Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [70] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

в области сеток, равна нулю. Электроны, возвращающиеся из области отражателя во время положительного полупериода напряжения между сетками резонатора, тормозятся полем резонатора и отдают ему свою энергию. Электроны, возвращающиеся во время отрицательного полу-

Отражатель


Рис. 6-36. Группирование электронов в отражательном клистроне.

периода, ускоряются полем резонатора и получают от него энергию. Если большая часть электронов потока группируется и возвращается в промежуток между сетками в течение положительного полупериода, то электронный поток будет в общем отдавать полю резонатора большую энергию, чем получать от него. Эта передача энергии от электронного потока резонатору усиливает начальные колебания в нем и тем самым поддерживает автоколебания. Условия самовозбуждения выполняются подбором такого напряжения на отражателе, при котором большинство сгруппированных электронов возвращается в течение положительного полупериода напряжения между сетками резонатора.

Если уменьшить отрицательное напряжение на отражателе, то сгустки будут формироваться медленнее. Для возвращения к сеткам резонатора электроны будут затрачивать большее» время. Они могут возвращаться не к первому положительному полупериоду, как показано на рис. 6-36 сплошными линиями, а к последующим положительным полупериодам напряжения между сетками. Сгустки, возвращающиеся в эти более поздние положительные полупериоды, также будут поддерживать автоколебания на той же частоте, что и прежде. Такие условия определяют возможные области напряжений самовозбуждения клистрона. Первая область, соответствующая самому короткому времени группирования, известна как 3/4 Х-я область.

Следующая область есть 1/4Х-я и т. д. Три области работы для типового отражательного клистрона показаны на рис. 6-37.

Частота автоколебаний в некоторых пределах может изменяться напряжением на отражателе, меняющим время группирования. Однако при этом электроны возвращаются либо раньше, либо позднее оптимального времени и сгустки формируются менее плотными и отдают резонатору меньшую энергию. Это ведет к уменьшению выходной мощности, как показано на рис. 6-37. При этом напряжение «с между


0 Увеличение отрицательного напряжения 43 отражателя

Рис. 6-37. Зависимости выходной мощности и частоты в отражательном клистроне от напряжения на отражателе.

сетками резонатора уменьшается, а это в свою очередь увеличит время группирования. К моменту возвращения в промежуток между сетками сгустки будут сформированы хуже. Если увеличивать отрицательное напряжение на отражателе относительно его оптимального значения для данной области возбуждения, то сгустки к моменту возвращения их в промежуток между сетками также будут сформированы хуже по сравнению с тем, когда отрицательное напряжение на отражателе на ту же величину меньше оптимального значения. Это связано с тем, что электроны при большем отрицательном напряжении на отражателе возвращаются быстрее и меньшее время находятся вблизи от отражателя. Если отрицательное напряжение на отражателе уменьшается, электроны большее время находятся в пространстве группирования, частично компенсируя влияние уменьшения «с. Таким образом, выходная мощность спадает быстрее, когда возрастает частота, нежели когда она уменьшается относительно оптимального значения. Пределы изменения частоты устанавливают по уменьшению выходной мощности, обычно не более чем на 3 дб. Эффективность изменения частоты с помощью напряжения на отражателе составляет ~ 0,1-2 Мгц/в.

В областях с меньшими отрицательными напряжениями на отражателе выходная мощность меньше. Это связано с тем, что для оптимального группирования в областях с большим временем группирования требуется меньшая величина высокочастотного напряжения. Эта величина будет автоматически устанавливаться такой, при которой обеспечивается наилучший



режим группирования на частоте автоколебаний. Эффективность электронной перестройки, т. е. величина изменения частоты генератора в мегагерцах, соответствующая изменению напряжения на отражателе на один вольт, увеличивается в областях с меньшими напряжениями на отражателе. Это связано с тем, что изменение частоты приблизительно пропорционально изменению напряжения на отражателе. В более высоких областях возбуждения это напряжение меньше.

Частота автоколебаний может изменяться также с помощью постоянного напряжения на резонаторе. Однако изменение этого напряжения влияет на частоту меньше, чем изменение напряжения на отражателе. Это объясняется тем, что изменение постоянного напряжения на резонаторе сопровождается одновременным изменением напряжения на отражателе относительно сеток. Увеличение постоянного напряжения на резонаторе приводит к большему ускорению электронов от катода и, следовательно, удлинению времени группирования. Однако с увеличением этого напряжения отражатель становится более отрицательным относительно сеток резонатора, а это ведет к уменьшению времени группирования электронов.

Электронная настройка клистрона напряжением на отражателе происходит симметрично относительно собственной частоты резонатора. Последний в сравнительно широком частотном диапазоне может перестраиваться механически.

6-66. Магнетрон. Многорезонаторный магнетрон представляет собой автогенератор, в котором также используется конечное время пролета электронов. Магнетроны импульсного типа могут обеспечить выходные мощности в импульсе от 5 ООО кет на волнах ~ 10 см до 100 кет на волнах ~ 1 см при средней мощности в несколько сотен ватт. Нижние частоты магнетронных генераторов имеют порядок €00 Мгц, верхние - 35 000 Мгц.


Рис. 6-38. 12-резонагорный магнетрон. / - выход; 2- резонаторы; 3 - анод; 4 - катод.

Схематический вид конструкции многоре-зоиаторного магнетрона приведен на рис. 6-38. Он представляет собой цилиндрический диод с катодом в центре и анодом, состоящим из нескольких резонаторов. Статическое магнитное поле прикладывается параллельно оси цилиндра, а постоянное напряжение - между катодом

и анодом. Под действием сил радиального электростатического поля и продольного магнитного поля эмиттированные катодом электроны движутся по циклоидальным траекториям. Период движения электронов по циклоидальной траектории зависит от напряженно-стей магнитного и электрического полей (см. § 2-16). Направление движения электронов определяется взаимной ориентировкой электрического и магнитного полей. Электрическое поле складывается нз постоянного поля между катодом и анодом и высокочастотного поля, действующего на зазорах резонаторов. Если магнетрон работает с колебаниями типа %, то распределение высокочастотного поля на зазорах резонаторов и в прилегающей области в некоторый момент времени будет таким, как показано на рис. 6-39. Тип колебаний, возбу-


Рис. 6-39. Эквивалентная схема многорезонаторного магнетрона.

ждающихся в магнетроне, принято определять разностью фаз высокочастотных полей на зазорах смежных резонаторов. Тип колебаний поддерживается посредством связок, которыми соединяются анодные сегменты с одинаковыми потенциалами 1. Это показано на рис. 6-38 для магнетрона с возбуждением в я-области (фазовый сдвиг между зазорами смежных резонаторов составляет 180°). В зависимости от направления суммарного поля у катода в моменты вылета электроны движутся по Спирали либо к аноду, либо назад к катоду. Первый из этих случаев показан на рис. 6-40, а. В направлении к аноду электроны движутся со средней скоростью ve, которая имеет составляющую, противоположную направлению постоянного электрического поля, и составляющую в направлении высокочастотного электрического поля. Поэтому средняя кинетическая энергия электронов под действием напряжения £а увеличивается, а под действием напряжения £в- ч уменьшается. Это лежит в основе передачи энергии от постоянного поля высокочастотному полю резо-

1 Этот способ позволяет поддерживать только тс-колебаиия и используется только на относительно длинных волнах. (Прим, ред.)



наторов. В конце каждой петли циклоидальной траектории кинетическая энергия электрона равна нулю. В этот момент вся энергия, полученная им от постоянного поля, передана полю резонаторов. Электроны, эмиттированные в точке а, в момент, когда высокочастотное поле тормозит их, будут двигаться так, как показано на рис. 6-40, б, сплошной линией. Эти


Рис. 6-40. Траектории электронов в миогорезонаторном магнетроне.

а - движение электрона с нулевой начальной скоростью у поверхности катода под воздействием сил магнитного и электрического полей; б - движение электронов от катода магнетрона.

электроны будут участвовать в указанном выше процессе преобразования энергии постоянного поля в энергию высокочастотного поля. Когда электроны приходят в область с, они начинают двигаться обратно к катоду. При этом они поглощают энергию высокочастотного поля, так как на зазоре смежного резонатора оно имеет обратное направление. Поглощение происходит до тех пор, пока полярность поля не изменится на 180°. Это имеет место при каждом переходе напряжения на зазоре резонатора от одного полупериода к другому. При некоторой частоте полярность напряжения будет изменяться на противоположную к моменту прихода электронов в область с. В этом случае электроны будут продолжать движение к аноду и передавать свою энергию высокочастотному полю, поддерживая автоколебания. Такое положение достигается соответствующим подбором величин магнитного поля и постоянного электрического поля.

При ударе об анод кинетическая энергия электрона составляет только часть энергии, полученной им от постоянного поля, именно ту часть, которая не передана высокочастотному полю в последней петле его циклоидальной траектории. Когда циклоидальная траектория электрона состоит из нескольких петель, электрон при ударе об анод обладает наименьшей кинетической энергией. Эффективность преобразования энергии постоянного поля в энергию высокочастотного поля высокая. Электроны, эмиттированные в те моменты времени, когда высокочастотное поле ускоряет их и отдает им свою энергию, будут возвращаться на катод. Траектории таких электронов показаны на рис. 6-40, б в области Ь. Средние пути движения таких электронов будут много короче, чем пути электронов, движущихся к аноду. Следовательно, в среднем электроны будут передавать высокочастотному полю много больше энергии, чем поглощать от него. Коэффициент полезного действия импульсных магнетронов около 60°/0 на частоте 1 ООО Мгц и 30% на частоте 30 000 Мгц.

Электроны, возвращающиеся на катод, ударяются о него со скоростью, достаточной для того, чтобы вызвать эмиссию вторичных электронов. Она достаточна также для того, чтобы значительно повысить температуру поверхности катода. Это явление называется самопрогревом катода. Чтобы температура катода была нормальной, в этом случае необходимо уменьшить мощность подогрева катода магнетрона. В некоторых типах магнетронов подогрев может быть даже выключен спустя несколько минут после включения.


О 2.5 5,0 7,5 tCU) 125 15.0

Ток б импульсе, а

Рис. 6-41. Рабочие характеристики импульсного магнетрона.

длительность импульса равна 1 мксек;--магнитное поле; - - импульсная мощность; ---

- коэффициент полезного действия; -.- -кривая-поверхность равных частот при согласованной нагрузке.

Свойства магнетрона отображаются характеристиками двух видов: рабочими характеристиками и нагрузочными характеристиками приведенными соответственно на рис. 6-41 и рис. 6-42. Рабочие характеристи-к и выражают зависимость частоты, выходной мощности и к.п.д. генератора от напряженности магнитного поля и постоянной составляющей анодного тока при неизменной величине и фазе сопротивления нагрузки магнетрона. Нагрузочная характеристика связывает выходную мощность и рабочую частоту с коэффициентом стоячей волны нагрузки или с величиной и фазой сопротивления нагрузки, измеряемого на выходе магнетрона.

Скачкообразное изменение автоколебаний (перескок частоты магнетрона) при фиксированной нагрузке может иметь место вследствие изменения анодного напряжения. Условия для перескока частоты могут быть выяснены по рабочим характеристикам магнетрона.

1 В иностранной литературе нагрузочные характеристики называют диаграммами Рикке. (Прим. перев.>



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [70] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0017