Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 19

несколько меньше скорости электронов и подбором значения параметра С можно добиться выполнения условия оптимального соотношения скоростей в соответствии с уравнением (4.21).

Нельзя не заметить, что входящий  и состав уравнения   (4.23)

членсвидетельствует   об   экспоненциальном   росте

амплитуды полны по мере увеличения. Следует сразу отметить, что в уравнении для 3-й волны Ганой же член имеет отрицательный показатель, и эта волна затухает по мере продолжения вдоль замедляющей системы.

Таким образом, усилительный процесс в ЛБВ определяется уравнением для амплитуды волны на выходе в следующем  виде:

 — напряженность ноля в начале замедляющей системы; Множитель 1/3 подчеркивает факт деления   энергии   ВХОДНОГО поля на три волны.

Тогда коэффициент усиления ЛБВ можно оценить по формуле

Коэффициент усиления зависит от конструктивных параметров

замедляющем системы, частоты усиливаемых колебаний, параметров электронного потока.

Значение коэффициента усиления ЛБВ в сантиметровом диапазоне волн, в котором этот прибор применяется наиболее широко, лежит в пределах 30...60 дБ.

Зависимость выходной мощности от уровня входного сигнала показана на рис. 4.9.

Как и в клистроне, линейность амплитудной характеристики ЛБВ сохраняется лишь до определенного уровня. Далее рост

замедляется, достигнув максимума, как правило, происходит спад выходной мощности с дальнейшим увеличением амплитуды входного сигнала. Одной из главных причин, ограничивающих нарастание колебаний, является сильное тормозящее действие на электронный сгусток СВЧ поля при его значительной интенсивности. В результате скорость сгустка становится существенно меньше из равенства (4.21), и условия синхронизма нарушаются. В усилителях на ЛБВ могут быть получены при непрерывном режиме в дециметровом, диапазоне волн значения выходной мощности около 100 кВт, в сантиметровом — 10 kBt и в миллиметровом — до 1 кВт.

Частотная характеристика в основном определяется дисперсионными   свойствами замедляющей системы. Типовая частотная характеристика ЛБВ имеет обычно периодическую   неравномерность в пределах полосы пропускания П (рис. 4.10).

Причина неравномерности АЧХ заключается в отсутствии пол кого согласования сопротивления замедляющей   системы с выходным и выходным устройствами ЛБВ. Поскольку полоса пропускания в ЛБВ весьма  велика   (отношение , в некоторых образцах ЛБВ составляет 100% и более), проблема обеспечения «чистого» режима бегущих волн и ликвидации отражений оказывается технически сложной. Допустимые отклонения  от значения коэффициента усиления на средней частоте в пределах полосы пропускания не должны превышать 3 дБ и это условие ограничивает величину П.

Неравномерность АЧХ приводит к искажению структуры усиливаемых сигналов при достаточной ширине их спектра, а также к необходимости учитывать разброс уровней выходных сигналов в приемно-передающем тракте РЛС с быстрой перестройкой несущей частоты в широких пределах.

Электронный КПД лампы бегущей полны несколько ниже, чем у многорезонаторного пролетного клистрона и составляет 20...30%..

Основная причина невысокого КПД заключается в сохранении электронами значительной части кинетической энергии после взаимодействия с СВЧ полем на всей длине замедляющей системы. Для повышения коэффициента полезного действия в мощных ЛБВ используется метод рекуперации — торможение. Электронов, поступающих на коллектор, путем подачи на этот электрод более низкою напряжения  , чем на  замедляют систему. Как и в клистроне, подобное снижение ограничивается величиной наибольшей потери энергии электронами пучка при взаимодействии с СВЧ полем — если электроны окажутся с энергией ниже уровня, то они будут тормозиться до нулевой скорости и двигаться в противоположную сторону. Тем не менее, методом рекуперации удается «добавить» к КПД лампы бегущей волны 10...15%.

ЛБВ, построенная по схеме на рис. 4.6, обладает склонностью к самовозбуждению за счет появления отраженных волн от конто и замедляющей системы. При неидеальном согласовании от выходной части замедляющей системы имеет место отражение волны   мощностью — модуль коэффициента

отражения. Эта волна распространяется навстречу электронному потоку и, поскольку сгустки электронов при встречном движении с волной попеременно попадают то в ускоряющую, то в замедляющую фазу поля, интенсивность полны не меняется. При достижении начала замедляющей системы снова часть мощности претерпевает отражение. Если коэффициент отражения от входной части обозначить через , то уровень вторично отраженной Волны оценивается  величиной . Но теперь этот

компонент СВЧ поля движется в одном направлении с электронным потоком и с оптимальной для усиления скоростью. В результате при удачных фазовых условиях она будет получать энергию от электронов, как и полезный сигнал.

И если при этом окажется, что    величина

те, чем мощность входного сигнала, то произойдет самовозбуждения. Таким образом, условие устойчивой работы ЛБВ можно записать в следующем виде: