Физика \ Физические основы микроволновой электроники

Усилительные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон, страница 3

Рис. 6

2.       Электронный КПД hэповторяет зависимость Pвых:h=Pвых./ P0.                                                                                    

Максимальное значение hэ1max= 58%, т.е. в двухрезонаторном клистроне 0.58P0 может преобразовываться в мощность СВЧ. Реально, за счет оседания электронов на электродах и за счет разгруппирования электронного потока КПД ниже. Для современных клистронов КПД достигнут в импульсном режиме 35% ¸ 40%, а в непрерывном - 30% ¸ 35%.

3. Амплитудная характеристика, коэффициентусиления

Коэффициент усиления    по мощности     Кр = Рвых./Pвх.

В децибелах (в логарифмическом масштабе)      Кр,дБ = 10 lg Рвых./Pвх.                                       

Коэффициент усиления двухрезонаторного пролетного клистрона равен 10¸15дБ. Амплитудная характеристика ПК приведена на рис. 7.

Область насыщения - область максимального Рвых и максимального КПД. При изменении Рвх не меняется Рвых. Этот режим используют для стабилизации уровня сигнала.

Рис.7

4. Полоса рабочих частот определяется резонаторами. Она не превышает 1%. Это означает, что клистроны усиливают сигналы с нешироким спектром. Если сигнал имеет амплитудную модуляцию, то приходится работать в области малого КПД. Перестройка рабочей частоты реализуется за счет механической перестройки резонаторов, которая достигает 20%.

5. Конструктивные особенности.Для клистронов иногда приходится в пространстве дрейфа строить систему фокусировки. Это касается мощных приборов, в которых электронный поток имеет большую плотность, т.е. электростатические силы расталкивания велики. Используют системы фокусировки: электростатическую, магнитостатическую, фокусировку с помощью постоянных магнитов.

МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН

Недостатками обычного клистрона являются:

1) низкий КПД ;

2) невысокий коэффициент усиления.

Для их устранения используют многорезонаторные усилительные клистроны. Обычно применяют от 3 до 6 резонаторов.

Принцип работы

Устройство многорезонаторного усилительного клистрона показано на рис. 8. В первом резонаторе осуществляется модуляция электронного потока по скорости. Второй и все другие промежуточные резонаторы ненагружены и в них возникает  напряжение СВЧ большой амплитуды. Это напряжение СВЧ осуществляет дополнительную модуляцию электронного потока.

Промежуточные резонаторы настраивают либо на частоту близкую к частоте выходного сигнала, либо на гармонику (чаще на вторую). Последний резонатор является улавливателем и располагается в точке оптимального группирования электронов. Трехрезонаторный клистрон эквивалентен каскадному включению двух двухрезонаторных клистронов, но за счет двойной модуляции удается сгруппировать сгустки более плотно.

При этом : h = 58 % ,   I1max =1,16 I0 -  для двухрезонаторного клистрона;

h = 74 %,    I1max = 1.48 I 0  -  для трехрезонаторного клистрона.   

Максимальный коэффициент усиления N-резонаторного клистрона

Kpnmax=15+ 20 ( N - 2 ) дБ .

Рис. 8

На одном приборе не полу-чают Кр больше 60дБ, т.к. воз-можна автогенера-ция, которую трудно избежать. При расстройке промежуточных резонаторов удается расширить полосу пропуска-ния.

Когда используются резонаторы, настроенные на высшие гармоники, дополнительного усиления на 20 дБ мы не получим. Когда хотят получить выше КПД, то на каждом резонаторе получается меньшее усиление. При синхронной настройке резонаторов коэффициент усиления максимальный. Амплитудные характеристики двух- и многорезонаторного ПК при синхронной и оптимальной по  КПД настройке резонаторов приведены на рис. 9.

Рис. 9    

Особенности устройства и возможности пролетных клистронов

По роду работы клистроны подраз-деляются на импульсные и непрерывные.

По уровню мощности клистроны подразделяются на: маломощные; средней мощности;  мощные;  сверхмощные.

Скачать файл