2.5.7 Отражательный клистрон

Отражательный клистрон является маломощным автогенерато­ром сантиметровых волн. Упрощенная схема отражательного клистрона приведена на рис. 2.49. В его конструкцию входят ка­тод 2 с подогревателем 1, объемный резонатор 3 обычно торои­дальной формы с сетками 6 в центральной части для пропускания электронного потока, отражатель 4 и устройство вывода энер­гии 5.

К сеткам резонатора относительно катода прикладывается положительное напряжение U₀, а на отражатель — отрицательное напряжение U_отр. Электроны, вылетающие с катода, под дей­ствием положительного напряжения U₀ ускоряются к резонатору и пронизывают его сетки.

В пространстве между сетками электронный поток управляется (модулируется) по скорости переменным электрическим полем резонатора. Это поле возбуждается в резонаторе хаотическим движением электронов в самом резонаторе и в электронном по­токе, пронизывающем резонатор.

Таким образом, электроны, прошедшие сетки резонатора, падают в постоянное тормозящее поле отражателя с различными скоростями. Электроны с большей скоростью подходят ближе к отражателю и затем возвращаются к резонатору. Электроны с меньшей скоростью пролетают меньшее расстояние.

Траектории электронов, испытавших различное воздействие со стороны поля резонатора, показаны пунктиром на рис. 2.49, а.

В процессе этого движения электроны группируются в сгустки, которые вновь пролетают сетки резонатора. При соответствующем выборе напряжений U₀ и U_отр сгустки электронов попадают в тормозящее поле между сетками резонатора, отдают ему энергию, поддерживая возникшие в резонаторе колебания.

При изменении напряжения на отражателе в небольших пре­делах сгустки возвращающихся электронов по-прежнему проходят сетки резонатора в тормозящем поле, но мощность колебаний

клистрона будет уменьшаться. При дальнейшем изменении напря­жения U_отр мощность колебаний падает до нуля, т. е. колебания прекращаются.

Таким образом, существует диапазон возможных изменений напряжения на отражателе, в котором имеет место генерация. Отражательный клистрон имеет при разных значениях U_отр не­сколько областей генерации, называемых зонами генерации (рис. 2.49,6).

Возможны два способа настройки частоты отражательного клистрона: механический и электронный.

Механическая настройка частоты отражательного клистрона достигается механической перестройкой объемного резонатора с помощью винта настройки или изменением расстояния между сетками резонатора.

Электронная настройка частоты отражательного клистрона осуществляется изменением напряжения на отражателе (рис. 2.49,б). Зависимость частоты клистрона от напряжения на отражателе используется для автоматической подстройки частоты приемников РЛС. КПД отражательных клистронов мал (1—2%), поэтому они используются для генерирования колебаний малых мощностей (как гетеродины приемников, в радиоизмерительной аппаратуре и др.).

В настоящее время кроме отражательных клистронов, содер­жащих один резонатор, применяются клистроны с двумя, тремя и большим числом резонаторов. Клистронные генераторы такого типа называются пролетными. Пролетные клистроны нашли при­менение в основном как мощные усилители (колебаний СВЧ.