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 76

Усилительный клистрон имеет пять внутренних резонаторов: входной, выходной и три промежуточных (число промежуточных резонаторов на схемах указывается цифрой у условного значка промежуточных резонаторов). Резистор  в цепи коллектора имеет сопротивление 10 Ом и включается по соображениям безопасности. Без него при обрыве цепи питания напряжение на коллекторе могло бы достичь напряжение на катоде, что представляло бы опасность для обслуживающего персонала. Назначение резистора  - защита клистрона в случае газовых пробоев в нем. Главное достоинство МРК – наивысший из всех усилителей СВЧ коэффициент усиления: до 60 дБ при 6 и более резонаторах. МРК выпускаются на широкий диапазон мощностей. В тропосферных и наземных спутниковых передатчиках используются мощности 1…10 кВт. В отдельных случаях до 100 кВт. К.п.д. в новых конструкциях 60…80%. Обычно 35…45%. Полоса пропускания мощных широкополосных МРК – 1…2% от средней частоты, что является большим недостатком. Ускоряющее напряжение МРК при  кВт составляет 10…20 кВт. Это тоже большой их недостаток.

Пролетные клистроны являются генераторами с внешним возбуждением, усиливающими мощность СВЧ колебаний, созданную предыдущими каскадами. Приведенная идеализированная схема хорошо поясняет принцип действии пролетного клистрона.

Рис. 6. Идеализированная схема, поясняющая

принцип действия пролетного клистрона.

Процесс усиление колебаний СВЧ в Z-резонаторном пролетном клистроне происходит следующим образом. Колебания, которые надо усилить (например, ), поступают от возбудителя в первый резонатор. Электрическое поле входного сигнала, воздействует на электроны, изменяет их скорость. Во время положительного полупериода электроны ускоряются, а во время отрицательного полупериода – замедляются. В результате из первого резонатора они вылетают с разными скоростями. Двигаясь в пространстве дрейфа (расстояние между резонаторами), ускоренные электроны догоняют замедленные. В результате образуются сгустки электронов. Пролетая через сетки второго резонатора, сгустки наводят во втором резонаторе переменный ток. Электрическое поле, возникшее между сетками второго резонатора тормозит движение последующих сгустков. При этом кинетическая энергия электронов, полученная ими от источника ускоряющего напряжение , преобразуется в энергию колебания СВЧ. В результате во втором резонаторе получим усиленные колебания СВЧ.

Основными характеристиками пролетных клистронов являются: амплитудная характеристика , частотная , фазовые , .

Рис. 7. Основные характеристики пролетного клистрона.

Режимы работы пролетных клистронов.

В большинстве случаев клистроны работают в режиме усиления. При усилении АМ-сигналов, в том числе и однополосных, они работают на линейном участке амплитудной (мощностной) характеристики. Рабочую точку обычно выбирают на середине линейного участка характеристики. При увеличении ширины пропускания клистрона (расстройке) коэффициент усиления уменьшается. В режиме усиления АМ-сигналов к.п.д. клистрона примерно в 4 раза меньше максимального допустимого значения.

Если надо усиливать сигналы, промодулированные по частоте, фазе или импульсно-модулированные, целесообразно работать в режиме максимальной выходной мощности, т.е. рабочая точка выбирается на участке насыщения. При этом ослабляется паразитная амплитудная модуляция. Выходная мощность пролетного клистрона зависит от параметров нагрузки. Поэтому на выходе клистрона следует включать вспомогательный развязывающий прибор.

Пролетные клистроны можно использовать также как автогенераторы.

Для этого к выходному резонатору подключают направленный ответвитель и часть выходной мощности подают на вход клистрона, образуя цепь положительной связи. В эту цепь обычно включают аттенюатор и фазовращатель, регулировкой которых обеспечивают выполнение оптимальных условий самовозбуждения. Основные параметры клистронов в режиме автогенерации приблизительно такие же как и в режиме усиления.

Умножительные клистроны.