книги / СВЧ-энергетика. Генерирование. Передача. Выпрямление
.pdfчасть трубку и подавать по ней воду под давлением 0,28 кг/см2, с расходом 0,75 л/мин, то анод сможет рассеи вать мощность около 1,5 кет.
Для крепления внутренних деталей электродов ис пользуется титан, из этого же материала выполняются внешние выводы (контакты) электродов. Титановые дета ли спаивают вместе с керамическими изоляторами, обла дающими малыми диэлектрическими потерями. В резуль тате получается легкая, компактная, вакуумноплотная конструкция, которую можно вставить во внешний резо натор или волноводный контур. Диаметр собранной лампы равен 25 мм, высота 32 мм, ее вес всего 37 г,
Г. Электрические характеристики. Как уже говорилось выше, работа триода при плотности тока 2 а/см2, обуслов ленная использованием близко расположенной мелко структурной сетки, позволяет достичь необычно больших значений крутизны. При анодном токе 0,6 а (плотность тока 1 а/см2) крутизна у триода Ь-65 составляет От = = 300 ма/в. Так как выходная емкость С0 этого триода может быть всего 4 пф, отношение крутизны к выходной емкости оказывается исключительно большим. Коэффи
циент качества |
триода тогда |
равен |
р _ |
от _зоо ооо-ю-о |
- 1 2 000 Мщ. |
14 ~~ 2ЛС0 ~~ 2Я-4-10-12 |
|
Еще более высокое значение этого коэффициента полу чено у триода Ь-64/У1498, который в основном подобен триоду Ь-65 и имеет лишь несколько большие размеры (Ф38 X 41 мм). Поскольку внутренние размеры электро дов в триоде Ь-64 несколько больше, крутизна этого трио да может достигать Ст — 700 ма/в при условии, что ис пользуется мелкоструктурная сетка, расположенная близ ко от катода. Несмотря на увеличенный размер электро дов, выходная емкость может составлять всего 5,5 пф. В этом случае коэффициент качества оказывается равным
6щ |
700000 10-® |
20000 Мгц. |
2лС0 |
2л> 5,5-10”12 |
Д. Характеристики усилителя высокой частоты. Срав нительно недавно была произведена оценка эффективных триодов СВЧ как усилителей сигналов. С этой целью
Ширина полосы входного контура этого типа составляет 30—50%. Если выходной импеданс отрегулирован на получение оптимальной мощности, как это сделано в триоде Ь-65, то ширина полосы на выходе усилителя рав на приблизительно 2,5%. В тех случаях, когда ширина полосы имеет первостепенное значение, можно применить двойную или тройную настройку [12].
Основные характеристики триода Ь-65 в непрерывном режиме построены на фиг. 4 в функции от входной ВЧмощности. Как видно, при входной мощности 50 вт мож но получить на выходе мощность 1 кет. В этом режиме k. п. д. усилителя по анодной цепи равен 67% на частоте l, 3 Ггц. А так как мощность, расходуемая на нагрев ка тода, не превышает 20 вт (на графике, не показана), полный к. п. д. усилителя оказывается больше 65%.
Повысив анодное напряжение, можно расширить об ласть линейного усиления в сторону более высоких мощ ностей. Так, например, если поднять анодное напряжение с 2,1 до 2,87 кв, то мощность 1 кет на выходе триода будет получаться уже не при 50 в т , а всего при 10 вт входной мощности. К. п. д. по анодной цепи в этом режиме равен 41,5%.
Триод Е-64, катод которого имеет большую поверх ность, по-видимому, позволит достичь еще более высоких уровней мощности в непрерывном режиме. На частоте 700 Мгц уже получена выходная мощность 2,5 кет при
к.п. д. по анодной цепи 68%.
Е.Работа в режиме автогенератора. Помимо обычного применения триодов СВЧ в качестве усилителей, их ис пользуют также и в качестве генераторов. Если часть выходной мощности подать в соответствующей фазе на вход триода, то он становится эффективным генератором. Так, например, триод Ь-65 стабильно генерировал в схеме, отличающейся от показанной на фиг. 3, наличием цепи обратной связи. Выходная мощность такого генератора на частоте около 1 Ггц составила 1 кет при к. п. д. по анодной цепи 63%.. Постоянное анодное напряжение в этом конкретном режиме было равно 2000 в, а анодный ток 0,8 а . Такую же мощность на выходе генератора можно
получить, если питать генератор напряжением |
частоты |
60 гц, действующее значение которого будет |
на 33% |
выше напряжения постоянного тока. При работе от пере менного напряжения катод должен обеспечивать пиковые значения тока значительно большие, чем при работе от постоянного тока.
Ж. Триод в широкополосных схемах. Использование эффективных сеточных ламп не ограничено только узко-
Ф и г. 4. |
Характеристики |
трио |
|||
да Ь-65 и |
непрерывном |
режиме. |
|||
Анодное напряжение 2100 в, |
часто |
||||
|
та 1,3 Ггц. |
|
|
|
|
1 — выходная мощность, вгп; |
2 — анод- |
||||
ныЛ ток, ма; 3 — |
к.п.Д., |
% X |
10; 4 — |
||
ток накала, |
ма; |
5 — ток |
сетки, ма; |
6 — напряжение смещения сетки, в.
полосными применениями. Так, например, триод Ь-64 хорошо работал в соответствующей схеме с шириной полосы 20%. Дальнейшее совершенствование схем позво лит, по-видимому, реализовать еще более широкие по лосы частот. Получить большую мощность в широкой полосе частот возможно благодаря малой выходной ем кости триода и большому допустимому току. Если триод, кроме того, имеет большую крутизну, то большим будет и произведение усиления на ширину полосы.
Так, в типичном для триода Ь-64 импульсном режиме для полосы, определенной по уровню 1 дб при усилении малых сигналов, указанное произведение составило ве личину 14,4 Гец, а произведение усиления на ширину
полосы по уровню 3 дб было 16,7 Ггц. Длительность им пульсов в этом режиме была равна 500 мксек, а коэффи циент заполнения 0,07. При постоянном напряжении 2500 в средний анодный ток был равен 0,26 а. Импульсы, подававшиеся на сетку, изменяли напряжение на ней от —35 в (уровень отсечки) до 0. При этом усиление ока
залось равным 20 дб в полосе шириной |
11 36 по уровню |
1 дб со средней точкой на частоте около |
1,3 Ггц. |
Таблица 1
Рабочие характеристики триода Ь-64 в импульсном режиме
|
Анод |
|
Сетка |
|
|
|
Напряже |
Ток, |
а |
Напряже |
Ток, |
а |
|
ние, |
в |
ние, в |
Входная |
Усиле |
Выходная |
К.п.д., |
ВЧ-мощ* |
ние, дб |
мощность, |
% |
ность, вт |
|
кет |
|
2000 |
0 ,1 9 6 |
—2 |
0 ,0 8 2 |
3 5 ,5 |
1 4 ,9 |
1 ,0 9 |
1 9 ,5 |
2500 |
0 ,2 3 5 |
— 2 |
0 ,0 7 2 |
3 5 ,5 |
1 5 ,8 |
1 ,3 6 |
1 6 ,2 |
3000 |
0 ,2 7 5 |
— 2 |
0 ,0 6 4 |
3 5 ,5 |
1 6 ,8 |
1 ,6 |
1 3 ,6 |
3400 |
0 ,3 3 2 |
— 2 |
0 ,0 6 3 |
3 5 ,5 |
1 7 ,2 |
1 ,8 3 |
1 1 ,3 |
3400 |
0 ,2 8 0 |
— 4 |
0 ,0 7 2 |
48 |
1 8 ,3 |
3 ,2 8 |
2 4 ,2 |
3400 |
0 ,2 9 0 |
— 4 |
0 ,0 8 7 |
67 |
1 7 ,6 |
3 ,8 7 |
2 7 ,2 |
3400 |
0 ,3 0 0 |
- 4 , 5 |
0 ,0 9 8 |
73 |
1 7 ,8 |
4 ,4 3 |
2 9 ,8 |
3400 |
0 ,3 0 5 |
- 4 , 5 |
0 ,1 0 8 |
87 |
1 7 ,6 |
5 ,0 0 |
3 3 ,8 |
В табл. 1 приведены данные, иллюстрирующие работу триода Ь-64 при более высоких мощностях на входе. Как и прежде, длительность импульса была равна 500 мксек, коэффициент заполнения 0,07, а ширина полосы по уров ню 1 дб составляла 11%. Выходная мощность 5 кет, полученная при к. п. д. выше 33% и входной мощности менее 100 вт, служит показателем того, насколько дале ко удалось уйти от более старых триодов, работавших
сменьшей плотностью тока.
3.Работа в сантиметровом диапазоне. 1. Триод со встроенным резонатором. Триоды, предназначенные для
частот 10 Ггц и выше, целесообразнее делать со встроен ным выходным резонатором. На фиг. 5 показано попереч ное сечение такого триода. ВЧ-резонатор образуется сеточной и анодной структурами, которые припаяны к се точно-анодному изолятору, замыкающему цепь по высо кой частоте. Емкость этого изолятора достаточна для того, чтобы резонатор имел сравнительно высокую доб
ротность, но вместе с тем обеспечивал утечку энергии, необходимую для обратной связи с входным контуром и передачи энергии в нагрузку.
Ф и г. 5. Триод со встроенным выходным резонатором, воляющнм перестраивать частоту.
1 — изолятор |
подогревателя; |
2 — входной |
изолятор; 3 — изолятор, |
пропускающий |
ВЧ-колебаиил; |
4 — трубка |
радиатора; 5 — гибкая |
диафрагма; 6 —вывод анода; |
7 — вывод сетки; 8 — вывод катода и |
||
|
подогревателя; 9 — вывод подогревателя. |
Настройка резонатора осуществляется с помощью тонкой металлической диафрагмы, выполняющей функ ции стенки резонатора между анодом и анодным контак-
том. Поворачивая ручку, связанную резьбой с внешней частью анода, мы перемещаем анод относительно сетки
именяем резонансную частоту встроенного резонатора.
2.Волноводный колебательный контур. Триод уста
навливают в устройстве, собранном на волноводной сек ции [13]. Тонкая керамика, используемая в данном триоде
Ф и г. 6. Зависимость выходной мощности и к.п.д. от частоты для двух триодов, встроенные выходные резонаторы которых имеют несколько отличающиеся размеры.
для изоляции сетки от анода, обеспечивает связь менаду внутренним резонатором и волноводом. Деление ВЧ-мощ- ности между нагрузкой и обратной связью в требуемом отношении производится регулировкой короткозамыкающего волноводного поршня и сопряженного с ним на строечного винта. Кроме обычных волноводных элементов, для сборки генератора нужен только триод, который мон тируется поперек волновода, два шунта и провод для обратной связи на сетку. Во многих применениях триод вполне удовлетворительно работает при питании от источ ника напряжения частоты 60 гц без специального выпря
мителя.
3. Характеристики. На фиг. 6 построены зависимости мощности и к. п. д. от частоты для двух триодов, встроен ные резонаторы которых имеют несколько различающие ся размеры. При измерении этих зависимостей частоту
генерации меняли при помощи настроечной ручки, изме няющей расстояние между сеткой и анодом. Максималь ная мощность более длинноволнового генератора на ча стоте 11,5 Ггц составляла 2,8 вт при к. п. д. 4,5%. Мак симум мощности более коротковолновой лампы был 2 вт на частоте выше 12 Ггц при к. п. д. около 3%. На третьей лампе, встроенный резонатор которой имел еще меньшие размеры, была получена мощность 0,1 вт на частоте 18 Ггц.
Если при конструировании хотят получить недорогой СВЧ-генератор, то целесообразнее использовать триоды общего назначения, хотя триоды со встроенными выход ными резонаторами изготовить сравнительно просто. Обычный выходной изолятор заменяют «проходным» (Ьуразз) изолятором, а анодный контакт оформляют таким образом, чтобы образовать выходной резонатор. Отсюда ясно, что число дополнительных необходимых деталей невелико и основное различие в стоимостях связано главнымг^образом с объемом выпуска.
И. Совместная работа нескольких триодов. Триоды легко можно приспособить для совместной работы как в генераторах, так и в усилителях сигналов. В волноводе можно установить почти любое число триодов на расстоя нии полдлины волны друг от друга, так что их мощность будет складываться. Обычно, когда в одну схему объеди няют несколько таких ламп, приходится принимать спе циальные меры для подавления одного или большего числа нежелательных видов колебаний. В генераторе, показанном на фиг. 7, суммируется выходная мощность четырех триодов 2С39, работающих на частоте 1 Ггц, и приходится подавлять вид я/2. Этот вид колебаний воз буждается на частоте несколько ниже рабочей, и при нем фазовый сдвиг между парами ламп равен 90°, а не 180°, как на рабочем виде. Для подавления этого нежела тельного вида в выходном резонаторе в области пучности электрического поля вида я/2 (в средней части резонатора) помещают керамику с большими потерями; электриче ское поле рабочего вида в этой области минимально.
Триоды 2С39 в генераторе, показанном на фиг. 7, работали при анодном напряжении 1000 в и токе прибли зительно 0,135 а на каждую лампу. Суммарная выходная