Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 26

Для того, чтобы электронные сгустки после полного оборота не вышли за пределы тормозящей фазы поля, считают допусти­мым или .

Положив в основу это равенство, можно показать, что от­носительная полоса усиливаемых частот оценивается уравнением

Из последнего выражения следует, что амплитрон имеет в диапазоне частот несколько зон усиления, соответствующих раз­личным значениям n. На практике обычно используется зона с n=2. В зависимости от дисперсионных свойств замедляющей системы полоса пропускания амплитрона лежит в пределах 5... 10% от средней частоты.

Основными параметрами, по которым амплитрон превосходит остальные приборы с электродинамическим управлением электронным потоком, является средняя мощность и коэффициент полезного действия. Работая в диапазоне частот 0,5... 17 ГГц, совре­менные амплитроны способны давать выходную мощность до 100 кВт в непрерывном режиме и до 10 МВт в импульсном  при этом КПД составляет 90% и дециметровом диапазоне, снижа­лись до 50% на частоте 10 ГГц. Такие параметры предопределяют применение амплитроном в качестве выходных каскадов в устрой­ствах, где большая мощность должна сочетаться с широкой полосой пропускания.

Нельзя не отметить также применение амплитрона в качестве основного элемента автогенератора, называемого стабилитроном. Схема построения этого прибора приведена на рис. 4.28 и вклю­чает в себя амплитрон, вход которого соединен через фазовраща­тель с добротным перестраиваемым резонатором, а выход с не­согласованной нагрузкой.

Как отмечалось выше, в отсутствие внешнего сигнала амплитрон может генерировать флуктуационные колебания, часть энер­гии которых, отразившись от нагрузки и пройдя без затухания за­медляющую систему, достигает резонатора. Составляющие спект­ра этих колебаний, не совпадающие с частотой резонатора, по­ступают в поглотитель, а совпадающие с резонансной частотой возбуждают в резонаторе колебания, которые снова оказываются на входе амплитрона. Таким образом возникает цепь обратной связи для колебаний на частоте резонатора и регулировкой фазо­вращателя нетрудно добиться, чтобы она имела положительный знак. В результате на выходе стабилитрона возникают мощные колебания, перестраиваемые по частоте. Поскольку резонатор стабилитрона вынесен за пределы нагревающейся конструкции прибора, стабильность частоты генерируемых колебаний на один два порядка выше, чем в традиционном магнетроне. Что касается мощности и КПД, то тут стабилитрон практически не ус­тупает магнетрону.

В группу ЛОВМ с замкнутым электронным потоком входит также карматрон. Это автогенератор, в котором процесс группировки электронного потока и его взаимодействия с СВЧ полем напоминает аналогичный процесс в амплитроне. В конструкции карматрона отсутствует входное устройство. Вместо него распо­лагается поглотитель СВЧ энергии, делающий замедляющую си­стему разомкнутой. Последнее обеспечивает возможность элек­тронной перестройки частоты в диапазоне порядка 10%. При этом уровень выходных колебаний в сантиметровом диапазоне волн достигает сотни ватт—единицы киловатт в непрерывном ре­жиме.

Еще одним мощным источником колебаний с быстрой перестройкой частоты в широком диапазоне является карсинотрон — прибор, входящий в группу ЛОВМ с разомкнутым электронным потоком.

Механизм образования электронного потока в карсинотроне такой же, как в биматроне (электронная пушка со скрещенными электрическим и магнитным полями, инжектирующая пучок элек­тронов в пространство вдоль «холодного» катода, и коллектор, поглощающий электронный поток), но взаимодействие его проис­ходит с обратной гармоникой СВЧ поля.

Важно отметить, что модуляционная характеристика генерато­ров типа ЛОВМ носит линейный характер. Это имеет исключи­тельно важное значение при формировании частотно-модулированных колебаний. Действительно, электронное изменение часто­ты связано с регулировкой ускоряющего напряжения. Но если в обычных ЛОВ  то в приборах типа М .

При выходной мощности такого же порядка, как и в карматроне и КПД 50-60%, карсинотрон обеспечивает электронную пере­стройку частоты в диапазоне 50% и более.

Генераторы па ЛОВМ находят широкое применение в передат­чиках с ЧМ сигналами и в аппаратуре радиопротиводействия.

5. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ

И ФАЗЫ КОЛЕБАНИИ В ЗАДАЮЩИХ ГЕНЕРАТОРАХ

ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ.

5.1. Основные характеристики нестабильности частоты

Стабильность частоты является важнейшей характеристикой автогенератора, описывающей его способность сохранять неиз­менной во времени мгновенную частоту генерируемых колебаний. Допустимая нестабильность частоты в заданном промежутке времени является одним из основных требований к любому ра­диопередающему устройству. Нестабильность частоты характери­зуется отклонением мгновенной частоты колебаний от номиналь­ного значения и обусловлена влиянием различных источников не­стабильности (дестабилизирующих факторов).

Дестабилизирующие факторы могут приводить как к случай­ным медленным (долговременным) или быстрым (кратковремен­ным) по отношению к периоду посылок РТС или постоянной вре­мени контура автогенератора флуктуациям частоты со сплошным спектром, так и к периодическим отклонениям частоты, приводя­щим к появлению дискретных составляющих в спектре флуктуа­ции частоты (рис. 5.1).

Для оценки нестабильности частоты часто используется абсо­лютное  или относительное  значение откло­нений частоты от номинального значения  . Эти характеристики позволяют судить о максимальной величине долговременных или кратковременных изменений частоты автогенератора, однако   не дают представления о характере нестабильностой. Более полно нестабильность частоты может быть описана с помощью статисти­ческих характеристик отклонений частоты как случайного процес­са. Стационарные отклонения частоты достаточно полно характе­ризуются:                 

корреляционной функцией  или нор­мированной корреляционной функцией ;

дисперсией  (или   среднеквадратическим значением ) и временем корреляции  (рис. 5.2);