МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра электронных и квантовых приборов

Лаборатория электронных и квантовых приборов СВЧ

Сборник описаний лабораторных работ

По курсу

ЭЛЕКТРОННЫЕ, КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Часть 3

Москва 1994

План УМД на 1993/94 уч. г.

Сборник описаний лабораторных работ

По курсу

ЭЛЕКТРОННЫЕ, КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Часть 3

Составители: А.Я. Федоров

Н.Д. Федоров

В.С. Андреев

Ил. 47, табл. 4, список лит. 3 назв.

Издание утверждено на заседании кафедры 29 марта 1993 г. (протокол № 5).

Отв. Редактор Н.Д. Федоров

Рецензент В.П. Стыцько

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО КЛИСТРОНА

1. Цель работы

Ознакомление с устройством, схемой включения, основными параметрами и характеристиками отражательного клистрона и методикой измерения параметров и снятия характеристик.

2. Домашнее задание

1. Ознакомиться с принципом действия, устройством, условным обозначением, схемой включения, параметрами и характеристиками отражательного клистрона и методикой измерения параметров и снятия характеристик.

2. Заготовить бланк отчета по установленной форме. Указать цель работы и пункты лабораторного задания, привести схему измерений и используемую схему питания. Приготовить миллиметровую бумагу для графиков.

3. Лабораторное задание

1. Исследовать с помощью осциллографа зависимость выходной мощности от напряжения отражателя.

2. Измерить с помощью осциллографа диапазон электронной перестройки частоты в различных зонах генерации.

3. Снять зависимость выходной мощности и частоты генерации от напряжения отражателя в одной зоне генерации.

4. Измерить крутизну электронной перестройки частоты в нескольких зонах генерации.

5. Измерить электронный КПД в центре зоны.

4. Устройство, схема включения, основные параметры

и характеристики отражательного клистрона

4.1. Устройство

Отражательный клистрон – маломощный генератор СВЧ-колебаний с кратковременным взаимодействием электронов с СВЧ полем. Положительная обратная связь достигается возвращением электронов в резонатор, который одновременно используется для модуляции скорости электронов и для отбора энергии от вернувшегося сгруппированного потока электронов.

Отражательные клистроны применяются в качестве задающих генераторов в измерительной аппаратуре, генераторов накачки в параметрических усилителях и в других устройствах.

У прощенная схема отражательного клистрона показана на рис. 1. Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются в пространстве между катодом и резонатором, к которому приложено ускоряющее напряжение . Если между сетками резонатора в режиме генерации имеется СВЧ-напряжение , то оно производит модуляцию скорости электронов.

После вылета из резонатора, электроны двигаются равнозамедленно в тормозящем электрическом поле, создаваемом отражателем, который имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду. Электроны уменьшают свою скорость до нулевого значения, затем начинают обратное движение и возвращаются в резонатор (время пролета). В процессе этого движения к отражателю и обратно происходит группирование электронов (рис. 2).

Чтобы образовавшиеся электронные уплотнения (сгустки) отдавали энергию СВЧ полю и поддерживали колебания в резонаторе, они должны возвращаться в резонатор в тормозящий полупериод. Следует заметить, что если в какой-то полупериод поле является ускоряющим для электронов, идущих от катода, то это же поле будет тормозящим для электронов, возвращающихся в резонатор от отражателя.

Центр сгустка определяется невозмущенным электроном, скорость которого остается неизменной (v₀). Остальные электроны располагаются в сгустке симметрично.

Угол пролета невозмущенного электрона, соответствующий его приходу в максимум тормозящего поля, когда электроны отдают полю максимальную энергию, называется углом пролета в центре зоны генерации:

(1) где n – номер зоны генерации, равный числу полных периодов, прошедших за время пролета невозмущенного электрона.