ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ С ДИНАМИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ И ПРОДОЛЬНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ — ПРИБОРЫ ТИПА О

Общие сведения

В лампах, рассмотренных в предыдущих разделах, используется электростатическое управление электронным потоком, которое возможно на сравнительно низких частотах, где время пролета электронов между электродами лампы много меньше периода колебаний, поэтому можно считать, что каждый электрон будет перемещаться в статическом электрическом поле. В этих условиях переменное напряжение на управляющих электродах лампы будет вызывать синфазное изменение плотности электронного потока. В СВЧ-диапазоне (частоты от 300 МГц до 3000 ГГц, длины волн от 1 м до 0,1 мм) время пролета электронов между электродами оказывается порядка или даже много больше периода колебаний. Кроме того, индуктивности выводов, междуэлектродные емкости и СВЧ-потери в металле электродов, материале баллона и изоляторах также сильно проявляются в этом диапазоне частоты. Все это ухудшает характеристики приборов. Указанных недостатков лишены электровакуумные приборы СВЧ с динамическим управлением электронным потоком, при котором время пролета может быть порядка и больше периода СВЧ-колебаний. Сущность такого управления состоит в том, что под действием переменного СВЧ-поля происходит изменение скорости электронов во времени по периодическому закону. В результате из-за разницы в скоростях электронов при их движении в пространстве дрейфа формируются разрежения и уплотнения электронов (образуются сгустки, т. е. области с повышенной плотностью электронов). Процесс образования сгустков в электронном потоке называют модуляцией по плотности, а процесс изменения скоростей электронов из-за СВЧ-поля — модуляцией по скорости. После формирования сгустков в приборах обеспечивается передача энергии от электронных сгустков СВЧ-полю колебательной системы. Поскольку в диапазоне СВЧ размеры прибора порядка и больше длины генерируемых и усиливаемых колебаний, то в качестве колебательных систем используются системы с распределенными постоянными, при этом узкополосные колебательные системы называются резонаторами, а широкополосные — замедляющими системами.

Электровакуумные приборы (ЭВП) по характеру энергообмена между электронным потоком и СВЧ-полем разделяются на приборы О- и М-типа. В приборах типа О в энергию СВЧ-поля преобразуется кинетическая энергия электронов. Магнитное поле в таких приборах либо отсутствует, либо играет вспомогательную роль. Эти приборы бывают двух видов — с кратковременным взаимодействием электронного потока и поля резонатора (пролетные и отражательные клистроны) и с длительным взаимодействием электронов и СВЧ-поля замедляющих систем (лампы бегущей волны типа О (ЛБВО), лампы обратной волны типа О (ЛОВО)).

В приборах типа О векторы напряженности постоянных электрических и магнитных полей (если последние присутствуют) не пересекаются, они параллельны. Кроме того, взаимодействие электронного потока происходит с составляющей электрического СВЧ-поля, вектор которой параллелен вектору скорости электронов потока. В этом плане приборы типа О можно назвать приборами с продольным взаимодействием, поскольку электрические и магнитные поля, обеспечивающие эффективность взаимодействия, направлены вдоль скорости электронного потока.

В приборах типа М происходит только длительное взаимодействие, и в энергию СВЧ-поля преобразуется потенциальная энергия электронов. Движение электронов в этих приборах осуществляется в скрещенных электрических и магнитных ПОЛЯХ.

В настоящее время ЭВП СВЧ с динамическим управлением по сравнению с другими типами электронных приборов имеют наибольшие величины усиливаемой и генерируемой СВЧ-мощ- ности, КПД, коэффициента усиления, полосы пропускаемых частот и ряда других параметров. В силу этого они занимают доминирующее положение в СВЧ-технике. Физические процессы в таких приборах описываются уравнениями, приведенными в приложении 2.

Специфическая особенность ЭВП СВЧ заключается в том, что они являются интегральными устройствами, включающими в себя вакуумный прибор, колебательную систему, магнитную систему, входные и выходные СВЧ-тракты и другие элементы. Элементы ЭВП СВЧ взаимосвязаны и взаимообусловлены, т. е. электронная часть создается с учетом свойств и особенностей всех других узлов прибора, особенно колебательной системы.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >