Корпус прибора заземлен, отрицательный полюс источника анодного питания соединен с катодом, положительный полюс соединен с корпусом прибора. На управляющий электрод (сетку) подается отрицательное по отношению к катоду смещение. Промежуток катод-сетка образует емкостную часть входного резонатора. Переменное напряжение в этом промежутке создается в результате возбуждения колебаний входного резонатора внешним источником. (подробнее в материалах к лекции 5)

Клистрод с системой рекуперации энергии: 1 – катод, 2 – управляющий электрод (сетка),  3 – входной резонатор, 4 – анод, 5 – выходной резонатор, 6 – секционированный коллектор.

13.​ Приборы с динамическим управлением О-типа: клистроны. Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре. Коэффициент взаимодействия, электронная нагрузка.

Приборы с динамическим управлением О-типа: клистроны.

При динамическом способе управлении током, как правило, на поле объемного заряда у катода действует только постоянное ускоряющее поле, а возникновение переменного тока происходит в области, удаленной от катода, в результате взаимодействия электронов с полем СВЧ. Клистроны относятся к приборам с дискретным взаимодействием.

Устройство клистрона. 1 - электронная пушка, 2 - входной резонатор, 3 - выходной резонатор, 4 - труба дрейфа, 5 - фокусирующая система, 6 - коллектор, 7 - входная антенна.

Немодулированный электронный поток, выходящий из пушки, поступает в первый резонатор, поле которого производит скоростную модуляцию электронного потока. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки. В результате процесса группирования электронной ток, поступающий в зазор взаимодействия выходного резонатора будет иметь постоянную и переменную компоненту. На внутренней поверхности стенок второго резонатора наводится ток и появляющееся поле тормозит электроны. Кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ колебаний и поступает через вывод энергии в выходную нагрузку. Что касается электронов, прошедших второй резонатор, то они оседают на коллекторе и рассеивают на нем в виде тепла оставшуюся кинетическую энергию.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре.

В более простом случае дискретного взаимодействия электроны под действием СВЧ поля резонатора получают так называемую скоростную модуляцию. Она заключается в том, что часть электронов, проходящих СВЧ поле в ускоряющий полупериод, получает увеличение скорости, а часть электронов, проходящих то же поле в тормозящий полупериод, - уменьшение ее по сравнению с постоянной, достигнутой за счет ускоряющего поля, создаваемого напряжением источника питания. Дальнейшее движение скоростно-модулированного электронного потока в пространстве без поля СВЧ-так называемый дрейф потока - ведет к смещению одних зарядов по отношению к другим. Замедленные электроны отстают, а ускоренные их догоняют. В результате между указанными группами электронов образуется электронное уплотнение, т. е. постоянный по плотности электронный поток получает переменную составляющую.

Коэффициент взаимодействия, электронная нагрузка.

Амплитуда переменной скорости электронов прямо пропорциональна амплитуде переменного напряжения и зависит от угла пролета электронов в зазоре. Эта зависимость определяется коэффициентом, характеризующим связь электронного пучка с резонатором, носящим название коэффициента взаимодействия.

Зависимость коэффициента взаимодействия M от угла пролета электронов в зазоре взаимодействия резонатора.

Коэффициент взаимодействия равен единице при ξ1=0, уменьшается с ростом угла пролета и обращается в нуль при угле пролета равном ξ1=2π. Последнему результату может быть дано следующее физическое объяснение. При  ξ1=2π электроны находятся в зазоре взаимодействия в течение целого периода переменного поля, Т. Половину этого времени электроны ускоряются полем, половину испытывают торможение, в результате чего изменения скорости не происходит. Очевидно, что для эффективной скоростной модуляции  необходимо обеспечить выполнение условия ξ1<<2π. Обычно параметры системы подбирают так, чтобы значение М находилось в пределах 0,7÷0,8.

Электронная нагрузка?

14.​ Приборы с динамическим управлением О-типа: лампы бегущей и обратной волны. Скоростная модуляция в замедляющей системе, сопротивление связи.

Приборы с динамическим управлением О-типа: лампы бегущей и обратной волны.

Лампы бегущей и обратной волны относятся к приборам с непрерывным взаимодействием электронного потока с полем (полем бегущей или обратной волны). В приборах бегущей волны направление движения электронного потока совпадает с направление фазовой скорости волны. Такие приборы используют как усилители. В приборах обратной волны взаимодействие электронного потока происходит с волной, распространяющейся в обратном направлении. Приборы обратной волны используют в качестве генераторов.

Взаимодействие электронного потока с полем бегущей волны.

Данный процесс можно разбить на два процесса: преобразование энергии источника питания в кинетическую энергию электронов и преобразование кинетической энергии электронов в энергию поля.

При своем распространении электромагнитная волна в ЗС создает продольное (вдоль направления дрейфа электронного потока) электрическое поле ЕZ, имеющее фазовый сдвиг. Пространственное распределение этого поля вдоль оси z существенно неоднородно. Электронный поток со скоростью Ve, попадая в такое пространственно-периодическое поле, будет испытывать на себе воздействие этого поля подобно колебательной системе, на которую воздействуют серией импульсов. Электронный поток «почувствует» только ту пространственную Фурье-компоненту поля, которая находится в синхронизме с его собственной скоростью. Фазовая и групповая скорости гармоник могут иметь не только разную величину, но и разный знак. Если Vгр>0 направление распространения энергии волны и скорости потока  Ve будут совпадать, что характерно для лампы бегущей волны. Если  Vгр<0, то направления будут противоположны, что характерно для ламп обратной волны.

При синхронизме электронного потока с одной из пространственных гармоник происходит явление группировки, т. е. в потоке появляется переменная компонента конвекционного тока. Естественно, что эта компонента будет возбуждать в электродинамической системе волну, воздействующую на поток. При противоположном направлении скорости электронов (в лампах обратной волны) и направлении распространения энергии волны электронный поток выступает как своеобразный элемент обратной связи. При некоторых значениях тока луча (достаточного для компенсации потерь в системе) (I0ПУСК), возможно возникновение генерации СВЧ-колебаний.

В лампах бегущей волны при синхронном движении видно, что часть электронов тормозится, а часть ускоряется. Таким образом, в точке нулевой фазы происходит группирование электронов. Если поток однороден, то количество ускоренных и тормозящихся частиц будет одинаковым. В этом случае энергетический обмен будет нулевым. Для того, чтобы обеспечить эффективный энергообмен между электронами и полем необходимо выполнение условия v0=vф+e. В таком случае электронная группа будет смещаться в сторону тормозящего поля, в результате чего энергия электронов будет уменьшаться, а энергия СВЧ поля, соответственно, увеличиваться.

Скоростная модуляция в замедляющей системе, сопротивление связи.

Как известно, поле и поток электронов будут взаимодействовать эффективно при условии близости скоростей потока и фазовой скорости волны; при этом каждый электрон «видит» определенную фазу волны, что позволяет осуществляться скоростной модуляции. Если конкретизировать последние утверждения применительно к ЗС типа ЦСР, то можно сказать, что эффективная скоростная модуляция возможна тогда, когда при переходе из одного резонатора в другой электрон встречает поле в той же фазе, что и в предыдущем резонаторе. Некоторые замедляющие системы можно представить в виде цепочки связанных резонаторов.

Для p-й пространственной гармоники эта величина сопротивления связи характеризует связь между продольной компонентой поля EZmp в месте расположения потока и мощностью электромагнитной волны в ЗС:

Из приведенных соотношений видно, что для получения ЛОВ с хорошими энергетическими параметрами необходимо подбирать системы с высоким сопротивлением связи.

15.​ Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре и замедляющей системе. Коэффициент взаимодействия, сопротивление связи, электронная нагрузка. Группирование потока.

Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре и замедляющей системе.

В зазоре. Скорость электронов на выходе из зазора в момент времени t1=t0+ф, где ф – время пролета электрона между сетками зазора взаимодействия:

Получена интегрированием уравнения движения электронов в переменном поле:

И такой заменой в следующем выражении:

, где коэффициент скоростной модуляции, определяющий глубину модуляции скорости.

В замедляющей системе.

Коэффициент взаимодействия, сопротивление связи, электронная нагрузка.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8