Разработаны усилительные варианты гиротронов, получившие наименование ”гироклистроны и гиро-ЛБВ”, которые нашли практическое применение на верхних частотах СВЧ диапазона. Высокий КПД, большая выходная мощность и не слишком высокие требования к технологии изготовления привлекают конструкторов к развитию этого типа приборов.
На рис. 11.7, б показана траектория движения электронов вблизи катода гиротрона и напряженность внешнего магнитного поля, прикладываемого к прибору (на рис. 11.7, а), а на рис. 11.8 устройство гиротронного генератора.
Рис. 11.7. Движение электронов около катода гиротрона
Рис. 11.8. Разрез гиротронного генератора (1 - электронная пушка; 2 - зона эмиссии оксидного катода; 3 - первый анод; 4 - второй анод; 5 - резонатор 6 - диафрагма; 7 - коллектор; 8 - вакуумное окно; 9 - волновод к нагрузке; 10, 12 - каналы водяного охлаждения; 11, 13 - катушки электромагнитов; 14 - изоляторы)
В связи со сравнительно большими (20-30 см) размерами гиротронов, их катодов и электронных пушек, они могут обеспечивать очень высокую выходную мощность при большом КПД. В работе [4.13] приводятся данные о достигнутых на гиротронах параметрах излучения. Например, в СССР на волне 2 мм еще в 1981 г. достигнута мощность в режиме непрерывной генерации 22 кВт и 1,2 кВт на волне 0,9 мм при коэффициенте полезного действия не ниже 30%. Позднее в США на волне 5 мм была достигнута мощность непрерывного излучения в 205 кВт [4.13].
Один из самых простых генераторов миллиметровых волн, получивший название орбитрон, представляет собой, как показано на рис. 11.9, алюминиевый цилиндр, помещенный в разреженное пространство.
Рис. 11.9. Устройство орбитрона
В центре цилиндра натянута проволока на которую подаются импульсы высоковольтного напряжения. При пониженном давлении воздух ионизируется и создаваемые электроны притягиваются к проволоке. Электроны, имеющие поперечную компоненту скорости, будут двигаться по орбите относительно проволоки. Таким образом обеспечивается электростатическое формирование потока электронов, не требующее внешних магнитных полей.
На орбитронах получены импульсы излучения на частотах до нескольких десятков гигагерц, а основное достоинство этих простых приборов состоит в том, что они не нуждаются во внешних магнитных полях. И хотя КПД орбитронов низок, они нашли применение в качестве задающих генераторов миллиметровых волн.
Для генераторов миллиметрового диапазона, применяемых в радиотехнике, требуется обеспечить высокую стабильность частоты. Наиболее совершенные методы основаны на соединении достоинств частотной автоподстройки частоты (ЧАПЧ), обладающей высокой скоростью и большей полосой захвата, а также фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), обладающей высокой точностью.
Такие схемы известны как для аналоговых, так и для цифровых фазовых детекторов. Пример алгоритма совместного применения ЧАПЧ и ФАПЧ, не позволяющего частоте генератора надолго покидать полосу захвата ФАПЧ, показан на рис. 11.10. На этой схеме приняты следующие обозначения: НО - направленный ответвитель, СМ - смесители, ОУ - операционный усилитель, ДМ - трехдецибельный синфазный мост деления мощности, КМ - трехдецибельный квадратурный мост деления мощности.
При срыве синхронизации генератора частотный дискриминатор воздействует на генератор и меняет его частоту таким образом, что она быстро возвращается в полосу захвата кольца ФАПЧ. Когда частота генератора находится в полосе захвата кольца ФАПЧ частотный дискриминатор и все кольцо ЧАПЧ не действуют.
Спектр сигнала генератора частотой 37 ГГц, охваченного объединенной схемой ЧАПЧ и ФАПЧ, показан на рис. 11.11.
Рис. 11.10. Пример построения схемы автоподстройки частоты, объединяющей достоинства схем ЧАПЧ и ФАПЧ
Рис. 11.11. Спектр сигнала твердотельного генератора ММВ
с кольцами ЧАПЧ и ФАПЧ
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.