Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 75

Классификация клистронов. Основные показатели и области применения отражательных клистронов. Принцип действия и характеристики пролетных клистронов. Умножительные клистроны. Модуляция в клистронах.

Различают одноконтурные отражательные и пролетные многорезонаторные клистроны. Схема питания отражательного клистрона приведена на рис.1.

Рис. 1. Схема включения отражательного клистрона.

Отражательный клистрон состоит из стеклянной вакуумной колбы 1, в которую помещена электронная пушка, образованная нитью накала 2, подогреваемым оксидным катодом 3 и фокусирующим электродом 4, объемный резонатор 5, содержащий элемент связи с нагрузкой 6 и отрицательный электрод-рефлектор 7.

Отражательный клистрон является автогенератором. Идеализированная схема отражательного клистрона, поясняющая принцип его работы изображена на рис.2.

Рис. 2. Идеализированная схема отражательного клистрона,

поясняющая принцип его работы.

Поток электронов вылетающих из катода и получивших модуляцию по скорости в пространстве взаимодействия, попадает в пространство дрейфа С; здесь электроны останавливаются тормозящим полем и отражаются обратно в пространство взаимодействия В. В пространстве дрейфа С ускоренные электроны находятся дольше, чем замедленные, что приводит к образованию модулированного по плотности потока, перенося его энергию к контуру, подключенному к пространству взаимодействия. Т.о., при выборе напряжения отражателя таким при котором электроны попадают обратно в пространство взаимодействия в соответствующей фазе, удовлетворяются условия, необходимые для генерации. Выходная мощность отражательных клистронов не более 1…2 Вт. Перестройка частоты  от несущей на частотах 4…6 Ггц при изменении крутизны в пределах перестройки не более 1%.

Основными характеристиками отражательного клистрона являются зависимости входной мощности и генерируемой частоты от напряжения на отражательном электроде  и .

Рис. 3. Основные характеристики отражательного клистрона.

В последние годы получили распространение сверхминиатюрные низковольтные отражательные клистроны – минитроны. Масса минитронов 0,5…10 г в сантиметровом диапазоне волн. Рабочее напряжение 25…85 В. Выходная мощность 10…15 мВт для низковольтных, 50…80 мВт для тех, у которых напряжение 85 В. Диапазон перестройки 1…1,5% от средней частоты. Механической перестройки – 10%. Отражательные клистроны нашли применение в системах связи на СВЧ, в измерительной аппаратуре, в радиорелейных линиях в качестве возбудителей, генераторов и даже выходных каскадов.

Импульсная модуляция в клистронах осуществляется подачей ускоряющего импульсного напряжения от ИМ на резонаторе при постоянном значении входной ВЧ – мощности. Амплитуда импульсного напряжения  должна соответствовать максимальной мощности – оптимальному значению параметра группирования. Требования к постоянному напряжению на вершине импульса определяется допустимым изменением фазы выходного колебания во время действия импульса с помощью опытных требований к . Если в клистроне имеется управляющая сетка, то изменяя напряжение на управляющей сетке, можно весьма эффективно управлять током электронного луча, осуществляя при этом амплитудную, либо импульсную модуляцию.

В отражательном клистроне ЧМ осуществляют изменением напряжения на отражателе.

Получение ЧМ изменением  на отражателе без нежелательной АМ невозможно. Только при неглубокой ЧМ в центре зоны генерации можно обеспечить небольшой изменение колебаний амплитуды.

Рис. 4. Частотный модулятор на отражательном клистроне.

Схема включения пролетного клистрона показана на рис.5.

Рис. 5. Схема включения многорезонаторного мощного клистрона.

На рис.5. приняты обозначения: 1 – стеклянный вакуумный баллон; 2 – система электромагнитной фокусировки электронного пучка; 3 – входной резонатор; 4 – выходной резонатор; 5 – коллектор; 6 – подогреваемый катод; 7 – накальная нить.