36. Генераторы и передатчики свч на пролетных клистронах

Клистроном называется электровакуумный прибор с динамическим управлением электронным потоком. Конструктивно клистрон представляет собой стеклянную или металлическую колбу, внутри которой создан вакуум и помещены электроды. Различают два типа клистронов: пролетные и отражательные. Пролетные клистроны могут работать как усилители, умножители или генераторы. В радиосредствах гражданской авиации они используются в мощных радиолокационных передатчиках, телевидении дециметрового и сантиметрового диапазонов, а также в тропосферной и космической связи. Отражательные клистроны работают только в режиме самовозбуждения и используются в качестве автогенераторов.

У стройство усилительного двухрезонаторного клистрона показано на рисунке. Он состоит из электронной пушки, в состав которой входит катод и дополнительные электроды, фокусирующие электроны в узкий луч, двух объемных резонаторов и кол. лектора. На фокусирующее устройство подается небольшой отрицательный потенциал относительно катода. Изменяя значение этого потенциала, можно регулировать ток луча. Между катодом и коллектором приложено большое постоянное положительное напряжение Его коллектор соединен с резонаторами. Поэтому резонаторы и коллектор находятся под одинаковым потенциалом относительно катода. Каждый резонатор представляет собой полый тороид, внутреннее отверстие которого с двух сторон прикрывается сетками, служащими обкладками конденсатора. Полость тороида является индуктивностью. Таким образом, объемный резонатор является колебательным контуром.

Принцип действия клистрона основан на управлении электронным потоком по скорости. Вылетевшие из катода электроны ускоряются большим постоянным напряжением Е₀ и, устремляясь к коллектору, последовательно пролетают между сетками первого резонатора, пространство между резонаторами, сетки второго резонатора и попадают на коллектор. Ускорение электронов происходит на участке между катодом и первым резонатором. На этом же участке происходит преобразование потенциальной энергии электрического поля, создаваемого источником питания, в кинетическую энергию движения электронов. Дальше электроны движутся в направлении коллектора по инерции. Следовательно, передача энергии от источника ускоряющего напряжения электронному потоку происходит на участке, где нет высокочастотного поля.

Отличия клистрона от обычных низкочастотных ламп состоят в следующем.

1. В клистроне используется электродинамическое управление электронным потоком, основанное на скоростной модуляции и группировке электронов.

2. Время пролета электронов в пространстве дрейфа полезно используется при работе клистрона.

3. Функции электродов разделены:

а) катод выделен из состава высокочастотной цепи;

б) ускорение электронов осуществляется в промежутке перед высокочастотным управляющим зазором между сетками резонатора;

в) отбор высокочастотной энергии от электронов осуществляется в выходном резонаторе, а остатки энергии электронов отдаются в виде тепла другому электроду — коллектору.

4. В качестве резонансной системы используются объемные резонаторы, как наиболее полно отвечающие требованиям диапазона СВЧ.

5. Используется принцип наведения тока в зазоре выходного резонатора.

Двухрезонаторные клистронные усилители по сравнению с приборами с электростатическим управлением имеют следующие преимущества:

а) более высокий КПД в сантиметровом диапазоне волн;

б) небольшие мощности, потребляемые от источника возбуждения;

в) способность работать в диапазоне более высоких частот.