Усилительные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон, страница 10

Автогенерация в ЛОВО возникает за счёт флуктуации электронного потока, так как среди различных пространственных гармоник шумовых колебаний всегда найдётся такая гармоника, с которой возникает энергообмен. Эта гармоника возрастает и процесс устанавливается.

Возникновение самовозбуждения лампы можно представить  следующими физическими процессами. Флуктуации с  частотой,  на  которой электронный поток синхронизирован с  замедленной  волной  возбуждают в ЗС волны переменного напряжения. В  поле ЗС входит немодулированный электронный поток. Двигаясь вдоль системы, электроны группируются в сгустки и  передают слабому электромагнитному  полю энергию, которая электромагнитным полем переносится обратно к катодному концу ЗС. Наличие обратной связи  приводит  к  нарастанию колебаний. Поле продольной составляющей меняется по косинусоидальному закону: в месте расположения поглотителя оно равно нулю, а в месте расположения выхода - максимально. Переменная составляющая тока растет к коллектору (рис. 21), а напряжения - к катоду.

Баланс фаз для любого автогенератора предполагает, что в замкнутом контуре  ПОС суммарный набег фазы является кратным 2p. Для  ЛОВО ПОС распределённая, т.е. контур ПОС нельзя ограничить какой-то цепью, она осуществляется на всём протяжении ЗС. Поэтому условие баланса фаз в ЛОВО следует рассматривать, как условие наилучшего взаимодействия электронного потока и поля обратной пространственной гармоники, когда сгусток электронов не выходит из тормозящего поля на протяжении ЗС. Последнее  означает, что набег фазы между волной СВЧ и сгустком электронов не должен превышать p.

В общем случае рассматривают возможность выхода сгустков в ускоряющее поле, когда основное время он все-таки находится в тормозящем поле. Тогда условие фазового синхронизма в общем случае будет иметь вид:     

Ф_р = ( 2р+1 ) p,  где р = 0,1,2,3,¼ - порядок колебания. Для колебания нулевого порядка сгусток не выходит из тормозящего поля.

Рис.22

Баланс мощностей предполагает, что  энергия получаемая волной от электронного потока  должна равняться суммарным потерям (в ЗС, в нагрузке, в поглотителе). Возбуждение колебаний зависит от тока катода I₀. Ток при котором возникает самовозбуждение называется пусковым I_пуск.При  I<I₀=I_пуск.  условие баланса амплитуд не выполняется и автогенерация не возникает. При возрастании тока пучка изменяются параметры ПОС  лампы.

Наименьший пусковой ток соответствует колебаниям основного порядка. Величина рабочего тока лампы обычно в 3 - 5 раз превышает пусковой ток. При повышении рабочего тока возрастает рабочая мощность  лампы. Намного повышать рабочий ток нельзя, так как появляется многочастотная генерация и выходная мощность на  частоте  основного порядка снижается (рис. 23).

ЛОВ можно использовать как усилитель, если сигнал на ЗС подается у коллекторного конца, и ток лампы не превышает  пускового тока, при котором начинается генерация.  Как и в ЛБВ, в пространстве взаимодействия ЛОВ  должно  выполняться условие  горячего синхронизма:

V_ф < V₀ =( 2eU₀/m )^1/2,                                           

где e и М соответственно заряд и масса электрона.

Основные параметры и характеристики ЛОВO

1. Пусковой и рабочий токи  колебаний основного порядка. Величина  зависит от фокусирующего и анодного напряжений.

2. Зависимость частоты колебаний  от  ускоряющего  напряжения. При изменении ускоряющего напряжения U_o изменяются средняя скорость электронов пучка и фазовая скорость, при которой выполняется условие синхронизма. Поскольку ЗС ЛОВ обладает аномальной дисперсией, то с увеличением Uo условие синхронизма выполняется для возрастающих фазовых скоростей и частота генерируемых колебаний ЛОВ увеличивается. Диапазон электронной перестройки частоты ЛОВ зачастую ограничен полосой пропускания вывода энергии. Перестройка частоты и связь условия фазового синхронизма с расширением спектральной линии показаны на рис. 24.