38. Генераторы и передатчики свч на лампах бегущей и обратной волны

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 ЛБВ и ЛОВ.

У стройство ЛБВ показано на рисунке. Принцип действия ЛБВ удобно рассмотреть по этапам.

1. Сначала допустим, что 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. Входной сигнал возбуждает в замедляющей системе колебания СВЧ. Они создают в лампе электромагнитное поле, перемещающееся вдоль оси спирали. При согласовании лампы с входным и выходным волноводами вдоль оси спирали распространяется только бегущая волна.

3. Источники, питания схемы включены, и на вход ЛБВ поступает сигнал СВЧ. 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 распространение поля бегущей волны вдоль нее также будет периодическое: области поля, тормозящего электроны, чередуются с областями, ускоряющими их.

Если скорость перемещения электронных сгустков несколько больше скорости волны, то сгустки переместятся в область тормозящего поля, т.к. в тормозящую область будет влетать электронов больше, чем вылетать из нее. Одновременно будет продолжаться процесс концентрации электронов в сгустках. При таком режиме работы ЛБВ движущиеся электронные сгустки в моменты торможения отдают часть своей энергии полю СВЧ, усиливая его. В результате мощность колебаний на выходе будет больше, чем на входе. Т.О., происходит процесс усиления колебаний СВЧ в ЛБВ.

Л ампа обратной волны является разновидностью лампы бегущей волны. Конструктивно ЛОВ имеет те же элементы, что и ЛБВ. Преобразование энергии в ЛОВ осуществляется так же, как и в ЛБВ: в результате длительного взаим-я электронного луча с э/м волной, распространяющейся в нерезонансной колебательной системе. Обычно ЛОВ работает на первой обратной пространственной гармонике, для к-ой выполняется условие синхронизма.

Различие между лампами в том, что в ЛОВ электромагнитная волна движется навстречу электронному потоку. ЛОВ может работать как в качестве усилителя, так и в качестве генератора, но чаще она используется как автогенератор. При работе в режиме усиления вход лампы располагается у коллектора, а выход – у электронной пушки. Усиливаемый сигнал подается на вход, и его волна движется навстречу электронному потоку. При движении их происходит группирование электронов в сгустки. Концентрация электронов в сгустках нарастает к выходу лампы, достигая максимального значения у начала электронного потока. Процесс группирования электронов принципиально не зависит от направления движения волны относительно направления электронного потока. Передача энергии полю СВЧ происходит при движении электронов в тормозящих полуволнах поля СВЧ.

Для эффективного взаимодействия скорость электронного потока так же, как и в ЛБВ, должна немного превышать скорость волны.

Вследствие того, что в лампе обратной волны энергия поля СВЧ нарастает в направлении, обратном движению электронного потока, через электронный поток осуществляется внутренняя обратная связь и часть энергии волны возвращается электронному потоку, что способствует самовозбуждению. При определенной скорости движения электронного потока обратная связь становится положительной, т. е. выполняется баланс фаз. Второе условие самовозбуждения – баланс амплитуд – достигается подбором тока электронного потока.

Лампы бегущей – прямой и обратной – волны подразделяются на две основные группы, различающиеся направлением и назначением постоянного магнитного поля: типа О и типа М. В лампах типа О постоянное магнитное поле продольное, оно направлено вдоль электронного потока и предназначено только для фокусировки прямолинейного электронного потока. В лампах типа М постоянное магнитное поле – поперечное, оно направлено перпендикулярно постоянному электрическому полю.