Усилительные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон, страница 8

Параметры  и характеристики ЛБВО: 

Коэффициент усиления 

K_p= 10lg ( P_вых / P_вх ) = 47.3 NC - L₀ - L_п ,  где

L₀ - затухание поля в ЗС (достигает 10 дБ);

L_п =  4 ¸ 10 дБ - потери электромагнитного поля в поглотителе (для лампы с большим усилением надо брать L_п = 10 дБ); 

C = ( R_c I₀/ (4 U₀))^1/3  Î ( 0.02 ¼ 0.2 ) ^-  параметр усиления; 

N=( l_зс-l_п )/ l - коэффициент, показывающий сколько длин волн укладывается вдоль ЗС без учета длины поглотителя (N £ 30);

l_зс -  длина замедляющей системы;

l_п -  участок длины, где расположен в ЛБВ поглотитель;

l - длина волны в конкретной ЗС;            

R_c - сопротивление связи ЗС, определяемое как сопротивление между переменной составляющей тока пучка и переменной составляющей электрического поля, формирующей поток (äля спиральной ЗС Rc = 105 K_зам exp(-6,28 D/L));                                    

I₀   - ток катода;  U_{0 -}   ускоряющее напряжение.

Величина коэффициента усиления маломощных ЛБВ составляет от 10 до 30 дБ. В  мощных ЛБВ K_p может достигать 60 дБ. График зависимости К_р от CN приведен на рис. 16.

Зная геометрические размеры спирали D и  L, нетрудно рассчитать   оптимальное  ускоряющее  напряжение ЛБВ. Далее, зная ток пучка I₀ и рабочую длину волны  l  можно  найти  максимальный коэффициент усиления ЛБВ в режиме малого сигнала.

Характеристика взаимодействия — это зависимость коэффициента усиления от ускоряющего напряжения (рис. 17). Можно найти оптимальное напряжение U_опт, которое наилучшим образом обеспечивает условие фазового синхронизма. Оно регулирует скорость электронов и для конкретной системы можно регулировать условия фазового синхронизма. В верхней точке соблюдается условие синхронизма (разница 5 -10 %), левее разница будет меньше 5 %, а правее — больше 10 %. В пределах максимума характеристика пологая, что дает возможность питать лампу напряжением, изменяющимся в пределах 1 %.

Амплитудная характеристика - это зависимость выходной мощности P_вых или коэффициента усиления от мощности входного сигнала P_вх (рис. 18). Начальный  участок соответствует линейному режиму работы, когда  приращение  выходной мощности  пропорционально  входной. Здесь  все  электроны сгустков попадают в область тормозящего поля волны.

При  дальнейшем увеличении входной мощности режим работы ЛБВ становится нелинейным, выходная мощность увеличивается медленнее, чем входная. Это связано с тем, что в процессе торможения часть электронов смещается в область нулевого и далее ускоряющего поля полуволн, электроны  отбирают мощность  поля и тем самым уменьшают выходную мощность ЛБВ.

Режим работы при максимальной выходной мощности называют режимом насыщения. Дальнейшее уменьшение выходной мощности при росте входной связано с ухудшением  условий взаимодействия пучка с полем электромагнитной волны. Увеличение выходной  мощности  при  большом  уровне  входного  сигнала объясняется прямым его прохождением на выход ЛБВ. На линейном участке 2 коэффициент передачи представляет собой некоторое фиксированное затухание (L₀+L_П) на уровне -20 дБ (лампа не усилитель, а аттенюатор).Коэффициент полезного действия ЛБВ определяется той долей  кинетической энергии, которую может передать электронный поток  высокочастотному полю. В линейном режиме теоретический КПД  примерно равен параметру усиления С и  не  превышает  10...15%.  Максимальный  КПД,  соответствующий  насыщению   выходной мощности  КПД_макс= 2С, достигает 40%.

Для получения более высоких значений КПД в мощных ЛБВО  используют переменный коэффициент замедления, что достигается непрерывным уменьшением шага спирали. При этом поддерживается  оптимальное соотношение между скоростью волны и фазовой скоростью  по всей длине замедляющей системы. Возможно также поддержание  синхронизма дополнительным ускорением электронов за счет скачка  потенциала между секциями ЛБВ. В специально разработанных лампах КПД может быть доведен до 55%, однако конструктивно они значительно сложнее.