Если бы в системе оставить только выходное устройство, аналогичное входному, то проходя его, электроны отдали бы ему свою энергию, уменьшив радиус движения и наводя в нем колебания сигнальной частоты. Таким образом, получилась бы пассивная линия передачи с последовательным преобразованием энергии сигнала в кинетическую энергию потока и обратно.
Описанный процесс не является процессом усиления колебаний сигнала. Энергия циклотронной волны равна затраченной на ее образование энергии сигнала с учетом энергии потерь во входном устройстве.
Для усиления циклотронной волны необходимо увеличить радиус вращения электронов. Тогда энергия волны возрастет пропорционально квадрату радиуса. Увеличение радиуса движения электронов можно получить, увеличивая скорость движения их по окружности. Тогда в силу постоянства угловой скорости радиус движения будет возрастать. С этой целью используется поперечное переменное электрическое поле накачки, ускоряющее электроны и вращающееся с той же скоростью, что и электроны.
Для обеспечения линейного усиления необходимо, чтобы амплитуда напряженности усиливаемого поля возрастала линейно по мере удаления от оси электронной спирали, т. е. пропорционально радиусу. Такое поле можно создать с помощью четырехполюсного (кадрупольного) конденсатора, пластины которого имеют поперечное сечение в виде гиперболы. Противоположные пластины конденсатора соединены между собой и к ним приложено напряжение накачки (рис. 2.14).
Частота напряжения накачки выбирается равной удвоенной циклотронной частоте.
Амплитуда напряженности поля накачки в любой точке между пластинами равна:
где
— амплитуда напряжения накачки
на пластинах; 
— расстояние от оси конденсатора до
пластин; 
— радиус
движения электрона.
Рассмотрим движение электрона, вошедшего в область между пластинами и имеющего начальную траекторию в виде спирали, ось которой совпадает с осью квадрупольного конденсатора, а начальный радиус равен r0. Предположим, что электрон войдет в пространство между пластинами в точке А в момент, когда поле для этого электрона будет ускоряющим. В этом случае он будет продолжать движение по спирали с увеличенной скоростью. При постоянной угловой скорости это приведет к увеличению радиуса движения электрона. Через четверть периода циклотронной частоты электрон переместится на четверть оборота и окажется в точке В. Но так как частота накачки в два раза выше циклотронной частоты, то электрон снова окажется в ускоряющем поле.
Таким образом, электрон все время остается в ускоряющем электрическом поле накачки, увеличивая свой радиус вращения Электрон выходит из области квадрупольного конденсатора, двигаясь по спирали, но со значительно большим радиусом:
Если электрон
войдет в область квадрупольного конденсатора в точке С (рис. 2.14), то он
окажется в тормозящем электрическом поле. Радиус вращения такого электрона
будет убывать и из области квадрупольного конденсатора он войдет, двигаясь по
спирали с меньшим радиусом
Поскольку вероятность входа электрона в область квадрупольного конденсатора с ускоряющим полем и тормозящим полем одинакова, то половина электронов будет увеличивать свой радиус вращения, а половина уменьшать. Следовательно, окончательный эффект увеличения кинетической энергии электронов определяется средним радиусом
Средний радиус вращения всегда будет больше начального r.
Процесс увеличения радиуса циклотронного движения электронов является параметрическим. Вращающийся с циклотронной частотой электронный поток можно рассматривать как колебательный контур, настроенный на частоту сигнала. Энергоемким параметром такой колебательной системы является ее радиус вращения, увеличивающийся при взаимодействии электронов в луче с неоднородным поперечным вращающимся с гой же часто той полем накачки квадрупольного конденсатора.
Процесс увеличения радиуса циклотронного движения электронов может быть достигнут и в случае подачи на квадрупольный конденсатор постоянного напряжения. Однако при этом необходимо пластины конденсатора разрезать перпендикулярно оси и повернуть отдельные части с шагом, равным периоду циклотронной частоты. В этом случае по мере продвижения электрона через область квадрупольного конденсатора он будет постоянно находиться в ускоряющем поле.
Такой механизм усиления реализуется в электростатическом параметрическом усилителе (ЭСУ). Достоинством ЭСУ является отсутствие генератора накачки. Технические параметры обоих типов усилителей одинаковы.
Отвод усиленного сигнала осуществляется с помощью выходного устройства. Электроны, движущиеся между пластинами конденсатора выходного контура, наводят на его пластинах ЭДС. В результате в контуре возникает переменный ток с частотой сигнала, и между пластинами возникает электрическое поле, которое является тормозящим для движущихся в нем электронов. Электроны отдают энергию электрическому полю и уменьшают радиус своего движения. Для отвода электронов, вышедших из выходного контура, ставится коллектор.
Основные параметры ЭГ1У. Диапазон рабочих частот — 0,6...6 ГГц. Коэффициент усиления мощности определяется электронным коэффициентом усиления мощности (Крэ), коэффициентами полезного действия входного устройства µвх) и выходного устройства (µвых):
Практически КР составляет величину 20...26 дБ. Полоса пропускания ЭПУ в основном определяется свойствами входного устройства
где
—оптимальная нагруженная
добротность входного резонатора, равная его длине в электронных волнах.
В современных ЭПУ полоса пропускания составляет (1...10)% от рабочей частоты. Коэффициент шума — 1,2...2.
Малый коэффициент шума ЭПУ достигается тем, что на уровень его собственных шумов почти не влияет дробовой эффект. Это объясняется тем, что процесс усиления не связан с плотностью электронного луча, а определяется только наличием поперечной составляющей скорости электронов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.