Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 20

Оказывается, что даже при вполне удовлетворительном соглашении,  когда  коэффициент    отраженна,    составляет    примерно 0,2, коэффициент усиления мощности не может превысить 25. Это непосредственно вытекает из уравнения  (4.2/).

Чтобы исключить самовозбуждение, в средней части замедляющей системы ставят поглотитель энергии электромагнитных волн. Если передачи поглотителя для волн в прямом и обратном направлении обозначить соответственно a1 и a2, то условие устойчивого усиления записывается неравенством

В современных образцах ЛБВ уровень поглощения устанавливается таким, чтобы в поглотителе затухала вся мощность падающей волны . В результате отраженная волна   не    может дойти до входа и самовозбуждение по этой причине исключается. Наличие поглотителя, естественно, приводит к подавлению и полезной  волны.  Однако  между двумя частями замедляющей системы, расположенной по обе стороны   от    поглотителя,   остается связь за счет  электронного пучка, получившего в начальной части замедляющей системы  модуляцию по плотности. Пройдя беспрепятственно область   поглотителя,  электронные  сгустки  снова наводят в замедляющей системе три волны, одна из которых  и обусловливает усиленный сигнал на выходе ЛБВ. Таким образом, амплитуда   усиливаемых   колебаний   вдоль  ЛБВ   с   поглотителем нарастает дважды — до поглотителя    и    после    него  (рис. 4.11). позволяя получить значительные коэффициенты усиления при хорошей устойчивости.

Таким образом, обладая, как и клистроны, высоким коэффициентом усиления и возможностью создавать большие уровни выходных сигналов, ЛБВ выгодно отличает широкополосным. Мощные лампы бегущей полны несколько уступают многорезонаторным клистронам лишь в величине достигаемого КПД. Поэтому в настоящее время диапазон применения ЛБВ чрезвычайно широк: от малошумящих УВЧ в приемных устройствах до мощных выходных   усилителей   СВЧ   колебании   в радиопередающих устройствах.

Далее будут рассмотрены особенности построения и функционирования ламп обратной волны (ЛОВ) — приборов, в которых повышение энергии СВЧ поля происходит при его встречном движении с электронным потоком.

Как было показано в разделе 2, в замедляющей системе помимо прямых существуют и обратные гармоники, распространяющиеся, применительно к ЛБВ, от коллектора к катоду. Схема построения усилителя на ЛОВ показана на рис. 4.12.

В отличие от рассмотренной выше ЛБВ вывод СВЧ энергии находится не у коллектора, а у катода.

Другой особенностью конструкции ЛОВ является использование существенно неоднородной замедляющей системы. Это необходимо для того, чтобы на пути движения электронов встречались участки, где происходит их интенсивное взаимодействие с СВЧ толем, и были участки, где поле отсутствует в любой момент времени. Такому условию удовлетворяет, например, замедляющая система типа «встречные штыри», структура поля в которой показан на рис. 4.13, в некоторый момент времени.

Электромагнитная  волна  длиной  распространяется между

металлическими штырями, как по своеобразному волноводу, с групповой скоростью  в сторону катода  (против направления оси

z). Электроны движутся узким пучком вдоль оси z в непосредственной близости от поверхности замедляющей системы, имея возможность взаимодействовать с полем только в промежутке между штырями, так как над ними напряженность поля практически равна нулю, и поле вдоль траектории движения электронов носит ярко выраженный неоднородный характер (рис. 4.13). Для осуществления группировки электронного потока при встречном движении с СВЧ полем необходимо, чтобы электрон, последовательно пролетая в области взаимодействия, каждый раз попадал в одну и ту же фазу поля. Это возможно, если   время   пролета

электроном пути (рис. 4.13) со скоростьюравно времени прохождения полем расстояниясо скоростью. Подобное условие выражается следующей зависимостью:

При выполнении (4.29) одни электроны, систематически попадая в ускоряющую фазу поля, начнут увеличивать свою скорость другие, попадающие в тормозящую фазу, — уменьшать свою скорость. Эта модуляция электронов по скорости в процессе дрейфа вдоль замедляющей системы будет переходить в модуляцию по плотности с периодом, равным периоду усиливаемого сигнала.

Процесс группировки осуществляется и в случае, если за время  проходит не одна, а несколько волн поля. Тогда в общем случае условие группировки потока    можно   записать   в   виде

Как и в ЛБВ, усиление поля будет происходить лишь при на хождении   электронного сгустка в тормозящей фазе поля. Поэтом в окончательном  виде уравнение синхронизма, при котором обеспечивается  передача  кинетической  энергии  электронов СВЧ полю выглядит следующим образом:

где  - дополнительный сдвиг по фазе, обеспечивающий    на

хождение сгустка в тормозящей фазе поля. Надо полагать, что наиболее полно энергия электронов будет использована для усиления, если в процессе движения вдоль всей замедляющей системы сгусток пройдет относительно поля один тормозящий полупериод. Тогда величина  будет равна "ПИ".

Анализ последнего выражения свидетельствует о возможности изменения условий синхронизма в диапазоне   длин    волн    путем

регулировки скорости электронов за счет изменения ускоряющего напряжения . В результате ЛОВ как усилитель представляет узкополосное устройство (при фиксированном значенииусловие (4.30) выполняется лишь в небольшой полосе частот), АЧХ которого перестраивается в широком диапазоне частот напряжением на коллекторе.

Встречное движение поля и электронов, при котором идет обмен энергией между ними, является причиной и других особенностей ЛОВ по сравнению с лампой бегущей полны.

Так, законы 'распределения вдоль замедляющей системы амплитуды усиливаемого сигнала  и интенсивности электроны; сгустков  (переменной составляющей конвекционного тока) у ЛБВ и ЛОВ оказываются разными    (рис.   4.14).   Кроме   того,