Приборы СВЧ и оптического диапазонов (стр. 3 )

(2)

где I2 – амплитуда наведенного тока в выходном резонаторе, R0e – эквивалентное сопротивление выходного резонатора. Амплитуда наведенного тока I2 ограничена и в первом приближении не зависит от напряжения в выходном резонаторе. Она определяется амплитудой конвекционного тока, которая в режиме оптимальной группировки максимальна, и коэффициентом взаимодействия M [1]. При относительно малых величинах эквивалентного сопротивления R0e с его ростом растет амплитуда напряжения U2, т. е. возрастает поле, тормозящее электронные сгустки, и увеличивается мощность Pэл, отдаваемая потоком полю. Однако, при достаточно большой величине R0e амплитуда U2 оказывается соизмеримой с величиной ускоряющего напряжения U0. В этом случае тормозящее поле становится столь сильным, что наиболее замедленные электроны сгустков не смогут его преодолеть и будут возвращаться полем из зазора обратно в пространство дрейфа. Естественно, при этом амплитуда наведенного тока I2 начнет уменьшаться, и рост амплитуды напряжения U2 и мощности Pэл прекращается. При дальнейшем увеличении R0e мощность Pэл падает. Иными словами, имеется оптимальное значение R0e опт, при котором мощность Pэл оказывается максимальной. Оптимальное значение R0e опт может быть получено из (2) с учетом условия начала режима возврата электронов

(3)

где U2 макс – амплитуда напряжения, при которой начинается возврат электронов. Реализуется оптимальное эквивалентное сопротивление R0e опт соответствующим выбором проводимости нагрузки выходного резонатора Gн

(4)

где Gн опт – оптимальная проводимость нагрузки.

Мощность Pэл связана с амплитудой напряжения U2 и эквивалентным сопротивлением резонатора R0e следующим соотношением

(5)

Следует иметь в виду, что не вся мощность, отдаваемая потоком полю в выходном резонаторе, отводится в нагрузку. Часть ее рассеивается на проводимости собственных потерь резонатора Gп. Этот эффект учитывается контурным КПД ηк, отражающим, какую часть мощности Pэл составляет мощность Pвых, выделяемая в нагрузке,

(6)

Коэффициент усиления клистрона, выраженный в децибелах (дБ), определяется по формуле

(7)

ЗАДАЧА 2. РАСЧЕТ УСЛИТЕЛЯ НА ЛАМПЕ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

Исходные данные

Основные параметры ЛБВ – ток луча I0, сопротивление связи замедляющей системы Rсв, электрическая длина замедляющей системы N, фазовая скорость бегущей волны Vф, затухание волны в поглотителе А, а также частота f и мощность входного сигнала Pвх приведены в табл. 2.

Требуется

1. Нарисовать устройство ЛБВ, пояснить назначение ее элементов и привести краткое описание принципа действия ЛБВ, обратив особое внимание на факторы, определяющие широкую полосу пропускания ЛБВ.

2. Определить коэффициент замедления замедляющей системы Kзам и ускоряющее напряжение U0, при котором обеспечивается условие синхронизма электронного потока с электромагнитной волной. Рассчитать распределение амплитуды напряженности поля электромагнитной волны Еmz вдоль оси замедляющей системы и построить график зависимости Еmz от продольной координаты z. Определить основные параметры усилителя – коэффициент усиления KР, выходную мощность Pвых и полный КПД усилителя η. Оценить максимальное значение электронного КПД ηэл макс.

Методические указания

1. Предварительно изучить устройство, принцип действия и основы линейной теории ЛБВ [1, разд. 16].

2. Фазовая скорость электромагнитной волны Vф связана со скоростью потока условием синхронизма

(8)

где – параметр усиления [1], V0 – скорость невозмущенного потока, определяемая величиной ускоряющего напряжения U0. При определении величины U0, учитывая С<<1, можно исходить из приближенного равенства Vф и V0.

Таблица 2

Номер варианта	I0, мА	Rсв, Ом	N	Vф ·106, м/с	A, дБ	f, ГГц	Pвх, мкВт
1	1,0	120	35	20	12	4,0	40
2	0,7	140	30	17	7	9,0	20
3	1,5	70	30	16	20	3,0	40
4	0,9	230	25	19	11	5,0	50
5	2,0	90	30	22	8	4,0	60
6	1,4	70	40	21	15	5,5	60
7	1,3	190	30	26	6	7,0	30
8	1,2	150	25	19	10	6,0	75
9	0,8	200	30	23	6	4,5	50
10	1,0	120	30	18	9	3,0	30
11	1,1	100	35	22	9	5,0	35
12	0,8	120	30	18	6	9,5	25
13	1,6	60	35	18	10	4,0	30
14	1,0	210	30	21	11	6,0	45
15	2,1	80	35	24	10	5,0	55
16	1,5	70	40	23	12	6,5	60
17	1,1	170	30	20	11	8,0	35
18	1,0	130	35	21	11	7,0	40
19	1,9	180	30	25	5	5,5	55
20	1,1	100	30	19	7	4,0	35
21	0,9	140	35	18	17	3,5	45
22	0,6	160	30	15	11	8,0	25
23	1,4	60	30	14	11	3,0	45
24	0,8	150	25	17	8	4,5	55
25	1,9	110	30	20	12	4,0	65
26	1,3	90	30	19	10	5,0	65
27	1,2	210	30	24	9	6,5	35
28	1,1	100	25	17	7	5,5	65
29	0,7	220	30	21	8	4,0	55
30	0,9	140	30	16	13	3,5	35

Амплитуда напряженности поля электромагнитной волны Еmz связана с продольной координатой z и амплитудой поля на входе замедляющей системы Em вх следующим соотношением: