0. Общая классификация электронных приборов свч.

В зависимости от характера взаимодействия электронов с электромагнитным полем все электронные приборы СВЧ делятся на приборы обычного и магнетронного типов.

СВЧ приборы О – типа – это приборы, у которых электронный поток и фиксирующее его магнитное или электростатическое поле в пространстве взаимодействия параллельны и кинетическая энергия электронного потока передается электромагнитной волне.

К приборам типа – О относятся: пролетные и отражательные клистроны, лампы бегущей и обратно волны О – типа и др.

Приборы М – типа – это приборы, в которых преобразование энергии источников питания в энергию высокочастотных колебаний происходит в результате взаимодействия электронного потока с волной в постоянных скрещенных электрическом и магнитном полях. В этих приборах электроны передают полю СВЧ потенциальную энергию.

К приборам М типа относятся: магнетроны, ЛОВ и ЛБВ типа М, амплитроны, стабилитроны, карматроны и т.д., всего около 30 разновидностей.

1.6. Применение метода эквивалентных схем для анализа свч приборов.

Режим работы электронных генераторов и усилителей определяется тремя основными факторами: свойствами электронного потока, параметрами колебательной системы и параметрами нагрузки.

Генераторы и усилители СВЧ по свойствам их высокочастотной цепи можно разделить на две группы:

1) приборы резонансного типа, высокочастотная цепь которых обладает в некотором диапазоне частот свойствами одиночного колебательного контура. В эту группу входят приборы, основанные на кратковременном взаимодействии электронов с зазором и содержащие полые резонаторы, а так же приборы с распределительным взаимодействием, замедляющая система которых работает в режиме стоячей волны и образует колебательную цепь с дискретными видами колебаний;

2) приборы нерезонансного типа с длительным взаимодействием, у которых колебательная система не обладает резонансными свойствами и возбуждается в режиме бегущей электромагнитной волны.

Анализ приборов первой группы удобно проводить, используя метод эквивалентных схем. По этому методу колебательная система, внешняя нагрузка и электронный поток представляются в виде параллельного контура с сосредоточенными элементами. Это позволяет исследовать многие важные общие свойства электронных приборов СВЧ независимо от их конкретного устройства и назначения. При этом эквивалентная схема любого электронного прибора СВЧ резонансного типа имеет вид (Рис.1.3),

Рис.1.3

где Y_e – проводимость, вносимая электронным потоком

Y_e = G_е + jB_e;

Y_полн – полная проводимость резонансной системы и нагрузки

Y_полн = G_н + G_п + jB_полн,

где G_н – проводимость нагрузки, пересчитанная к зазору выходного резонатора; G_п – проводимость потерь резонатора; jB_полн – реактивная часть полной проводимости.

Величины активной G_e и реактивной B_e составляющих проводимости, вносимой электронным потоком в выходной резонатор, являются в общем случае сложными функциями угла пролета электронов в зазоре , постоянного напряжения , постоянной составляющей тока , амплитуды высокочастотного напряжения и т.д:

Проводимости G_н, G_п, jB_полн являются функциями частоты.

В случае автогенератора в установившемся режиме на резонансной частоте контура вносимая электронным потоком отрицательная проводимость полностью компенсирует проводимость потерь и нагрузки

(1.7)

Решив систему уравнений (1.7), можно определить амплитуду колебаний и частоту в стационарном (установившемся) режиме.

Для самовозбуждения, т.е. нарастания во времени любых сколь угодно малых первоначальных колебаний необходимо, чтобы сумма активных проводимостей для малых флюктуаций имела отрицательный знак:

(1.8)

Величина пускового тока , при которой начинается самовозбуждение колебаний, определяется из уравнения

(1.9).

При этом условие самовозбуждения приобретает вид

.

Система уравнений (1.7) позволяет найти зависимости частоты и выходной мощности от параметров электронного потока, колебательной системы и нагрузки.

Полный анализ поведения схемы может быть проведен, если при рассмотрении электроники прибора удалось получить выражение для проводимости, вносимой электронным потоком в контур (Y_e).

В приборах резонансного типа высшие гармоники тока и напряжения значительно ослабляются, т.е. при расчете можно использовать квазилинейный метод расчета нелинейных цепей, в котором пренебрегают влиянием высших гармоник.

Для определения Y_e используется два метода:

1. Метод заданного напряжения (поля) 2. Метод заданного тока

,

где – комплексная амплитуда первой гармоники наведенного тока; – комплексная амплитуда первой гармоники напряжения на зазоре.

Таким образом, одной из основных задач электроники приборов СВЧ является нахождение величины наведенного тока в зазоре выходного резонатора ( ).

Приборы с электростатическим управлением электронным потоком.