Пути повышения кпд лбв

Изохронные ЛБВ. В таких приборах принимают меры по поддержанию синхронизма потока и поля по всей длине. Для этого, например в спиральных ЗС, по мере приближения к выходу, уменьшают шаг намотки спирали, что понижает фазовую скорость волны и улучшает синхронизм ее с потоком при больших выходных мощностях. Другой способ состоит в разделении ЗС на несколько секций, каждая из которых имеет свой постоянный потенциал, нарастающий по мере приближения к выходу ЗС.

Увеличение потенциала секций ЗС компенсирует снижение средней ско­рости потока и улучшает синхронизм. Схема двухсекционной изохронной ЛБВ показана на рис.19

Рис.19

Рекуперация - снижение потенциала коллектора U_кол<Г_зс. При этом электроны, прошедшие пространство взаимодействия, тормозятся в поле коллектор - ЗС и возвращают источнику питания часть их энергии. Эти меры способны заметно повысить полный КПД ЛБВ. Однако ввиду сложности используют их лишь в мощных приборах или в лампах, эксплу­атируемых в особых условиях. Так, описаны мощная импульсная ЛБВ с полным КПД = 55% и бортовая ЛБВ средней мощности для космической связи с КПД = 58%. Прогнозируется создание ЛБВ с КПД до 65%.

В заключение этого раздела приведем некоторые характеристики одной из мощных ЛБВ зарубежного производства: полоса частот 5,35 -5,85 ГГц (т.е.f/f_o 9%), P_{вых имп} = 4'10⁶ Вт при скважности 67, K_p = 33 дБ, КПД = 48%, U_o = 135 кВ, вес 240 кг. Ток луча, по оценкам, не менее 70 А.

5.4 Лампа обратной волны типа о (лово)

5.4.1 Основной принцип действия и устройство

Устройство ЛОВ представлено на рис.1.

Рис.1

Электронный пучок 1 формируемый пушкой 2, движется со скоростью вдоль замедляющей системы 3, которая обладает отрицательной дисперсией. Фазовая ско­рость волны , распространяющейся в этой системе, направлена в ту же сторону, куда идут электроны пучка, но ее групповая скорость (т. е. скорость распространения энергии) имеет обратное направление.

Если в системе наблюдается синхронизм ( = ), то воздействие поля волны на пучок получается примерно таким же, как и в лампе бегущей волны. Так, можно считать, что в некотором сечении поле волны производит модуляцию электронов пучка по скорости; далее в процессе движения электроны группируются и в сечении образо­вавшиеся электронные сгустки отдают свою энергию полю волны. Однако в отличие от ЛБВ в ЛОВ энергия, переданная от электронов волне, будет переноситься не вперед, в направлении движения пучка, а назад, к сечению а, где и будет происходить вновь группирование

электронов пучка.

Так образуется кольцо обратной связи, в котором сигнал переносится слева направо электронами пучка, а справа налево—волной замедляющей системы. Набег фазы от сечения до (нижняя часть петли) равен , а от сечения до а (верхняя часть петли) равен . Здесь - фазовая скорость волны в замедляющей системе, а знак минус принят потому, что счет набега фазы ведется навстречу фазовой скорости. При синхронизме электронов и волны = и общий набег фазы в кольце обратной связи равен нулю. Это означает, что обратная связь будет положительной. Она существует между любой парой сечений. Ее называют распределен­ной, подчеркивая тем самым, что она не связана с отражением волн от кон­цов замедляющей системы. Такая об­ратная связь принципиально неуст­ранима, если даже в конце замедля­ющей системы поместить идеально согласованный поглотитель 4, кото­рый полностью исключил бы всякое отражение. Наличие подобного пог­лотителя желательно также для того, чтобы подавить механизм обратной связи за счет отражения сигнала от концов замедляющей системы, поскольку такая обратная связь, накладываясь на механизм распределенной обратной связи, приводит к искажению нормальных характеристик ЛОВ.

Съем генерируемого сигнала производится с левого конца замедляющей системы 5, где концентрируется вся энергия, передаваемая от пучка волне замедляющей системы.

В качестве замедляющих систем ЛОВ применяются системы, основная пространственная гармоника которых обладает отрицательной дисперсией (например, встречные гребенки, встречные штыри, диафрагмированный волновод с чередующимися щелями связи). Могут применяться также системы с отрицательными высшими пространственными гармониками, в которых основная волна является прямой (спирали, гребенки). Однако в последнем случае сопротивление связи получается обычно меньше, чем при использовании отрицательной основной пространственной гармоники.

Р азличие в работе ЛОВ и ЛБВ наиболее отчетливо проявляется при сравнении продольного распределения высокочастотного потен­циала волны в замедляющей системе и переменной составляющей конвекционного тока пучка в этих приборах (рис. 2).

Рис.2

В ЛБВ обе эти величины нарастают вдоль пространства взаимодействия от пушки к коллектору приблизительно по экспоненциальному закону, причем V нарастает от некоторого начального уровня V (0), соответствующего входному напряжению усиливаемого сигнала, a i нарастает от нуля, так как пучок входит в замедляющую систему непромодулированным.

Для ЛОВ величина V нарастает от коллектора к пушке, поскольку групповая скорость обратной волны переносит всю энергию, приобре­таемую от пучка, слева направо.

Нарастание происходит от нулевого уровня, так как у коллектора расположен поглотитель. Переменная составляющей тока пучка, равна нулю возле пушки и нарастает к коллектору по мере возрастания степени сгруппированности пучка. Следует отметить, что темп нараста­ния i уменьшается к концу лампы, где V мало; точно так же темп нарастания V по мере приближения к пушке также уменьшается, так как степень сгруппированности пучка в этой части лампы еще мала.