяются в различных областях  радиотехники. Принципиальное устройство отражательного клистрона показано на рис. 10. Основными его частями являются: 1 - электронная пушка, состоящая из катода и фокусирующего электрода; 2 - объемный резонатор; 3 - отражатель.

Рис. 10

На резонатор относительно катода подается положительное  ускоряющее напряжение Uo, на отражатель   тормозящее  Ur.  "Заземляться" могут как резонатор, так и катод прибора в зависимости от конкретной конструкции клистрона. Если резонатор имеет  гальванический контакт с выходным трактом, то он должен быть  обязательно  "заземлен". На рис.10 приведено  примерное  распределение  потенциала  в пространстве между электродами клистрона. На расстоянии l0 от резонатора имеется плоскость нулевого  потенциала.  Когда  клистрон возбужден, в плоскости нулевого потенциала будут изменять направление своего движения электроны, которые не  взаимодействовали  с полем резонатора.

Принцип действия

Поток электронов, ускоренный положительным напряжением резонатора U0, проходит через резонатор. Если между  сетками резонатора имеется установившееся напряжение  колебаний  высокой частоты (слабые колебания всегда  существуют  из-за  наличия шумовых флуктуаций), тогда высокочастотное электрическое поле резонатора модулирует электронный поток по скорости. Двигаясь по инерции электроны поступают в пространство  резонатор - отражатель (пространство группирования), где  испытывают  торможение, поскольку на отражателе имеется  отрицательный  потенциал.  После полной остановки электроны изменяют направление своего движения и возвращаются обратно, проходя второй раз между сетками резонатора. Так как ускоренные полем СВЧ электроны находятся в  пространстве группирования более длительное время, то на обратном пути  к резонатору они сближаются с замедленными  электронами,  вышедшими из резонатора позже. В результате в электронном  потоке,  возвращающемся в резонатор, образуются сгустки электронов. Таким  образом, модуляция по скорости переходит  в  модуляцию  по  плотности электронного потока.

Для поддержания колебаний в резонаторе необходимо, чтобы сгустки электронов проходили через резонатор в  такие моменты времени, когда поле между сетками  является  для  них тормозящим. При этом кинетическая энергия движения  сгустков  будет переходить в энергию электромагнитных  колебаний. 

Процесс группирования в отражательном клистроне  может  быть  представлен наглядно на пространственно - временной диаграмме движения электронов (рис. 11). Приход  сгустков  в тормозящую фазу будет выполняться при:

t0= T( n + 3/4);            Ф0 = w0 t0 = 2p( n + 3/4)  [рад] ,                    где    Т- период колебаний СВЧ;

w - частота колебаний;

t0  -  время пролета электронов от резонатора к отражателю и обратно к резонатору;

Ф0 - угол пролета;

n =  0,1,2,3...-  целое  число,  которое соответствует номеру зоны генерации.