Лампы обратной волны О-типа

Особенности ЛОВО, их устройства и применение. Для рассмотрения особенностей превращения усилителя на ЛБВ в генератор к лампе без локального поглотителя в замедляющей системе подключим внешнюю линию обратной связи с выхода на вход ЛБВ (рис. 16).

Рис. 16. Схема ЛБВ с внешней обратной связью

Для работы в одной зоне генерации необходимо обеспечить условие = const. Т.к. длина волны во внешней линии пропорциональна длине волны генерации λ, то для соблюдения этого условия длина волны в замедляющей системе должна быть обратно пропорциональна λ, т.е. ЗС должна обладать аномальной дисперсией.

Необходимо, чтобы групповые скорости в линии обратной связи и в ЗС имели разные знаки. Поскольку линия обратной связи как обычная передающая линия обладает положительной дисперсией, то отрицательной дисперсией должна обладать ЗС. Для устойчивой генерации в широкой полосе частот необходимо использовать ЗС с отрицательной дисперсией, которая всегда имеет аномальный характер. Иными словами, необходимо обеспечить взаимодействие электронного потока с обратной волной.

Для наиболее эффективного взаимодействия обратная волна должна быть основной, т.е. иметь наибольшую фазовую скорость, т.к. при этом сопротивление связи максимально. Замена в ЛБВ прямоволновой замедляющей системы на обратноволновую означает переход от ЛБВ к ЛОВ.

ЛОВ О-типа отличается от ЛБВО главным образом устройством ЗС и расположением поглотителя, который находится в «коллекторном» конце ЗС генераторной ЛОВ в виде согласованной нагрузки СН (рис. 17). Вывод энергии при этом обеспечивается со стороны «пушечного» конца ЗС.

Рис. 17. Схема генераторной ЛОВ

В ЛОВ чаще всего используют ЗС встречно-штыревого типа или двухзаходные спирали. Для создания коротковолновых ЛОВ удобны системы, выполненные из встречных пластин с отверстиями, образующими пролетный канал. На рис. 18 показана одна из типовых конструкций ЛОВ. Вместо встречных штырей в ЗС такой ЛОВ используют встречные шпильки 2. Это позволяет пропустить вдоль ЗС три ленточных электронных потока 3, формируемых электронной пушкой, на аноде 5 и диафрагме 4 которой имеются по три прямоугольные щели. На внешнюю часть коллектора 1 надевается радиатор воздушного охлаждения (на рисунке не показан). Лампа имеет, как правило, пакетированную конструкцию.

Рис. 18. Устройство ЛОВ дециметрового диапазона длин волн с тремя электронными потоками в изометрии (а) и основной проекции (б)

Среди конструкций ЛОВ представляет интерес лампа Салливена, в которой используется ЗС, похожая на двухзаходную спираль. Ее иногда называют «винт со спиралью», т.к. спираль 1 расположена в винтовой канавке, прорезанной на поверхности цилиндрического стержня 2 (рис. 19). Полый стержень выполняет роль внешнего проводника коаксиальной линии, используемой для вывода энергии ЛОВ. Внутренний проводник 3 коаксиального вывода непосредственно переходит в спираль. Противоположно направленные токи в проводниках коаксиальной линии обеспечивают противофазное возбуждение винта и спирали, при котором данная система становится обратноволновой. В лампе Салливена использован трубчатый электронный поток 4, окружающий ЗС. Такая лампа имеет широкий диапазон электронной перестройки частоты, перекрывающий две октавы, ее длина волны изменяется от 13 до 2,5 см при увеличении ускоряющего напряжения от 40 до 3000 В.

Рис. 19. Схема замедляющей системы лампы Салливена

ЛОВО широко используют в автоматических измерителях КСВ и потерь в качестве свип-генераторов. Они разработаны на все поддиапазоны длин волн СВЧ колебаний от метрового до субмиллиметрового. Большинство длинноволновых ЛОВО обладает октавным диапазоном электронной перестройки частоты. Электронная перестройка ЛОВ миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов составляет около половины октавы.

Релятивистские ЛОВ. Успехи в области создания мощных ЛОВ связаны с использованием в них релятивистских электронных потоков. Имея нерезонансные колебательные системы, релятивистские ЛОВ способны генерировать мощные СВЧ колебания в виде сверхкоротких импульсов.

Для взаимодействия с электронным потоком была использована первая отрицательная пространственная гармоника электромагнитной волны, распространяющейся по прямоугольному волноводу с гофрированными широкими стенками 4. Поперечное сечение пролетного канала имело размеры 4x4 мм; ток электронного пучка диаметром 2,6 мм составлял 300 - 500 А в импульсе длительностью 15 - 20 нс. Для фокусировки пучка использовался импульсный соленоид, обеспечивающий магнитную индукцию 1 Тл. Вывод энергии ЛОВ представлял 90-градусный волноводный излом 5 со слюдяным вакуумным уплотнением 6 и выходным рупором 7. Излом был необходим для того, чтобы электронный поток не разрушал слюдяное окно. Выходная мощность измерялась с помощью приемного рупора 8 с полупроводниковым детектором. Она достигала 10 МВт в импульсе при к.п.д. ~ 3%.

Рис. 20. Схема устройства релятивистской ЛОВ: 1 – инжектор; 2 – электромагнит; 3 – электронный луч; 4 – гофрированный волновод; 5 – излом; 6 – слюдяное окно; 7 – излучающий рупор; 8 – приемный рупор с детектором

Дата добавления: 2014-01-06