13.5.3. Амплитрон — магнетронный усилитель мощности

Усилитель мощности СВЧ с высоким КПД создается на основе конструкции, в которой замедляющая система разомкнута, а элект­ронный поток замкнут (рис. 13.16).

В амплитроне используется цилиндрический анодный блок с оди­наковыми резонаторами и цилиндрический накаливаемый катод. Разрыв

Рис. 13.16. Схема амплитронного усилителя мощности

кольцевых связок, поддерживающих противофазность колеба­ний в соседних резонаторах, позволяет разделить входную и выходную цепи СВЧ.

Статическое электрическое поле создается между анодом и катодом. Статическое магнитное поле действует между торцами анодного блока, причем его полярность выбрана так, что электронный поток движется навстречу потоку СВЧ-энергии в системе резонаторов. Для снижения опасности самовозбуждения из-за связи выходной и входной цепей число резонаторов N делается нечетным, что нарушает противофазность при переходе от выход­ного резонатора к входному, а между входом и выходом по резона-торной системе устанавливается поглотитель СВЧ-энергии.

Как и в многорезонаторном магнетроне, в амплитронном усили­теле синхронное движение электронов в поле обратной простран­ственной гармоники приводит к образованию электронных сгустков, подобных язычкам или спицам. Они не успевают разрушаться полно­стью при проходе промежутка между входом и выходом, поэтому в амплитроне имеется обратная связь по электронному потоку. В результате этого усиление мощности происходит благодаря фазо­вой синхронизации колебаний входным СВЧ-сигналом. Если высоко­частотный входной сигнал отсутствует или его мощность мала, то из-за замкнутого электронного потока происходит самовозбуждение такого усилителя на собственной частоте. На амплитудной характе­ристике такого усилителя (рис. 13.17) отмечено значение пороговой мощности Р_пор, ниже которой отсутствует синхронизм между вход­ным и выходным сигналом — эта область заштрихована.

Преимуществами амплитронного усилителя являются: а) возмож­ность получения коэффициента усиления 10—20 дБ при очень высо­кой мощности выходного сигнала, близкой к достигаемой в магнет-

Рис. 13.17. Амплитудные характеристики амплитрона

ронах (до 500 кВт в непрерывном и до 3 МВт в импульсном режиме); б) высокий электронный КПД (до 80 %). Полоса рабочих частот уси­ливаемого сигнала составляет 5—10 %, причем большие ее значения соответствуют меньшему коэффициенту усиления. Амплитронные усилители иногда включают каскадно для достижения одновременно большого усиления и уровня выходной мощности при заданной полосе рабочих частот.

Источник большой мощности СВЧ-сигнала с высокой стабиль­ностью частоты — стабилотрон — получают, включая на входе амп­литрона вместо источника входного сигнала высокодобротный ста­билизирующий резонатор, а на выходе несогласованный делитель мощности. Отражение от делителя мощности создает обратную связь и приводит к самовозбуждению стабилотрона, а стабилизирующий резонатор на входе обеспечивает малую нестабильность частоты.