5. Особенности электронных приборов свч с динамическим управлением электронным потоком. Общий принцип действия электровакуумных приборов свч о-типа

Инерция электронов является основной причиной резкого снижения выходной мощности ЭВП СВЧ со статическим управлением при увеличении рабочей частоты. Значительное увеличение рабочей частоты и выходной мощности достигается в ЭВП СВЧ специальной конструкции, в которых полезно используется время пролета электронов. Создание таких приборов оказалось возможным в результате применения метода динамического управления электронным потоком. Сущность метода динамического управления электронным потоком сводится к тому, что на постоянный по плотности ускоренный электронный поток воздействуют СВЧ полем, которое изменяет во времени по периодическому закону скорость

электронов. При дальнейшем движении электроны вследствие разницы в скоростях изменяют свое взаимное положение так, что при определенных условиях в электронном потоке происходит образование областей с повышенной плотностью (сгустков). Далее обеспечивают передачу энергию от сгустков электронного потока внешней колебательной системе. Другими словами, метод динамического управления сводится к модуляции электронного потока по скорости, превращению модуляции по скорости в модуляцию по

плотности и передаче энергии от электронного потока в колебательную систему. При динамическом управлении время пролета электронов имеет решающее значение, так как только в процессе длительного движения электронов возможно группирование их в сгустки. Модуляцию электронного потока по скорости осуществляют СВЧ колебаниями, которые необходимо усилить, или для этого используют часть энергии, отводимой в модулирующее устройство через цепь обратной связи (в генераторах). Превращение модуляции по скорости в модуляцию по плотности осуществляют в процессе движения электронов в пространстве взаимодействия с СВЧ полем, либо в тормозящем электростатическом поле, либо в пространстве свободном от полей. Преобразование энергии сгруппированного ускоренного потока электронов в энергию СВЧ колебаний происходит в результате торможения сгустков в переменном электрическом поле колебательной системы. ЭВП СВЧ с динамическим управлением делятся на две группы:

1. Приборы с кратковременным (дискретным) взаимодействием электронов с электромагнитным полем.

2. Приборы с длительным (распределенным) взаимодействием.

В приборах с кратковременным взаимодействием модуляция электронов по скорости и группирование электронов разнесены в пространстве и во времени. В приборах второй группы модуляция электронов по скорости и группирование электронов происходит при совместном движении электронов и поля бегущей волны на всем пути их движения.

ЭВП СВЧ представляют собой наиболее обширную группу СВЧ приборов, действие которых основано на использовании свойств потока свободных электронов, движущихся в условиях вакуума при давлении Р = 10 -6 мм рт.ст. ЭВП СВЧ способны усиливать и генерировать сигналы во всем диапазоне СВЧ при уровне мощности от весьма малых до исключительно больших значений. Группирование электронного потока по плотности является необходимым условием для преобразования энергии электронов в энергию колебаний СВЧ во всех видах ЭВП СВЧ и во многом определяет эффективность самого преобразования. При однородном электронном потоке в тормозящие и ускоряющие фазы переменного электрического поля колебательной системы будет попадать одинаковое количество электронов, что приведет в среднем к нулевому энергообмену. Для достижения эффекта передачи энергии электронов колебательной системе необходимо обеспечить повышенную концентрацию электронов в тормозящей фазе поля, т. е. группирование электронов. Во всех приборах этап торможения электронов не может предшествовать этапу ускорения, так как отобрать энергию можно лишь в том случае, если она у электронов уже есть. ЭВП СВЧ, в которых происходит преобразование кинетической энергии ускоренных электронов в энергию колебаний СВЧ, называются приборами О-типа. В таких приборах этапы преобразования кинетической энергии электронов в энергию колебаний СВЧ происходят при прямолинейном движении электронов в междуэлектродных промежутках, расположенных внутри вакуумной оболочки прибора, при этом порядок расположения промежутков может быть различным у разных видов ЭВП СВЧ.