Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 14

Конструкция (а, б) и эквивалентная схема (в) генератора в микрополосковом пополнении со стабилизирующим диэлектрическим резонатором показана на рис. 3.56. Диод Ганна {2) в корпусе закреплен на теплоотводе и непосредственно соединен с 50-омной микрополосковой линией (1). Реактивные параметры корпуса диода (2) отражены на эквивалентной схеме четырехполюсником , трансформирующим полную проводимость диода.

Цилиндрический резонатор колебаниями расположен на оптимальном расстоянии  диода Ганна. Твердотельные СВЧ резонаторы на основе диэлектриков представляют тела, диэлектрическая проницаемость которых выбрана так, что при заданных форме и размерах выполняются условия объемного резонанса электромагнитной волны. Благодаря этому электромагнитные поля в основном сосредоточены внутри резонатора, а за его пределами затухают до пренебрежимо малых значений на расстоянии, много меньше   Преимущественное    распространение получили резонаторы цилиндрической формы (таблетки) на основном  магнитном  типе колебаний, который возбуждается магнитной составляющей СВЧ поля, совпадающей с осью цилиндрического резонатора. Резонатор  (3)  изготовлен из керамики с низкими  потерями и имеет следующие характеристики:    диаметр 5,0 мм; высоту 3,0 мм;    не нагруженную   добротность ;

 , Частота резонатора подстраивается путем изменения расстояния х до металлического винта (4), при этом мощность генератора практически не изменяется.

Расстояние d между резонатором и полосковой линией определяет нагруженную добротность резонатора и, следовательно, уровень выходной мощности генератора.

Наиболее распространенными методами стабилизации частоты рассматриваемых автогенераторов является термокомпенсация и применение высокодобротного эталонного резонатора, позволяющие повысить стабильность частоты генераторов на

 соответственно.

Параметры колебательной системы изменяют либо механическим способом, либо с помощью варакторов, ферритов, жедезо-иттриевого граната и магнитного поля. Генераторы Ганна можно перестраивать изменением напряжения на диоде. Причиной перестройки частоты является изменение динамической емкости домена сильного поля. Ее величина не превышает

Современное состояние  генераторов  Ганна  и  ГЛПД характеризует таблица 3.3. Следует иметь в виду, что их параметры постоянно улучшаются. На пути улучшения  параметров стоят в основном технологические проблемы. Согласно перспективным прогнозам эти приборы станут самыми распространенными для различных применений: в возбудителях и усилителях мощности РПУ, в качестве активных элементов ФАР, в системах связи, навигационных системах и т. д.

4.   ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ПРИБОРОВ С ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ

Применение ламповых и транзисторных    приборов    позволяет создавать достаточно мощные генераторы электрических колебаний в метровом и дециметровом диапазонах воли. В то же время развитие радиолокационной техники  настоятельно требует освоения  более коротковолновых диапазонов. Эффективность же ламп новых и транзисторных генераторных приборов существенно снижается в сантиметровом и тем более миллиметровом диапазонах волн из-за соизмеримости времени пролета электронами межэлектродного пространства с периодом усиливаемых колебаний. Эта особенность электронных ламп — основных генераторных приборов в 20—30-х годах нынешнего столетия — в то время даже ставила под сомнение саму возможность использования сантиметровых и миллиметровых радиоволн. Выходом из сложившегося положения явилось создание в нашей стране приборов с принципиально новым методом получении мощных СВЧ колебаний. Именно они послужили толчком для ученых и конструкторов    многих стран  мира к плодотворной работе по реализации ныне    обширнейшего класса генераторов СВЧ колебаний — приборов с так называемым  электродинамическим  управлением электронным  потоком, -— позволивших человечеству в сравнительно короткий срок построить и  использовать богатое разнообразие систем    и    устройств от источника энергии в исследованиях по    управляемому термоядерному синтезу до бытовых СВЧ печей.

Отличительным признаком приборов с электродинамическим управлением электронным потоком является преобразование в них энергии движущихся электронов в энергию СВЧ поля. Чтобы правильно понять основные тенденции в совершенствовании этих приборов, вначале целесообразно рассмотреть процесс энергообмена между электронами и переменным электрическим полем.

4.1. Анализ работы приборов с электродинамическим управлением электронным потоком

Будем считать, что электрон, попадая в переменное электрическое поле, имеет определенный запас потенциальной и кинетической энергии. В общем случае движение электрона в электрическом поле описывается уравнением

где,  — напряженность поля;

 — масса, скорость, заряд электрона соответственно.

В дальнейшем анализ будет проведен для   одномерного   пространства, когда векторы действуют вдоль условной оси. В этом случае уравнение (4.1) можно записать

В этом уравнениификсирует момент начала взаимодействия электрона с толем, а— время пребывания электрона в поле. В частном случае, если поле постоянное, скорость электрона после прохождения некоторого расстояния соответствует известному уравнению:

где— разность   потенциалов,   которую   прошел   электрон.

Когда же успевает заметно измениться в процессе движения электрона, то может возникнуть интересное явление. При попадании в такое поле потока электронов с одинаковыми начальными скоростями и равномерной плотностью происходит изменение скорости каждого электрона в зависимости от потенциала поля в каждой точке пространства. В результате скорости электронов в потоке становятся разными и, как следствие, с течением времени поток электронов оказывается неравномерным по плотности.

совершаемая полем в некоторый момент времени при перемещении элементарного объема зарядовна расстояниеоценивается известной зависимостью