4.3. Гибридные приборы типа о

Н аиболее интересными из гибридных приборов типа О явля­ются клистроны с распределенным взаимодействием и твистроны.

Рис. 4.6

В клистроне с распределенным взаимодействием (рис. 4.6а) ре­зонаторы заменены короткозамкнутыми отрезками замедляющих си­стем. Увеличение КПД по сравнению с обычным клистроном объяс­няется более эффективным группированием пучка в протяженных резонаторах. Низкая добротность резонаторов позволяет увеличить и полосу рабочих частот. В результате КПД увеличивается до 60% при ширине полосы 3%.

Твистрон (рис. 4.66) отличается от клистрона с распреде­ленным взаимодействием тем, что на входе прибора использует­ся группирователь широкополосного многорезонаторного клист­рона, а на выходе – согласованный на концах отрезок замедляю­щей системы. В результате получается усилитель с высоким уров­нем импульсной выходной мощности (сотни киловатт), высоким КПД (до 60%) и большим коэффициентом усиления (до 40 дБ) при относительно широкой полосе пропускания (до 10%).

Твистроны и клистроны с распределенным взаимодействи­ем применяются в наземных и корабельных радионавигационных станциях.

Контрольные вопросы

1. Объясните условие фазового синхронизма приборов типа О.

2. Изобразите устройство ЛБВО и объясните назначение основ­ных его элементов.

3. Объясните принцип действия ЛБВО.

4. На каких приближениях основана линейная теория ЛБВО?

5. Назовите и объясните основные характеристики ЛБВО.

6. Объясните основные методы повышения КПД ЛБВО.

7. Изобразите устройство ЛОВО и объясните назначение основ­ных его элементов.

8. Объясните принцип действия ЛОВО.

9. Объясните условие баланса фаз для генератора на ЛОВО.

10. Объясните принцип электронной перестройки частоты ЛОВО.

11. Объясните условие баланса мощностей для генератора на ЛОВО.

12. Объясните режим регенеративного усиления на ЛОВО.

13. Назовите основные характеристики генераторов на ЛОВО.

14. Назовите гибридные приборы типа О и объясните принцип их работы.

15. Объясните преимущества гибридных приборов типа О по срав­нению с пролетными многорезонаторными клистронами и ЛБВО.

Т Е М А 5

Приборы типам

5.1. Движение электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях

Приборами типа М называют электровакуумные СВЧ прибо­ры, в которых движение электронов происходит в скрещенных элек­трическом и магнитном полях. В отличие от приборов типа О, в приборах типа М в электромагнитную энергию СВЧ поля перехо­дит потенциальная энергия сгруппированных электронов. Для ус­тановления основных принципов работы СВЧ приборов типа М рас­смотрим движение электронов в пространстве, где есть скрещен­ные (взаимно перпендикулярные) электрические и магнитные поля.

Движение электронов в стационарных электрическом и магнитном полях

Рассмотрим область пространства, где есть постоянное элек­трическое поле с напряженностью и постоянное магнитное поле с индукцией , направленной от читателя перпендикулярно плос­кости чертежа (Рис. 5.1, плоские электроды).

П ри выбранном положении системы координат будем считать:

,

(5.1)

В произвольной точке траектории А – B на электрон, движущийся со скорость , действует сила

(5.2)

Рис. 5.1

В выбранной системе координат уравнения движения электрона можно записать как

(5.3)

и переписать в следующем виде:

(5.4)

Параметр называют угловой циклотронной час­тотой кругового движения электрона в однородном магнитном поле.

Допустим, что в начальный момент времени t = 0 электрон находился в начале координат х = у = z = 0 и имел скорость , . Решая (5.4) с учетом поставленных условий, получим:

(5.5)

где приняты обозначения:

, (5.6)

Параметр называют переносной скоростью по­ступательного движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Из (5.5) следует:

(5.7)

У равнение (5.7) показывает, что движение электрона в скре­щенных электрическом и магнитном полях состоит из поступатель­ного движения со скоростью и вращения по окружности радиу­са r с угловой частотой . На Рис. 5.2 показано два частных слу­чая этого движения для плоских электродов: 1) и 2) .

Рис. 5.2

Если , то r=0 и электрон движется по прямой со ско­ростью . Если , то и электрон движется по циклоиде со скоростью . В соответ­ствии с (5.2) при движении по прямой электрическая и магнит­ная силы, действующие на электрон, равны и противоположны друг другу. Кинетическая и потенциальная энергии электрона не изменяются. При движении по циклоиде электрическая сила остается постоянной, а магнитная изменяется от нуля при до при . Кинетическая и потенциальная энергии электрона при этом периодически переходят друг в друга (потенциальная энергия максимальна при , а кинетическая — при ).

Отметим, что при движении электронов в постоянных скрещен­ных электрическом и магнитном полях механическая энергия элек­тронов остается постоянной и энергообмен с полем не происходит.

В приборах типа М нашли широкое применение цилиндрические электроды. Движение электронов в этом случае удобнее рассматри­вать в цилиндрической системе координат. Отметим, что и в этом случае движение электронов можно представить как сумму поступа­тельного движения с переносной скоростью и вращения по окружности радиуса с угловой циклотронной частотой , если иметь в виду, что поступательное движение происхо­дит по окружности радиуса , где – радиус внутреннего цилин­дрического электрода. Траекториями движения электронов для рас­смотренных выше частных случаев и , будут, соответ­ственно, служить окружность и эпициклоида (траектория точки диска, катящегося по цилиндрической направляющей).

Режимы работы приборов типа М.

Как было показано выше (Рис. 5.2), максимальное удаление электронов от катода

(5.8)

При постоянном значении индукции магнитного ноля эта величина определяется напряженностью электрического поля между като­дом и анодом (потенциалом анода). Если расстояние между ка­тодом и анодом равно d, то при

(5.9)

электроны будут касаться анода.

Соответствующий потенциал анода

(5.10)

называется критическим потенциалом (плоские электроды).

Для цилиндрических электродов его выражение имеет вид

(5.11)

где и – радиусы анода и катода, соответственно. В зависимости от величины выделяют три режима работы при­боров типа М:

- докритический, при котором ,

- критический, при котором ,

- закритический, при котором .