Усилительные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон, страница 16

ПРИМЕНЕНИЕ ЛОВ М-ТИПА

Достоинствами ЛОВ М-типа является наличие  электронной  перестройки в широком диапазоне,  линейность  зависимости  частоты  от анодного напряжения, слабая зависимость частоты и мощности от изменения сопротивления нагрузки, а также присущие приборам  М-типа высокий КПД, компактность, малая масса,  способность  работать  в тяжелых условиях эксплуатации. ЛОВ М-типа применяются в бортовой, корабельной и наземной аппаратуре, где  реализуется  преимущество по обеспечению быстрой электронной перестройки частоты в  широких пределах при достаточно высокой выходной мощности. Однако в  последние годы в связи с предпочтительным применением в этой аппаратуре мощных широкополосных  усилительных  приборов  (  усилителей М-типа, ЛБВ ) интерес конструкторов аппаратуры к  ЛОВМ  несколько снизился.

МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОН

Это генераторный прибор типа М в котором электроны взаимодействуют с СВЧ полем в замкнутой ЗС, образованной цепочкой резонаторов. Устройство магнетрона показано на рис. 42: 1 — горячий цилиндрический катод (подается  напряжение  -U₀); 2 —анодный блок (в виде ЗС) заземлен. В плоскости рисунка действует перпендикулярное магнитное поле.

Катод горячий, поэтому электронное облако существует вокруг всей поверхности катода. Когда нет СВЧ поля электроны двигаются по циклоиде  с переносной скоростью V_п=Е/В. Напряжение питания и магнитное поле таковы, что критических траекторий движения нет (все электроны возвращаются назад) U₀<U_0кр или В₀>В_0кр.

Когда за счет флуктуационных процессов возникает автогенерация, то электроны теряют свою потенциальную энергию и доходят до анодного блока, образуя анодный ток.

Рассмотрим установившийся режим работы (рис. 43).

Условие существования электромагнитного поля в замкнутой ЗС (условие резонанса) состоит в том, что по кольцу ЗС укладывается целое число периодов колебания (длин волн). Если считать, что на соседних ячейках существует сдвиг фазы j (ячеек N), то Nj =2pp, где р — порядок колебания 0,1,2...N/2.  Число резонаторов N всегда четное. В нашем случае  N = 8, р = 0,1,2,3,4. Чем выше значение р, тем легче возникает автоколебание.

Основным являются колебания p -вида с номером N/2. Для p -вида  поле на соседних ячейках меняется на 180⁰. Внутри прибора за счет U₀ существует постоянное ускоряющее электрическое поле напряженностью Е₀ (чем ближе к катоду тем выше напряженность поля). Переменная составляющая поля содержит линии идущие в разных направлениях. Полная картина поля содержит радиальную (радиус) и азимутальную (угол) составляющие. Электронный поток в установившемся режиме вращается вместе с полем. Формирование электронов в сгустки показано на рис. 44.

Электрон 1 попадает  в ослабленное постоянное электрическое поле (преимущественной становится магнитная сила) и возвращается к катоду. Электрон 2 попадает в зону, где электрическое поле усиливается за счет переменной составляющей,  и за счет этого  проникает дальше. Попав в “благоприятную” фазу, он уже не возвращается к катоду, а продолжает движение, постепенно приближаясь к аноду и вращаясь вместе с полем. При этом возникают условие для формирования электронов в сгустки.

Вращение электромагнитного СВЧ поля и движение электронного потока по циклоиде (неравномерного движения по азимуту) приводит к формированию электронных спиц,вращающихся вместе с СВЧ полем (рис. 45). Для 8-ми резонаторного магнетрона движение электронов может быть представлено в виде  четырех спиц, вращающихся с переносной cкоростью и теряющих свою потенциальную энергию. Они доходят до анодного блока, отдавая энергию  полю СВЧ.

Процесс фазовой синхронизации на разных колебаниях

Если нарисовать линии на которых выполняется условие фазового синхронизма, то они будут прямыми, так как отношение Е/В=const. Условия фазовой синхронизации на разных колебаниях показаны на рис. 46.