Лампы бегущей волны (лбв)
Принцип действия ЛБВ основан на взаимодействии электронного потока с замедленной волной электромагнитного поля, распространяющегося вдоль замедляющей системы в продольном магнитном поле (рис.5). Электроны, вылетающие из катода в результате термоэлектронной эмиссии, дрейфуют от катода к аноду вдоль замедляющей системы (ЗС) под действием ускоряющего электрического поля анода, группируясь (фокусируясь) в тонкий циллиндрический пучек под действием продольного постоянного магнитного поля. На входе в ЗС под воздействием входного СВЧ сигнала электронный пучек модулируется по скорости, т.е. электроны приобретают различные скорости: ускоряются, если СВЧ поле их ускоряет дополнительно к полю анода; или замедляются, если СВЧ поле их тормозит относительно скорости, определяемой постоянным электрическим полем анода.
Рис.5
В пространстве дрейфа электронный поток группируется в «сгустки», которые, двигаясь к аноду, взаимодействуют с замедленной замедляющей системой электромагнитной волной.
Причем, «сгусток» электронного потока отдает энергию этому замедленному полю, тем самым усиливая его, лишь в том случае, если «сгустки» находятся в тормозящей фазе СВЧ поля. В ускоряющей фазе СВЧ поля электроны просто отсутствуют (дрейфует т.н. «разряженность» электронного потока); поэтому просто нечему отбирать энергию от СВЧ поля. Таким образом, в итоге происходит усиление входного СВЧ сигнала. А продольное постоянное магнитное поле компенсирует взаимное расталкивание электронов в «сгустках».
Параметры современных ЛБВ: рабочие диапазоны частот: 1–2ГГц, 2–4ГГц, 4–8ГГц; 8–12ГГц; 12–16ГГц; Рвых ~100Вт; 1 кВт; Кр до 45дБ; КПД до 70%.
В современных ЛБВ фокусирующая магнитная система выполняется пакетированной (набирается пакет магнитов из ферритовых колец).
Области применения ЛБВ: 1) спецтехника СВЧ диапазона, 2) бортовые РПДУ спутникового телевещания (f=11–15ГГц; Рвых~100Вт).
Обозначение в КД: УВ и далее следует заводской номер.
Магнетроны (м)
Магнетрон представляет собой двухэлектродный СВЧ генераторный прибор (рис.6), основанный на взаимодействии e-потока с электромагнитным ВЧ полем при движении электронов от катода к аноду в поперечном постоянном магнитном поле. Конфигурация анода магнетрона в поперечном сечении и варианты возможных траекторий движения электронов в поперечном магнитном поле представлены на рис.6 и 7. В аноде магнетрона прорезаны резонаторы (обычно 8–12 шт.). Частота выходного сигнала магнетрона определяется частотой настройки его резонаторов. Все они настроены на одну и ту же частоту. Все резонаторы связаны с областью дрейфа e-потока (пространством между анодом и катодом) щелью связи.
Все траектории движения электронов под действием двух постоянных полей: электрического ускоряющего (напряжение между анодом и катодом) и поперечного магнитного по своей математической сути есть циклоиды.
Если электрон, пролетая вдоль щели связи, попадает в тормозящую фазу СВЧ поля, возбужденного в резонаторе, он тормозится этим полем и отдает ему свою энергию–энергию источника питания, усиливая СВЧ поле. Если же электрон, пролетая вдоль щели связи, попадает в ускоряющую фазу СВЧ поля, он ускоряется этим полем, а следовательно, отбирает у него энергию.
За счет модуляции электронного потока по скорости (следовательно, и по плотности) электронное облако группируется в т.н. «спицы», представляющие собой вращающиеся «сгустки» и «разряженности» электронного потока. Число «спиц» при этом равно числу резонаторов анода. Если за счет выбора режима обеспечить синхронизм вращения электронного облака с изменением направления СВЧ поля на щелях резонаторов, так что «спица», представляющая собой «сгусток» электронов, будет всегда проходить щель при тормозящей фазе СВЧ поля на ней, то поле будет усиливаться, за счет чего возникнет генерация СВЧ поля на собственной частоте резонаторов анода магнетрона.
Рис.6
Рис.7
Магнетроны являются одним из самых мощных современных электронных генераторных приборов. В непрерывном режиме их мощность может достигать нескольких десятков кВт, в импульсном–несколько десятков МВт при очень высоких КПД (до 80%).
Основная область использования магнетронов–спецтехника (в частности–радиолокация). Но и в бытовой технике они используются чрезвычайно широко–в бытовых микроволновых печах СВЧ. Для этих целей налажен выпуск специальных магнетронов на частоту 2,45ГГц с уровнем выходной мощности ~800–900Вт.