В настоящее время существует
класс магнетронов, в которых перестройка частоты может осуществляться
электронным методом. Приборы этого класса носят название митронов. Даже у
обычных магнетронов принципиально возможна перестройка частоты путем изменения
напряжения на аноде. Действительно, при изменении Е дрейфовая скорость
электронов становится иной и условие
синхронизма выполняется для СВЧ поля с другой частотой. Однако магнетронные
резонансные системы имеют добротность 100 : 200, поэтому максимальная
относительная перестройка частоты при изменении анодного напряжения не превышает
0,1...0,3%. Кроме этого, вариация анодным напряжением ведет к резкому изменению
тока и мощности магнетрона. Поэтому, чтобы получить большие изменения частоты
генерации, необходимо существенно снизить добротность резонансной системы
магнетрона и ограничить анодный ток для стабилизации выходной мощности.
Эти требования выполняются в митронах. В них в качестве анодного блока используют замедляющую систему с добротностью в несколько единиц. Для ограничения анодного тока катод, эмитирующий электроны, вынесен из пространства взаимодействия с СВЧ полем, а его место занимает холодный («ложный») катод, не являющийся источником электронов. К холодному катоду относительно заземленной замедляющей системы и приложено анодное напряжение, управляющее частотой генерируемых колебаний. Анодный ток и мощность в основном определяются режимом эмитирующего электроны катода.
Важным достоинством таких
магнетронов, перестраиваемых напряжением на аноде, является сравнительно
большой диапазон перестройки, достигающий 30% от средней частоты при
незначительных изменениях выходной мощности, а также линейная зависимость
частоты генерируемых колебаний от величины Е. Так, в обоснована следующая
зависимость при работе магнетрона с колебаниями типа в
замедляющей системе
где
n — число элементов (штырей) в замедляющей системе;
и
— радиусы катодного и анодного
блоков.
Отсюда частота генерируемых колебаний линейным образом зависит от значения постоянных полей:
В то же время достижимая мощность митронов заметно уступает классическим магнетронам: в дециметровом и сантиметровом диапазонах она составляет при непрерывном режиме несколько сотен ватт. КПД также ниже 20...60%.
Поэтому митроны могут с успехом применяться в формирователях частотно-модулированных колебании.
Следует отметить, что основные усилия по совершенствованию приборов со скрещенными электрическим и магнитным полями в течение последних 30—40 лет сосредоточены в области создания генератором, сочетающих положительные свойства магнетронов и приборов с бегущей волной. В результате техника СВЧ обогатилась внушительным числом усилителей и автогенераторов, широко применяемых в различных радиотехнических устройствах.
Классификация этих приборов показана на рис. 4.23. В первую очередь их разделяют по виду используемой гармоники на генераторы с прямой и обратной волной.
Те в свою очередь, делятся по характеру электронного потока на приборы с замкнутым и разомкнутым электронным потоком. В ряде случаев проводят классификацию по способу создания электронного потока, выделяя генераторы с распределенной эмиссией катода (катод магнетронного типа) и генераторы с инжектированным электронным лучом.
Ниже будут рассмотрены некоторые особенности построения и работы этих приборов.
Наиболее типичным представителем усилителя прямой волны с разомкнутым электронным потоком является ЛБВМ. Эти приборы могут иметь конструкцию как с цилиндрическими, так и с плоскими электродами. На рис. 4.24 приведена схема построения ЛБВМ с инжектируемым электронным лучом, называемая биматроном.
В электронной пушке со
скрещенными полями электронный поток в своем движении описывает половину петли
циклоиды и попадает в область взаимодействия с СВЧ колебаниями, подаваемыми в
замедляющую систему. Результатом взаимодействия оказывается группировка
электронного потока, который приобретает волнистую форму с утолщениями в
области тормозящей фазы продольной составляющей
электрического поля. Амплитуда волны электронною потока возрастает, ее «гребень»
приближается к замедляющей системе, электроны отдают СВЧ полю свою
кинетическую энергию, вследствие чего повышается энергия усиливаемого сигнала.
Коэффициент усиления биматронов достигает 30—40%, однако для сохранения устойчивости при наличии отражений на средине замедляющей системы наносят поглотитель или замедляющую систему разбивают на две секции с подключением на ее примыкающие концы согласованных нагрузок. Эти меры снижают КПД усилителя. У лучших образцов ЛБВМ он составляет 50—60%. Полоса рабочих частот при достаточно высокой линейности ФЧХ достигает 40% и более.
Уровни выходной мощности, которые достигнуты в настоящее время в ЛБВМ с инжектируемым лучом, составляют десятки киловатт в непрерывном и сотни в импульсном режиме. Слабая зависимость фазы выходного сигнала от питающих напряжений и входной мощности позволяет рекомендовать эти приборы для использования в доплеровских РЛС и радиолокаторах с фазированными антенными решетками. Они находят применение также в системах связи.
Еще одной разновидностью ЛБВМ является дематрон. Конструктивно он отличается от биматрона способом создания электронного потока — в нем вместо холодного катода использован плоский катод, вся поверхность которого обладает эмиссионным свойством либо при нагреве, либо при бомбардировке электронами. Применение такого катода позволяет, как и в магнетроне, получать значительные мощности СВЧ колебаний. В то же время отсутствие замкнутости электронного потока, работа на прямой волне и применение широкополосной замедляющей системы расширяет полосу пропускания дематрона до 30% при коэффициенте усиления 20 дБ и более. Следует также отметить хорошую стабильность фазовой характеристики и относительно малые габариты.
В группе платинотронов — приборов обратной волны типа М с замкнутым электронным потоком — наиболее широкое распространение получили амплитроны.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.