Генераторы на эвп типа «о» Лампа бегущей волны типа «о»

Лампой бегущей волны называют электровакуумную лампу, в которой осуществляется длительное взаимодействие электронного потока с бегущей электромагнитной волной, распространяющейся в нерезонансной колебательной системе.

В зависимости от направления движения электромагнитной волны относительно направления движения электронного потока, различают лампы прямой волны, называемые ЛБВ и лампы обратной волны (ЛОВ).

Конструктивно ЛБВ представляют собой стеклянный баллон, выполненный в виде трубки. Вдоль оси трубки помещена проволочная спираль. На одном конце баллона расположена электронная пушка, на другом – коллектор. Трубка с обоих концов запаяна и внутри создан вакуум. Лампа помещается в латунный цилиндр (экран), выполняющий роль наружного провода коаксиальной линии, внутренний провод которой выполняет роль замедляющей системы. Поверх экрана располагается магнитная фокусирующая система, создающая продольное магнитное поле, фокусирующее электронный поток внутри спирали. Энергия входного сигнала подается через входной волновод к входному концу спирали, а усиленная энергия снимается с волноводного выхода у коллектора.

Рассмотрим принцип действия ЛБВ по этапам:

1. Источники питания включены, а сигнала на входе нет. Электронный поток, излучаемый катодом, фокусируется в электронной пушке и устремляется к коллектору с большой скоростью. Внутри спирали имеется только одно продольное магнитное поле фокусирующих катушек. Оно не изменяет энергии электронов, а только удерживает электронный поток в виде тонкого луча. Электроны летят внутри спирали с постоянной скоростью и постоянной плотностью. Колебаний на выходе нет.

2. На вход ЛБВ подается радиосигнал, но источники питания схемы не включены. Нет электронного потока и нет магнитного фокусирующего поля. В этом случае входной сигнал распространяется вдоль замедляющей системы в виде замедленной волны и с определённым затуханием поступает на выходной разъем. Ввиду неполного согласования спирали с выходом, часть энергии будет отражаться к входу. Лампа выполняет роль коаксиального фидера, в котором электромагнитная энергия распространяется с малой, замедленной скоростью

3. Источники питания схемы включены и на вход ЛБВ поступает СВЧ сигнал. В этом случае лампа работает в качестве усилителя. Вдоль оси спирали распространяется бегущая волна сигнала и летит тонкий пучок электронов. Вследствие периодической структуры замедляющей системы (ЗС), распространение поля бегущей волны вдоль нее так же будет периодическое, т.е. области поля, тормозящие электроны чередуются с областями, ускоряющими их. При совместном движении ЭМВ сигнала и потока электронов происходит группирование их в сгустки. В спираль электроны входят с одинаковой скоростью. Затем те электроны, которые попадают в тормозящее поле, притормаживаются и отстают от тех, которые проходят в местах нулевого значения продольного электрического поля СВЧ, а те электроны, которые попадают в ускоряющее поле, выходят несколько вперед, догоняя отставшие. При одинаковой скорости волны и электронов, такое их взаимодействие будет по всей длине спирали. Если скорость перемещения электронных сгустков несколько больше скорости волны, то сгустки переместятся в область тормозящего поля, так как в нее будет влетать электронов больше, чем вылетать. Одновременно будет продолжаться процесс концентрации электронов в сгустках. При таком режиме работы ЛБВ, движущиеся электронные сгустки в момент торможения отдают часть своей энергии полю СВЧ, усиливая его. В результате, мощность колебаний на выходе будет больше, чем на входе. Таким образом проходит процесс усиления колебаний СВЧ в ЛБВ.

Усилители на ЛБВ используют в мощных каскадах передатчиков как в непрерывном, так и в импульсном режимах с выходной мощностью в импульсе до единиц МВт. Применяются они так же в входных каскадах приемниках дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Важной особенностью усилителя на ЛБВ является его широкополосность. В связи с тем, что в ЛБВ нет резонансной системы, полоса пропускания усилителя составляет сотни МГц при частоте сигнала в несколько ГГц. Обычно полоса пропускания усилителя на ЛБВ составляет 10-40% от несущей частоты усиливаемого сигнала.

Недостатком ЛБВ является низкий КПД (порядка 30%, в два раза меньше чем у клистронов). Достоинство – низкий коэффициент шума.

Основными характеристиками ЛБВ являются амплитудная и фазовая характеристики.

Амплитудная характеристика имеет такой же внешний вид, что и у клистронов, за исключением того, что у нее более пологий максимум.

Наиболее важной характеристикой ЛБВ является фазовая, представляющая собой зависимость разности фаз выходного и входного сигнала от напряжения на замедляющей системе.

ЛБВ можно превратить в автогенератор, охватив ее внешней положительной обратной связью. Однако ЛБВ редко применяется в качестве автогенератора, так как гораздо лучшие характеристики имеет автогенератор на ЛОВ.

Основным недостатком ЛБВ является низкий КПД (от 10 до 30%).