Усилительные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон, страница 6

Кроме того, оптимальный параметр группирования реализуется при определенной нагрузке. И он выполняется только для одной конкретной оптимальной зоны. Для других зон оптимальность нарушается. Поэтому максимальная зона генерации не обязательно является нулевой и первой. В нулевой зоне генерация обычно не возникает, а первая зона иногда имеет меньшую мощность, чем  вторая.

Рассмотрим изменение мощности в пределах зоны генерации. В центре любой зоны генерация максимальна и она плавно уменьшается при изменении угла пролета, что объясняется уменьшением тормозящего поля в которое попадают сгустки.

Электронная перестройка частоты

Зависимости генерируемой мощности и частоты от  напряжения отражателя приведены на рис. 13. В пределах каждой зоны имеет место изменение  частоты  генерации ("электронная настройка"). В центрах зон генерации  частота соответствует частоте настройки резонатора f0. При увеличении отрицательного потенциала отражателя частота генерируемых колебаний возрастает, а при уменьшении - уменьшается. 

Рис. 13

Это объясняется следующим образом. При возрастании  тормозящего  поля отражателя электронные сгустки возвращаются в резонатор  быстрее, опережая фазу колебаний СВЧ в резонаторе. При уменьшении тормозящего поля электроны глубже проникают в пространстве резонатор - отражатель приходят в резонатор с фазовым  опозданием. Сдвиг  фазы между током и напряжением эквивалентен включению в колебательную систему реактивности, что приводит к изменению частоты генерации.

Электронная настройка характеризуется диапазоном и крутизной. Диапазон электронной настройки (ДЭН) определяется как разность между максимальной и минимальной частотами в зоне генерации,  определяемыми на уровне половинной мощности от максимального значения в центре зоны. Крутизна  электронной  настройки  определяется крутизной наклона линии изменения частоты.  Так как  в пределах диапазона настройки имеет место примерно линейная зависимость изменения частоты от изменения потенциала отражателя, то крутизна может определяться на практике через отношение конечных величин:

Sf= df/dUr= f0 p( n+3/4) / Qн(U0+½Ur½),                    

где Qн - нагруженная добротность резонатора.

Крутизна  электронной настройки возрастает с увеличением номера зоны генерации. Для изменения частоты генерации в значительных пределах используется механическая перестройка резонатора.

Параметры и характеристики ОК

Выходная мощность генераторных ОК обычно невелика (от 10 мВт  до 2.5 Вт) по той причине, что клистронные автогенераторы имеют низкий КПД (2-3 %).

Электронная перестройка частоты в пределах зоны генерации обычно 1% и определяется добротностью резонатора.

Механическая перестройка частоты дает возможность изменять частоту генерации в пределах 10-15%. Отдельные ОК миллиметровых волн (более 30 ГГц) позволяют проводить механическую перестройку до 40%.

Применение клистронов

Клистроны являются весьма распространенными  СВЧ приборами. Пролетные клистроны используются в  качестве усилителей и генераторов СВЧ колебаний как в непрерывном так и  в импульсном режимах работы (из всех приборов СВЧ импульсные клистроны являются самыми мощными), а отражательные клистроны  предназначены для генерации СВЧ колебаний малой мощности. Их  бесспорными достоинствами являются простота и надежность  конструкции,  малые габариты и масса, невысокие питающие напряжения, наличие  механической и электронной перестройки  частоты,  высокая  радиационная стойкость и малый уровень АМ и ИМ шумов.

Усилительные  клистроны  по сравнению с магнетронными усилителями и ЛБВ  М-типа  имеют  очень большой коэффициент усиления.  Основным  недостатком пролетных клистронов являются их большие размеры и  масса,  сложность механической перестройки частоты, узкополосность. Они  применяются в радиоэлектронной аппаратуре тропосферной,  радиорелейной и спутниковой связи, в установках СВЧ  нагрева. 

ОК используется как маломощные, надежные автогенераторы в радиопередатчиках РЛС, маломощных доплеровских РЛС, в измерительной аппаратуре, в качестве возбудителей, гетеродинов, в качестве генераторов накачки параметрических усилителей.