Кристалл CdS 20 страница

Поскольку отражательные клистроны бывают только маломощными, то ускоряющее напряжение, подаваемое от источника питания, равно обычно 250 — 450 В и лишь в некоторых клистронах его увеличивают до 2500 В. Ток элек­тронного пучка может достигать десят­ков миллиампер.

Сильное влияние питающих напря­жений, особенно напряжения отражате­ля, на частоту заставляет во многих случаях применять стабилизированное питание клистрона.

25.4. МАГНЕТРОН

Магнетроны представляют собой важнейшие электронные приборы для генерации колебаний СВЧ большой мощности. Они применяются в передат­чиках радиолокационных станций, в ус­корителях заряженных частиц, для вы­сокочастотного нагрева и в других слу­чаях. В результате совместного дей­ствия электрического и магнитного по­лей на потоки электронов в магнетро­нах возникает генерация колебаний вы­сокой частоты. В настоящее время ши­рокое распространение получили много-резонаторные магнетроны, идея созда­ния которых была выдвинута М. А. Бонч-Бруевичем, а первые образцы построены и испытаны Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым.

Устройство магнетрона показано на рис. 25.6. Он представляет собой диод с анодом особой конструкции. Катод в большинстве случаев применяется ок­сидный подогревный с большой пло­

Рис. 25.6. Устройство магнетрона

Рис. 25.7. Резонаторы магнетрона в виде чет­вертьволновых короткозамкнутых линий

Рис. 25.8. Магнитная связь между соседними резонаторами

щадью поверхности. На торцах катода расположены диски, препятствующие движению электронов вдоль оси. Анод сделан в виде массивного медного бло­ка. Вакуумное пространство между ка­тодом и анодом называется простран­ством взаимодействия. В толще анода размещается четное число, например восемь, резонаторов, представляющих собой цилиндрические отверстия, соеди­ненные щелью с пространством взаимо­действия. Щель выполняет функцию кон­денсатора. На ее поверхностях образу­ются переменные электрические заряды, а в самой щели возникает электрическое поле. Индуктивностью резонатора слу­жит цилиндрическая поверхность от­верстия, которая эквивалентна одному витку. Большая площадь поверхности витка приводит к уменьшению активно­го сопротивления и индуктивности. Та­кой резонатор представляет собой нечто среднее между колебательной системой с сосредоточенными параметрами и чет­вертьволновой резонансной линией. В некоторых типах магнетронов резонато­ры делают в виде щели глубиной в четверть волны (рис. 25.7).

Все резонаторы магнетрона сильно связаны друг с другом, вследствие того что переменный магнитный поток од­ного резонатора замыкается через сосед­ние резонаторы (рис. 25.8). Кроме того, резонаторы соединяют друг с другом посредством проводов, называемых связ­ками (см. рис. 25.6).

Наружная часть анода обычно дела­ется в виде ребристого радиатора для лучшего охлаждения. Иногда его обду­вают воздухом. С боковых сторон к аноду припаяны медные диски, образу­ющие вместе с анодом баллон, необ­ходимый для сохранения вакуума. Вы­воды от подогревателя проходят в стеклянных трубках, спаянных с анодом. Катод обычно подключен к одному из выводов подогревателя.

Для отбора энергии колебаний вво­дится в один из резонаторов виток связи, соединенный с коаксиальной ли­нией. Ее вывод также проходит через стеклянную трубку. Благодаря сильной связи между резонаторами энергия от­бирается от всех резонаторов. Вместо коаксиальной линии для вывода энергии на очень коротких волнах используется волновод, соединенный с резонатором через щель. Иногда также применяют коаксиально-волноводный вывод.

Анод магнетрона имеет высокий по­ложительный потенциал относительно катода. Так как анод служит корпусом магнетрона, то его обычно заземляют,

Анод

Рис. 25.10. Влияние магнитного поля на дви­жение электронов в магнетроне

а катод находится под высоким отри­цательным потенциалом. Между анодом и катодом создается ускоряющее поле, силовые линии которого расположены радиально, как в диоде с цилиндриче­скими электродами. Вдоль оси магне­трона действует сильное постоянное магнитное поле, созданное магнитом, между полюсами которого располага­ется магнетрон. Один из вариантов магнитной системы показан на рис. 25.9. В так называемых пакетированных маг­нетронах постоянные магниты входят в конструкцию самого магнетрона.

Рассмотрим сначала движение элек­тронов в магнетроне, предполагая, что колебаний в резонаторах нет. Для упро­щения изобразим анод без щелей (рис. 25.10). Под влиянием ускоряющего электрического поля электроны стремят­ся лететь по силовым линиям, т. е. по радиусам, к аноду. Но как только они набирают некоторую скорость, постоян­ное магнитное поле, действующее пер­пендикулярно электрическому полю, на­чинает искривлять их траектории. Так как скорость электронов постепенно нарастает, то радиус этого искривления постепенно увеличивается. Поэтому тра­ектория электронов будет сложной кри­вой. На рисунке показаны траектории электрона, вылетевшего из катода с ничтожно малой начальной скоростью, для разных значений магнитной индук­ции В. Анодное напряжение при этом одно и то же.

Рис. 25.9. Магнетрон с внешней магнитной системой

Если В = 0, то электрон летит по радиусу 1. При магнитной индукции, меньшей некоторого критического значе­ния В_кр, электрон попадает на анод по криволинейной траектории 2. Критиче­ская магнитная индукция В_кр соответ­ствует более искривленной траектории 3. В этом случае электрон пролетает у поверхности анода, почти касаясь ее, и возвращается на катод. Наконец, если В > В_Кр, то электрон еще круче повора­чивает обратно где-то в промежутке между анодом и катодом (кривая 4) и возвращается на катод.

Рис. 25.11. Вращающееся электронное «об­лачко» в магнетроне при отсутствии коле­баний

Магнетроны работают при магнит­ной индукции, несколько большей кри­тической. Поэтому электроны при от­сутствии колебаний пролетают близко к поверхности анода, но на различных расстояниях от нее, так как при вылете из катода они имеют различную на­чальную скорость. Поскольку движется очень большое число электронов, то можно сказать, что вокруг катода вра­щается электронный объемный заряд в виде кольца — электронное «облачко» (рис. 25.11). Конечно, электроны не на-

/ — вывод СВЧ; 2 —радиатор; 3 — магнит; 4 — вывод подогревателя

ходятся в нем постоянно. Ранее выле­тевшие электроны возвращаются на ка­тод, а на их место из катода вылетают новые электроны. Скорость вращения электронного «облачка» зависит от анод­ного напряжения, с увеличением которо­го электроны пролетают около анода с большей скоростью. Чтобы электроны не попадали на анод, необходимо уве­личивать при этом и магнитную ин­дукцию.

Вращающийся электронный объем­ный заряд, образованный совместным действием постоянных электрического и магнитного полей, взаимодействует с переменными электрическими полями резонаторов и поддерживает в них ко­лебания. Процесс взаимодействия весьма сложен, поэтому он будет рассмотрен лишь приближенно.

Прежде всего выясним вопрос о воз­никновении колебаний в резонаторах. Так как все резонаторы сильно связа­ны друг с другом, то они представля­ют собой сложную колебательную си­стему, имеющую несколько собственных частот. Когда электронный поток впер­вые начинает вращаться около щелей резонаторов (например, при включении анодного напряжения), то в резонаторах появляются импульсы наведенного тока и возникают затухающие колебания. Они могут иметь разную частоту и фазу. Например, если система симмет­рична, то в резонаторах должны воз­никнуть колебания, совпадающие по фазе. Однако полной симметрии быть не может. Поэтому возникают и другие колебания с фазовым сдвигом между собой.

Основной тип колебаний, дающий наибольшую полезную мощность и наи­более высокий КПД, — колебания в со­седних резонаторах с фазовым сдвигом 180° (колебания я-вида). На рис. 25.12 изображены силовые линии переменных электрических полей для таких колеба­ний и знаки переменных потенциалов на сегментах анода, а также направле­ния токов, протекающих по поверх­ности резонаторов. Так как роль посто­янного электрического поля, ускоряю­щего электроны и дающего им кине­тическую энергию, известна, то для упрощения это поле не показано.

Для противофазных колебаний очень сильна индуктивная связь между резо­наторами, за счет того что магнитный поток из одного резонатора переходит в соседние резонаторы (см. рис. 25.8). Магнетроны, как правило, работают с этим типом колебаний, и приняты меры для того, чтобы такие колебания воз­буждались как можно легче. С этой целью применяют связки, т. е. соединя­ют проводами через один сегменты анода, имеющие переменные потенциалы одного знака. Возникающие колебания других типов обь!чно быстро зату­хают.

Рис. 25.12. Путь «вредного» (А) и «полезного» (Б) электрона в магнетроне при колебаниях в резонаторах

Взаимодействие электронов с пере­менным электрическим полем таково, что при правильном режиме электронный поток отдает полю больше энергии, чем отбирает от него. Это именно и нужно для превращения возникших в резона­торах колебаний в незатухающие. Пере­даче энергии от электронного потока в резонаторы способствуют следующие явления.

Прежде всего переменное электри­ческое поле как бы сортирует электро­ны на «полезные» и «вредные», причем «вредные» электроны быстро удаляются из пространства взаимодействия, возвра­щаясь на катод. Рассмотрим этот про­цесс.

Для электронов, движущихся по ча­совой стрелке (рис. 25.12), электрические поля резонаторов 1, 3,...— ускоряющие, а поля резонаторов 2, 4,... — тормозя­щие. Через полпериода эти поля поме­няются местами. На рисунке показаны траектории двух электронов. Электрон А попадает в ускоряющее поле и отби­рает энергию от резонатора, т. е. пред­ставляет собой «вредный» электрон, но он пролетает далеко от щели резона­тора и возвращается на катод. При наличии одного постоянного поля этот электрон летел бы по траектории, пока­занной штрихами. Но поле резонатора 1 усиливает искривление пути электрона и увеличивает его энергию: он преодо­левает действие постоянного поля и возвращается на катод. «Вредные» элек­троны бомбардируют катод и увеличи­вают его нагрев. С этим явлением в магнетронах приходится считаться. Для того чтобы не было перекала ка­тода, во время работы магнетрона обычно уменьшают напряжение накала. Кроме того, поверхность катода необхо­димо делать более прочной, чтобы предотвратить ее разрушение ударами электронов.

Более сложным оказывается путь «полезного» электрона Б, попавшего в тормозящее переменное поле резонатора 2. Такой электрон отдает часть своей энергии резонатору и уже не имеет энергии, достаточной для того, чтобы вернуться на катод. Он теряет пол­ностью свою энергию в какой-то точке пространства взаимодействия, не доле­тев до катода, а затем снова ускоренно летит к аноду, и одновременно траек­тория его искривляется под действием магнитного поля.

Если в магнетроне правильно подо­брано анодное напряжение и магнитная индукция, то время пролета «полезного» электрона от 'одной щели до другой составляет полпериода. Такой электрон, приблизившись к щели резонатора 3, опять окажется в тормозящем перемен­ном поле, так как через полпериода у этого резонатора ускоряющее поле изменится на тормозящее. Следователь­но, электрон снова отдаст часть энер­гии резонатору и проделает еще мень­ший путь по направлению к катоду. В конце концов, израсходовав значитель­ную часть энергии, электрон попадает на анод. Рассмотренная траектория «полезного» электрона, конечно, только приближенная.

«Полезные» электроны отдают резо­наторам больше энергии,, чем отнимают ее от резонаторов «вредные» электроны. Действительно, «вредный» электрон от­нимает энергию только у одного резо­натора, причем этот электрон пролетает довольно далеко от щели, т. е. в сла­бом переменном поле. Он отнимает небольшую энергию. А «полезный» элек­трон отдает энергию двум резонаторам и пролетает ближе к их щелям, т. е. в более сильном переменном поле.

Передаче энергии от электронов к резонаторам способствует модуляция электронного потока, напоминающая модуляцию в двухрезонаторном клист­роне. Каждый предыдущий резонатор в магнетроне служит модулятором для вращающегося электронного облака, а каждый следующий резонатор — улови­телем. Однако процесс модуляции здесь сложнее, чем в клистроне. В двухрезо­наторном клистроне электронный поток, движущийся поступательно, подверга­ется скоростной модуляции и разбива­ется на отдельные сгустки (группиру­ется). Последний процесс совершается в пространстве дрейфа, где нет электри­ческого и магнитного поля.

В магнетроне вращающийся элек­тронный поток также подвергается дей­

ствию переменного электрического поля данного резонатора и за счет этого осуществляется модуляция скорости электронов. Но это поле не однородное, как в клистроне. Поэтому оно меняет не только скорость, но и траекторию дви­жения электронов. Процесс усложняется тем, что происходит в радиальном постоянном электрическом поле, кото­рое изменяет скорость электронов и совместно с постоянным магнитным полем влияет на их траекторию.

В результате скоростной модуляции и изменения траекторий электронов вращающееся электронное «облачко» из кольцевого превращается в зубчатое^ Оно напоминает колесо со спицами, но без обода (рис. 25.13). Число электрон­ных «спиц» равно половине числа резо­наторов. Конечно, резких переходов от этих «спиц» к промежуткам между ними нет. «Спица» представляет собой сгу­щение электронного потока в результате скоростной модуляции и из-за различных траекторий «полезных» и «вредных» электронов. А между сгущениями име­ются более разреженные области.

Рис. 25.13. Вращающееся электронное «облач­ко» в магнетроне при колебаниях в резона­торах

Электронное «облачко» при правиль­ном режиме магнетрона вращается с та­кой скоростью, что «спицы» проходят мимо щелей в тот момент, когда там существует тормозящее поле. Промежут­ки между «спицами», наоборот, проходят через ускоряющие поля. В итоге проис­ходит отдача электронным «облачком» энергии резонаторам и потеря энергии на разогрев катода и анода от элек­тронной бомбардировки. Вся эта энергия потребляется от анодного источника.

Существует следующая зависимость между числом резонаторов N, магнит­ной индукцией В и частотой генерируе­мых колебаний /:

NB = af, (25.2)

где а — коэффициент, зависящий от кон­струкции.

А магнитная индукция связана с анодным напряжением формулой

В = Ь]/й~_а, (25.3)

где Ъ — постоянная величина.

Из формул видно, что для более высоких частот нужно иметь больше резонаторов или увеличивать магнитную индукцию и анодное напряжение.

Обычно магнитная индукция состав­ляет от 0,1 до 0,5 Тл. Для импульс­ной работы в дециметровом диапазоне магнетроны строят на мощность в де­сятки тысяч киловатт, а в сантиметро­вом — в тысячи киловатт. В самых мощ­ных магнетронах анодное напряжение в импульсе достигает десятков кило­вольт, а анодный ток — сотен ампер. Магнетроны для непрерывного режима имеют мощность в десятки киловатт на дециметровых волнах и в единицы киловатт — на сантиметровых. В мощ­ных магнетронах применяется принуди­тельное, воздушное или водяное охлаж­дение; КПД мощных магнетронов мо­жет быть 70% и даже выше при работе в дециметровом диапазоне, в сантимет­ровом диапазоне 30 — 60%.

Помимо магнетронов на фиксиро­ванную частоту делают настраиваемые магнетроны, в которых изменяется соб­ственная частота резонаторов. С этой целью для получения более коротких волн вводят в резонаторы медные ци­линдры, которые уменьшают индуктив­ность, а для получения более длинных волн — металлические пластинки, уве­личивающие емкость. Такие методы дают изменение частоты не более чем на 10—15%. Выполнение подобных устройств представляет известные труд­ности, так как находятся эти устрой­ства в вакууме, а управляться должны извне.

Электронная перестройка частоты магнетрона основана на том, что эта

частота зависит от анодного тока. Из­менение анодного тока на 1 А может дать изменение частоты до нескольких десятков мегагерц. Но в обычных маг­нетронах такая электронная настройка не получила широкого применения.

Однако существует особый тип магнетронов — магнетроны, настраива­емые напряжением (митроны), в кото­рых, изменяя анодное напряжение и соответственно анодный ток, можно получить даже двукратное изменение частоты. Конструкция их несколько от­личается от конструкции обычных маг­нетронов. Особенность этих магнетро­нов в том, что анодный ток у них ограничен за счет ослабления эмиссии катода (недокала катода) и имеется внешний резонатор с низкой доброт­ностью, т. е. с широкой полосой частот. В непрерывном режиме работы при из­менении частоты в два раза эти магне­троны дают выходную мощность в еди­ницы ватт. А при меньших изменениях частоты (5 — 20%) они могут давать мощность в десятки ватт.

Рис. 25.14. Принцип устройства коаксиаль­ного магнетрона

Обычные магнетроны не обладают достаточно высокой стабильностью ча­стоты и фазы. Значительно более ста­бильные колебания л-вида могут быть получены в так называемых коаксиаль­ных магнетронах (рис. 25.14). В таких магнетронах снаружи анодного блока расположен объемный резонатор высо­кой добротности. Этот внешний резона­тор имеет собственную частоту, равную частоте колебаний л-вида магнетрона, и связан с резонаторами анода посред­ством щелей, которые сделаны не в каждом резонаторе, а через один. В этом случае во всех резонаторах, связанных с внешним, получаются колебания с одинаковой фазой, а в соседних резона­торах колебания будут противофазными.

Для наиболее коротких сантиметро­вых волн удобен обращенный коакси­альный магнетрон,, у которого катод и анод переставлены местами. Катод выполнен в виде наружного цилиндра, и с его внутренней поверхности эми­тируются электроны. Анод с резонато­рами расположен внутри катода. А внутри анода находится высокодоброт­ный объемный резонатор, служащий для стабилизации колебаний и связанный щелями с резонаторами анодного блока.

К новым типам магнетронных при­боров относится ниготрон, который предложил академик П. Л. Капица. Ниготрон представляет собой цилиндри­ческий объемный резонатор, вдоль оси которого действует постоянное магнит­ное поле. Внутри этого резонатора рас­положены коаксиально катод и анод, причем каждый из них сделан в виде системы сегментов. Высокая доброт­ность основного резонатора обеспечива­ет необходимую стабильность частоты колебаний. На дециметровых волнах при непрерывном режиме работы ниготрон может давать выходную мощность 100 кВт и даже более при КПД до 50%.

25.5. ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ И ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ

Недостатки, свойственные усилитель­ному клистрону (см. § 25.2), в значи­тельной степени устраняются в лампе бегущей волны (ЛБВ) и лампе обратной волны (ЛОВ).

Усиление и КПД в ЛБВ могут быть значительно выше, чем в клистроне. Это объясняется тем, что электронный поток в ЛБВ взаимодействует с пере­менным электрическим полем на боль­шом участке пути и отдает значитель­ную часть энергии на усиление колеба­ний. Электронный поток в ЛБВ гораздо слабее чем в клистроне, и поэтому уро­

вень шумов сравнительно невелик. По­лоса пропускаемых частот может быть широкой, так как в самой ЛБВ нет колебательных систем. Коэффициент пе­рекрытия по частоте составляет 2 — 4. Ширина полосы ограничивается не лам­пой, а дополнительными устройствами, служащими для связи лампы с внешни­ми цепями. Лампы для частот в тыся­чи мегагерц имеют полосу в сотни мегагерц, что вполне достаточно для радиолокации и всех видов современной радиосвязи.

Устройство ЛБВ О-типа показано схематически на рис. 25.15. В левой части удлиненного баллона помещен электронный прожектор с подогревным катодом К, фокусирующим электродом ФЭ и анодом А. Электронный луч, созданный прожектором, проходит далее внутри замедляющей системы (напри­мер, в виде проволочной спирали), вы­полняющей роль внутреннего провода коаксиальной линии. Наружным прово­дом служит металлическая трубка Т. Спираль укреплена на специальных изо­ляторах (для упрощения они не по­казаны). Фокусирующая катушка ФК, питаемая постоянным током, служит для сжатия электронного луча по всей его длине, чтобы предотвратить увели­чение поперечных размеров луча из-за взаимного отталкивания электронов. Вместо катушки для фокусировки мо­гут быть применены также постоянные магниты. Так как магнитные фокуси­рующие системы громоздки, то в послед­нее время разработаны электростати­ческие способы фокусировки электрон­ного луча в ЛБВ, т. е. фокусировка электрическим полем.

Усиливаемые колебания подводят к ЛБВ с помощью входного волновода Bi, в котором помещен приемный шты­рек Ш_ь представляющий собой начало спирали. На конце спирали имеется штырек Ш₂, возбуждающий колебания в выходном волноводе В_г. Плунжеры U_x и П₂ служат для согласования волноводов со спиралью, т. е. для того, чтобы вдоль спирали распространялась бегущая волна. Электронный луч, пройдя сквозь спираль, попадает на коллектор К'. Спираль электрически соединена с коллектором. В ЛБВ для частот до 4000 МГц связь спирали с внешними цепями осуществляют посредством ко­аксиальных линий, так как волноводы для этих частот слишком громоздки.

Спираль конструируется обычно так, что фазовая скорость волны вдоль оси спирали у_ф * 0,1с = 0,1 • 300 000 = = 30 000 км/с. Обычно в спирали де­сятки или сотни витков. Для сантимет­ровых волн длина спирали может быть 10—30 см, а ее диаметр несколько миллиметров.

На рис. 25.16 показана картина элект­рического поля внутри спирали для слу­чая, когда длина волны соответствует шести виткам. Сама спираль изображена в разрезе. Знаками «плюс» и «минус» показано распределение потенциалов на проводе спирали, причем жирные знаки соответствуют более высокому потенци­алу. Изображено поле в какой-то опре­деленный момент времени. Так как вол­на бежит по спирали, то поле враща-

Рис. 25.15. Принцип устройства ЛБВ О-типа

Рис. 25.16. Электрическое поле бегущей волны внутри спирали

ется вокруг ее оси и перемещается вдоль этой оси со скоростью Уф. Су­ществует, конечно, еще электрическое поле между спиралью и внешней ме­таллической трубкой, не показанное на рисунке, но оно не взаимодействует с электронным лучом. Вокруг витков спи­рали есть также переменное магнитное поле, но между ним и электронами также нет энергетического взаимодей­ствия.

Скорость электронов, попадающих в спираль, должна быть немного боль­ше Уф, т. е. она тоже примерно 0,1с. Это достигается тем, что напряжение анода устанавливается несколько большим 2500 В. В результате взаимодействия электронного луча с электрическим по­лем бегущей волны происходит моду­ляция электронов по скорости и груп­пирование их в сгустки. Иначе говоря, плотность луча становится неравномер­ной и в нем появляются участки боль­шей плотности, отделенные друг от друга разреженными участками.

Рассматривая рис. 25.16, нетрудно заметить, что участок АБ спирали (на протяжении одной полуволны) создает для электронов тормозящее поле, а участок БВ (на протяжении другой по­луволны) — ускоряющее поле. Вдоль спи­рали чередуются участки ускоряющего и тормозящего поля. Если в начале спирали в данный момент времени ока­зывается участок тормозящего поля, то электроны в нем тормозятся и далее продолжают двигаться в пределах того же участка к концу спирали, группи­руясь в более плотные сгустки. Посте­пенно уменьшая скорость, они все время отдают энергию полю, усиливая бегу­щую волну. Если же электроны в на­чале спирали влетают в участок уско­ряющего поля, то они увеличивают свою скорость и, обгоняя поле, посте­пенно переходят в следующий участок, где поле тормозящее. Хотя' эти элек­троны, попав сначала в ускоряющее поле, отнимут от бегущей волны неко­торую энергию, далее они возвращают ее волне, так как переходят на участок тормозящего поля.

Таким образом, на участках тормозя­щего поля образуются электронные сгустки, отдающие все время энергию волне. Поэтому на протяжении всей спирали электроны отдают бегущей вол­не значительную энергию. Амплитуды тока и напряжения бегущей волны по мере ее перемещения к концу спирали увеличиваются. При этом усиливается ускоряющее и тормозящее поле волны, а значит, и эффект группирования элек­тронов. Но тогда увеличивается и отда­ча энергии электронами. В результате такого постепенно усиливающегося про­цесса на выходе получаются значитель­но усиленные колебания. Энергию, от­даваемую бегущей волне, сами электро­ны получают от источника анодного питания.

При большом усилении и неполном согласовании спирали с волноводами появляется волна, отраженная от выход­ного конца спирали. Дойдя до входно­го конца, такая волна снова отражается, усиливается, затем опять отражается от выходного конца и т. д. В результате возникает самовозбуждение, т. е. ЛБВ начинает генерировать собственные ко­лебания, что недопустимо при усилении. Для устранения этого явления часть спирали в начале или середине делают из провода высокого сопротивления,

чтобы поглотить энергию отраженной волны. Часто для поглощения поверх­ность баллона или изоляторы, поддер­живающие спираль, покрывают слоем графита.

В ЛБВ для наиболее коротких сан­тиметровых волн спираль заменяют за­медляющими волноводными системами различного типа, так как трудно изго­товить спираль очень малых размеров. Подобные замедляющие системы при­меняются также в мощных ЛБВ, так как спираль не может выдержать рассеяния в ней большой мощности. ЛБВ со спи­ральной замедляющей системой делают на выходные мощности до 1 кВт и частоты до 10 ГГц.

В настоящее время разработано много различных ЛБВ, применяемых в качестве входных, промежуточных и выходных широкополосных усилителей. Наличие гармоник в токе пучка позво­ляет использовать ЛБВ в умножителях частоты.

По выходной мощности ЛБВ разли­чаются следующим образом. Малошу-мящие ЛБВ, в которых ток пучка со­ставляет 100 — 200 мкА, имеют выходную мощность в тысячные или сотые доли ватта. В специальных приемных устрой­ствах добиваются особенно малого уровня шумов, охлаждая ЛБВ до весьма низкой температуры. ЛБВ малой мощ­ности (до 2 Вт) имеют ток пучка в единицы или десятки миллиампер. Ко­эффициент усиления у них достигает сотен тысяч. При средней (до 100 Вт) и большой (до 100 кВт) мощности уси­ление получается меньше тысячи, а ток пучка — от сотен миллиампер до единиц ампер. У сверхмощных ЛБВ полезная мощность составляет сотни киловатт. Напряжение питания — от сотен вольт для маломощных ЛБВ до десятков киловольт и выше — для мощных. КПД у мощных ЛБВ может быть до 40%. Многие ЛБВ используются в импульс­ном режиме и могут дать мощность в импульсе 10 МВт и более.

Для повышения КПД в ЛБВ при­меняют торможение электронов после замедляющей системы. Это достигается тем, что на коллектор подают меньшее постоянное напряжение, чем на замед­ляющую систему. Тогда уменьшается мощность, потребляемая от источника питания. Также для повышения КПД применяют группирование по принципу клистронного. Такие ЛБВ называются твистронами. В них клистронная систе­ма создает электронные сгустки, кото­рые далее попадают в систему, анало­гичную ЛБВ. Именно в этой последней получается усиленная выходная мощ­ность. У твистронов КПД доходит до 50%, а ширина относительной полосы частот может быть до 15%. Выходная мощность в импульсном режиме у неко­торых твистронов составляет десятки мегаватт.

Принцип работы ЛБВ послужил ос­новой для создания ламп обратной волны (ЛОВ), которые называли также карсинотронами. Эти лампы в отличие от ЛБВ используются главным образом для генерации колебаний, но могут ра­ботать и в усилительном режиме. В ЛОВ применяются такие же системы фокусировки и замедляющие системы, как в ЛБВ, но волна и электронный поток движутся навстречу друг другу. На рис. 25.17, а показана схематически (без фокусирующей системы) усилитель­ная ЛОВ О-типа. Она имеет вход око­ло коллектора и выход около катода. Несмотря на то что в подобной ЛОВ

-о U о-

-о U о-

Дата добавления: 2015-05-06