По этим причинам двухрезонаторные клистроны в настоящее время применяются редко. Можно лишь отметить использование такого клистрона в качестве автогенератора, если в нем осуществить обратную СВЯЗЬ ВЫХОДНЫХ цепей и ВХОДНЫХ. На рис. 4.4 показана схема построения такого автогенератора совместно с устройством АПЧ. Следует отметить, что при эксплуатации подобного автогенератора (например, при перестройке частоты) трудность: оба резонатора — группирователь и улавливатель — должны быть точно настроены на одну и ту же частоту. Выход из этого положения нашли путем расширения полосы пропускания обоих резонаторов и включения в цепь обратной связи добротного резонатора с перестройкой по частоте. И хотя вследствие уменьшения добротности резонаторов клистрона его КПД уменьшается до нескольких процентов, такие генераторы работают вплоть до миллиметрового диапазона волн с выходной мощностью до нескольких ватт, находя применение в качестве возбудителей СВЧ колебаний, гетеродинов и др.
Однако следует вернуться к рассмотрению методов повышения характеристик усилительных клистронов. Таких методов несколько. Первый из них связан с постановкой в пространстве дрейфа дополнительных иона груженых резонаторов. В таком многорезонаторном клистроне электронный поток, входящий в зазор резонатора, расположенного после группирователя, уже частично сгруппирован. В нем возникает наведенный ток с частотой сигнала и в зазоре появляется электрическое поле с большей амплитудой, чем на первом резонаторе. Под действием этого по ля происходит дополнительная интенсивная модуляция электронов в потоке по скорости, переходящая в модуляцию по плотности. В результате сгустки электронов становятся более компактными и амплитуда наведенного тока в последующем резонаторе возрастает. В конечном итоге увеличивается коэффициент усиления, который в многорезонаторном клистроне оценивается приближенным равенством
где m — количество резонаторов в клистроне, которое в современных клистронах может доходить до 8...9.
Одновременно с К0 в многорезонаторном клистроне растет и коэффициент полезного действия. Причина та же — повышение плотности сгустков конвекционного тока увеличивает амплитуду первой гармоники наведенного тока, что дает возможность увеличить электронный КПД клистрона на К)...20
Другой метод повышения характеристик клистрона связан с созданием в нем нескольких электронных потоков, проходящих через общую систему резонаторов. Такой метод позволяет, не увеличивая ускоряющее напряжение U0 повысить выходную мощность за счет роста суммарного значения тока. Уменьшение величины коллекторного питания многолучевых клистронов, особенно большой мощности, делает менее сложными вопросы их эксплуатации, связанные с наличием высоковольтных цепей, электрическими пробоями, рентгеновским излученном и т.п. При этом фокусировка всех лучей осуществляется одной магнитной (или электростатической) системой. Следует также учитывать, что расталкивающее действие кулоновских сил в каждом из электронных потоков меньше, чем было бы в одном потоке с величиной тока, равной сумме токов всех лучей. И то другое снижает требования к фокусирующей системе клистрона.
Еще один метод повышения КПД основан на создании между
последним резонатором и коллектором постоянного электрического поля, тормозящего электроны. Эти электроны после взаимодействия с СВЧ полем в последнем резонаторе продолжают обладать кинетической энергией, соответствующей их остаточной скорости, которая в конечном итоге выделяется в виде тепла на коллекторе. Чем выше остаточная скорость электронов, тем эта энергия больше и, следовательно, ниже КПД прибора. Создание поля, тормозящего «отработанные» электроны, может повысить КПД на 10...15%, а сам метод получил название рекуперации.
Теоретические и экспериментальные исследования процессов в пролетном клистроне показали, что для обеспечения хорошей
|
|
группировки электронного потока в области дрейфа многорезонаторного клистрона промежуточные резонаторы должны быть расстроены по отношению к частоте входного сигнала. На рис. 4.5 пока показаны амплитудные характеристики многорезонаторных клистронов при взаимной расстройте про межуточных резонаторов
(сплошная линия) и при наст- ройке всех резонаторов на одну
частоту (штриховая липки). Нетрудно заметить, что при равных условиях клистрон с взаимной расстройкой резонаторов может обеспечить на выходе более высокую мощность, хотя при малых уровнях входных колебаний его коэффициент усиления несколько ниже, чем у клистрона с настроенными резонаторами.
В результате реализации всех этих мер электронный КПД клистронов может доходить до.. 50...60% при достаточно высокой выходной мощности. Так, в дециметровом диапазоне волн в импульсном режиме выходная мощность достигает нескольких десятков мегаватт; в длинноволновой части сантиметрового диапазона соответственно единицы мегаватт; на частотах 10 ГГц мощность импульсных клистронов снижается до сотен киловатт и с ростом частоты быстро падает. Усилительные клистроны в непрерывном режиме работают в том же диапазоне частот, имея выходную мощность в 10...100 раз меньше, чем у импульсных клистронов. .
Из рис. 4.5 видно,
что максимальную выходную мощность в усилителе можно получить при определенном
уровне колебаний на входе. И хотя коэффициент усиления клистрона в этом режиме
ниже, чем при работе на линейном участке характеристик. 
, в радиопередающих устройствах
РЛС, как правило, обеспечивают уровень входных сигналов, близких к
поскольку тут высокий
КПД и малая зависимость
от флуктуаций уровня входного сигнала.
Наконец, следует остановиться на частотных свойствах клистронного усилителя.
В подавляющем большинстве многорезонаторный клистрон является узкополостным прибором, полоса пропускания которого составляет менее 1% от средней частоты. Это обусловлено применением в его конструкции добротных резонаторов. Взаимной расстройкой резонаторов по частоте можно расширить полосу пропускания до нескольких процентов, но при этом коэффициент усиления клистрона значительно уменьшается.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
