Modul1_Otvety

Генераторные лампы ультракороткого и дециметрового диапазонов предназначены для генерирования и усиления колебаний СВЧ диапазона. Значительная группа этих ламп рассчитана на работу в схеме с общей сеткой, которая характерна высокой устойчивостью работы генераторов высокочастотных колебаний на триодах и устраняет необходимость нейтрализации проходной емкости. В схемах с заземленной сеткой выходной колебательный контур включен между сеткой и анодом. Выходной емкостью в этом случае является емкость между анодом и сеткой, а проходной - емкость между анодом и катодом. Т.к. генераторные лампы, предназначенные для работы в этих схемах, имеют, как правило, небольшую проницаемость, то возможно проходную емкость сделать достаточно малой, чем достигается устойчивая работа схемы на высоких частотах. Импульсные генераторные и модуляторные лампы используются в схемах импульсных СВЧ генераторов и импульсных модуляторов радиорелейных линий связи, радиолокационных станциях и других устройствах. В качестве импульсных модуляторных ламп, как правило, используются тетроды, работающие при малом напряжении анода во время разряда накопительной емкости, я также не требующие больших сеточных напряжений или запирания лампы.

62. Поясніть природу виникнення лампових шумів. Опишіть дробовий ефект. Наведіть вирази для середнього квадрату флуктуацій анодного струму вакуумного діоду та тріоду. Які ще види шумів Ви знаете?

Возникновение шумов в лампах и полупроводниковых приборах приемника обусловлено неравномерностью электронных потоков. Это явление - дробовый эффект - сказывается тем сильнее, чем больше электродов содержит лампа.

Дробовий ефект

інтервал часу вимірювання за який усереднюється п Хаотичність теплового руху електронів в катоді лампи призводить до того, що в кожен момент часу кількість електронів,

що мають енергією, достатньою для подолання потенційного бар'єру на межі катод -вакуум, чи знаходяться близько від цієї межі, виявляється різною. В результаті виникають флуктуації струму емісії - дробовий ефект.

Шумы: токораспределения (флуктуации анодного тока, вызванные флуктуациями коеф. Передачи а); мерцания (изменение эмисионной способности катода); ионизации (вызваны ионизацией газа); динатронного эффекта (вызванные попаданием вторичных электронов на анод лампы); микрофонного эффекта (вследствии различных механических воздействий изменяеться расстояние между ее электродам, что ведет к изменению величины анодного тока.

63. Поясніть природу виникнення лампових шумів. Опишіть ефект струморозподілення. Наведіть вирази для середнього квадрату флуктуацій анодного струму вакуумних багатоелектродних ламп. Які ще види шумів Е)и знаете?

див п.62

64. Поясніть природу виникнення лампових шумів. Опишіть флуктуації за рахунок вторинної електронної емісії. Наведіть вирази для середнього квадрату флуктуацій анодного струму. Які ще види шумів Ви знаете?

див п.62

Флукуації за рахунок вторинної електронної емісії Флуктуации анодного тока могут быть вызваны наличием вторичной электронной эмиссии из электродов,

слюдяных держателей и из стекла баллона. Количество вторичных электронов не остается постоянным, поэтому изменяется количество электронов, попадающих на анод, и возникают флуктуации анодного тока. Шумы, вызванные попаданием вторичных электронов на анод лампы, называют шумами динатронного еффекта.

Надайте характеристику електростатичного та динамічного способів керування електронним потоком в Електровакуумних приладах. Наведіть визначення кута прольоту електронів.

За типом керування електронним потоком прилади поділяються на два класи: з електростатичним та динамічним керуванням. До першого класу належать НВЧ тріоди та тетроди. Прилади другого класу поділяються на прилади типів "О" та "М".

Електростатичний спосіб широко використовується у довгохвильовій радіотехніці і реалізується в добре відомих тріодних, тетродних та пентодних генераторах, що мають наступні загальні риси:– перетворення рівномірного по щільності електронного потоку в модульований по щільності потік досягається в просторі

катод – сітка;– взаємодія потоку змінної щільності з електромагнітним полем, що приводить до відбору енергії відбувається в просторі сітка – анод. - ці два процеси розділені не лише в часі, а і в просторі.

В електронних приладах з динамічним керуванням електронним потоком формування згустку здійснюється шляхом безпосереднього впливу електричного поля на швидкість руху електронів, а не на його густину, як у приладах зі статичним керуванням. Унаслідок різниці швидкостей електронів потік змінюється за густиною в перебігу подальшого руху електронів. Взаємодія модульованого за густиною електронного потоку з НВЧ полем призводить до передавання енергії полю.

Задля враховування впливу часу прольоту електронів у міжелектродному просторі, який стає порівнянним з періодом НВЧ коливань, зручно ввести поняття "кут прольоту" θ. Він означає зміну фази змінної напруги за час прольоту τ електрона між електродами і визначається за виразом θ = 2πτ/T = ωτ.

Наведіть та поясніть схему нетривалої взаємодії електронного потоку з високочастотним полем. В яких приладах 1ІВЧ вона використовується?

Перша область – це електронна гармата з електронно-оптичною системою, що забезпечує емісію, формування і прискорення електронного пучка в електростатичному полі, енергія якого перетворюється в кінетичну енергію електронів.

Друга область – зазор-модулятор шириною d, в якому відбувається зміна швидкості електронів. Причому необхідне обмеження d< де – довжина хвилі сигналу модуляції.

Третя область – простір групування, в якому відбувається ущільнення згустків електронів по щільності, завдяки модуляції по швидкості залежно від фази поля модуляції (позитивний або негативний приріст швидкостей) Згустки формуються навколо нульових електронів, які проходять модулятор в нульову фазу НВЧ коливань поля. Довжину простору групування вибирають згідно умови максимальної глибини модуляції електронного потоку по щільності.

EНВЧ

катод

d

U0

Наведіть та поясніть схему тривалої (розподіленої) взаємодії електронного потоку з високочастотним полем. В яких приладах НВЧ вона використовується?

Рівномірний електронний потік рухається спільно з електромагнітною хвилею, що біжить. Важливим є досягнення умови фокусування по швидкості - рівності фазової швидкості хвилі, що біжить (vф) і швидкості електронного потоку (vе). Ця умова досягається при використанні уповільнюючих систем. При виконанні фокусування по швидкості електромагнітну хвилю і електрони можна представити взаємно нерухомими і в системі відліку електрона на нього діє майже постійне електростатичне поле. Електрони, що знаходяться в гальмівній фазі електромагнітного поля отримують негативний приріст швидкості, а електрони, які знаходяться в фазі прискорення, – отримують позитивний приріст швидкості. Як і в способі групування з короткочасною взаємодією, максимальна щільність електронів в пучку формується довкола електронів, що знаходяться в нульовій фазі хвилі. Відмінність і переваги в порівнянні з нетривалою взаємодією є те, що простір взаємодії і простір модуляції поєднані, знімаються складнощі довжиною зазору і збільшується час модуляції електронного пучка. Відбір енергії від модульованого по щільності ЕП до поля хвилі, що посилюється здійснюється аналогічними, а інколи і тими пристроями (відбивні клістрони, ЛЗХ, ЛБХ), якими і проводилася модуляція.

Дайте визначення швидкісної та фазової умов, які забезпечують ефективну взаємодію електронів з ІІВЧ тюлем. При використанні яких пристроїв ці умови досягаються?

Для оцінки впливу часу прольоту електронів на ефективність використання електровакуумного приладу зазвичай використовують кут прольоту електрона

2 f e .

Якщо кут прольоту не перевищує 0,1 , обмеженням швидкості електронів можна знехтувати. В протилежному випадку ефективність роботи приладу швидко падає із зростанням частоти.

Важливим в процесі відбору енергії електронів є фазове фокусування, виконання якого забезпечує перенаселеність електронів в гальмуючій фазі поля, яке посилюється – умова передачі кінетичної енергії електронного потоку полю за рахунок гальмування електронів цим же полем . Для цього необхідне виконання ефективного групування електронів по щільності, що і забезпечується пристроями модуляції електронного потоку по швидкості та по щільності.

Прилади М- типу мають механізми групування подібний до магнетрона, в якому напрямок вектора електричного поля, що задає початкову швидкість електронів, перпендикулярна напрямку вектора магнітного поля. В приладах О- типу (ЛБВ, клістрон, ЛОВ) електричне та магнітне поля паралельні одне одному.

Коротко поясніть основні параметри приладів НВЧ.

До основних параметрів відносять коефіцієнт посилення, вихідну потужність, ККД, смугу пропускання, шумові характеристики вихідну потужність, ККД, діапазон перебудови частоти, характеристики стабільності генерації. Коефіцієнт посилення визначається відношенням вихідної потужності Рвих до вхідної

Рвх. Зазвичай цю величину визначають в децибелах: Ку(р) = 10 lg(Рвих/Рвх).

Ширина смуги пропускання ∆f визначається добротністю резонаторів для резонансних підсилювачів і смугою пропускання систем уповільнення хвилі, узгодженої із зовнішніми лініями передачі, для нерезонансних підсилювачів. Коефіцієнт корисної дії визначається як відношення вихідної потужності до сумарної споживаної потужності Р0: = Рвих/Р0. Коефіцієнт шуму показує, в скільки разів відношення потужностей сигналу і шуму на виході підсилювача менше цього відношення на вході: Кш = (Рш/Рш.вх)/(Рвих/Рш.вих). Для характеристики шумів використовують також поняття шумової температури Тш: Кш = 1 + Тш/290 , Тш = 290(Кш - 1). Діапазон налаштування генератора характеризується коефіцієнтом перекриття δп = fmax/fmin,

Дайте визначення, наведіть схему та поясніть принцип дії відбивного клістрона.

Відбивний клістрон — електровакуумний прилад, що працює за принципом короткочасної взаємодії електронів з електричним полем одного резонатора в якому електрони, пролетівши в одному напрямку, повертаються гальмівним полем відбивача і повторно пролітають зазор резонатора. Роботу відбивного клістрона можна пояснити таким чином. Електрони, прискорені напругою Uрез, потрапляють у резонатор, де вони модулюються за швидкістю коливаннями високочастотного електричного поля. Пролетівши резонатор, електрони потрапляють в простір між резонатором і відбивачем. Останній, маючи негативний потенціал, гальмує електрони і повертає їх назад в резонатор. При гальмуванні і поверненні електрони формуються в згустки.

Наведіть та опишіть просторово-часову діаграму проходження електронами області взаємодії відбивного клістрона. В чому відмінність групування електронних згустків в пролітному та в у відбивному клістроні?

v0). Як показано, електрони 1, 2, 3 залежно від часу вильоту пройдуть різні шляхи z і затратять на це різний час, але при певній напрузі на відбивачі можуть вернутися в резонатор у один і той же час tn.

Коротко опишіть початок роботи відбивного та прольотного клістронів в Якості генераторів 1ІВЧ коливань. Назвіть для чого ще можуть використовуватись клістрони?

Щоб клістрон працював в режимі генератора із самозбудженням, створюється внутрішній або зовнішній ланцюг зворотного зв'язку. Зовнішній ланцюг зворотного зв'язку зазвичай складається із пристрою зміщення фази коливань для створення умов балансу фаз і атенюатора, для підбору балансу амплітуд. У ланцюг зворотного зв'язку часто включається резонатор, налаштований на робочу частоту клістрона, який сприяє підвищенню стабільності частоти сигналу, що генерується. Відбивні клістрони застосовуються як гетеродини НВЧ - приймачів, задавальні генератори передавачів, малопотужні однокаскадні генератори передавачів і у вимірювальній техніці.

Дайте визначення, наведіть схему та поясніть принцип дії лампи хвилі що біжить (ЛБХ).

Лампою хвилі що біжить (ЛБХ) називають прилад, який працює по принципу розподіленої взаємодії електронного потоку з прямою, рухомою уповільненою електромагнітною хвилею. Джерелом електронів є електронна гармата, утворена катодом, керуючим електродом, першим та другим анаодами. Електронна гармата забезпечує необхідну швидкість, начальне фокусування та керування струмом електронного потоку. Керування струму потоку відбувається за допомогою керуючого потенціалу Uкер. Швидкість потоку визначається прискорюючим потенціалом U0.

Рисунок 7. Лампа хвилі, що біжить: 1- катод; 2 – керуючий електрод; 3—перший анод; 4 — другий анод; 5 — вхідний хвилевід; 6 — перехід, що погоджує; 7—спіральна уповільнююча система; 8—локальний поглинач; 9—вихідний хвилевід: 10 — колектор; 11 — пристрій узгодження; 12 — фокусуюча система.

Для створення магнітного поля застосовується соленоїд або кільцеві магніти фокусуючої системи, які дозволяють отримати кращу якість фокусування пучка. У якості хвилеводно-коливної системи ЛБХ використовується спіраль, яка разом з кожухом складає спіральну уповільнюючу систему. Електронний пучок,

усередині спіралі, спочатку модулюється по швидкості і щільності подовжньої складової НВЧполя хвилі, а потім віддає частку енергії своїх електронів цій хвилі, що приводить до посилення вхідного сигналу.

Перехід, що погоджує, є елементом спіральної уповільнюючої системи з вхідним і вихідним хвилеводами. До вхідного хвилеводу підводиться сигнал посилення, а посилений відводяться вихідним хвилеводом. Для підстроювання узгодження вхідного і вихідного хвилеводів з уповільнюючою системою передбачені елементи налаштування пристрою узгодження. Для розв'язки виходу і входу ЛБХ, а також запобігання самозбудженню на систему кріплення спіралі наносять шар поглинача (локальний поглинач). Поглинач розташовують на достатньому видаленні від входу, щоб забезпечити хороше групування електронів, і на достатньому видаленні від виходу, щоб забезпечити максимальну передачу енергії пучка НВЧ - полю (отримати великий коефіцієнт посилення).

Дайте визначення, наведіть схему та поясніть принцип дії лампи зворотної хвилі (ЛЗХ).

Лампою зворотної хвилі (ЛЗХ) називається електровакуумний прилад, заснований на принципі тривалої взаємодії електронів зі НВЧполем хвилі, рухомої у зворотному напрямі по відношенню до електронного потоку. В якості коливально - хвилеводної системи в ЛЗХ використовуються широкосмугові уповільнюючі системи. Електронний пучок формується гарматою, що складається з катода, фокусуючого електроду першого і другого анодів. Сфокусований електронний пучок минає уздовж уповільнюючої системи типа «зустрічні штирі» і потрапляє на колектор. Фокусування електронів в процесі їх руху уздовж уповільнюючої системи здійснюється, як в ЛБХ, соленоїдом або кільцевими магнітами (пакетовані ЛЗХ). Виведення НВЧенергії через ступінчастий перехід електрично сполученим із кінцем уповільнюючої системи, біля електронної гармати. Протилежний її кінець навантажений на узгоджений опір (поглинач). Узгоджений опір усуває паразитний зворотний зв'язок в ЛЗХ, що виникає за рахунок повторних віддзеркалень.

Рис.10. Лампа зворотної хвилі: 1 — катод; 2 — фокусуючий електрод; 3 — перший анод; 4 —другий анод; 5 — уповільнююча система; 6—колектор; 7—навантаження уповільнюючої системи; 8 —вивід енергії; 9

—фокусуюча система.

Дай те визначення, наведіть схему та поясніть принцип дії магнетрона.

Магнетроном називається генераторний прилад М-типу, в якому анод і катод є коаксіальними циліндрами, постійне магнітне поле є аксіальним та перпендикулярним електричному полю прискорення, а уповільнююча система є резонансною.

Принцип дії багаторезонаторного магнетрона базується на поєднанні методів короткочасної і тривалої взаємодії електронів із високочастотним електричним полем системи резонаторів, які утворюють замкнуту на себе уповільнюючу систему з вузькою смугою частот. Загальна схема багаторезонаторного магнетрона показаний на рис.13,а.

Рисунок 13. Загальна схема магнетрону: а) схема-переріз приладу: 1 — анодний блок; 2 — катод; 3 — резонатори; 4 — простір взаємодії; 5

— петля зв язку для виводу НВЧ енергії; б) форма електронного потоку та траєкторії руху електронів

В чому відмінність приладів О- та М типів? Назвіть прилади які належать до цих типів.

Прилади М- типу мають механізми групування подібний до магнетрона, в якому напрямок вектора електричного поля, що задає початкову швидкість електронів, перпендикулярна напрямку вектора магнітного поля. В приладах О- типу (ЛБВ, клістрон, ЛОВ) електричне та магнітне поля паралельні одне одному.

Наведіть мови резонансу анодного блоку маг нетрона, охарактеризуйте класифікацію видів коливань НВЧ на яких працює магнетрон.

Умовою резонансу анодного блоку магнетрона так само, як і звичайного кільцевого резонатора, є ціле число довжин хвилі, що укладаються по колу кільця-структури.

Якщо позначити довжину хвилі в уповільнюючій системі упов, то умовою резонансу анодного блоку магнетрона буде 2 ra = n упов ,

де ra — внутрішній радіус анодного блоку магнетрона; п = 0, 1, 2, 3 ...

Цю ж умову можна виразити через різницю фаз коливань ( у будь-яких двох сусідніх резонаторах:N = 2 πn,де N — число резонаторів.

Різниця фаз коливань в резонаторах може набувати тільки дискретних значень: =2 n / N. Види коливань анодного блока визначаються номером або величиною фазового зсуву .

Багаторезонаторні магнетрони працюють на коливаннях n=N/2, або - виду ( = 180°), так як при цьому виді коливань забезпечуються найкращі характеристики генератора. Робота на - виді потребує парної кількості резонаторів. У коливань - виду кількість спиць дорівнює половині кількості резонаторів.

Наведіть та поясніть умови потрійного резонансу необхідних для робот и ГДВ.

Для збудження коливань в ГДВ необхідне виконання умов так званого «потрійного» резонансу:

а) «часовий» резонанс – частота «випадкової» модуляції щільності електронного пучка (або її гармоніка) повинна збігатися з частотою власного s- коливання у ВР nωmod = ωs;

б) «просторовий» резонанс – кут дифракційного випромінювання повинен відповідати одному з максимумів в кутовому спектрі плоских хвиль, створених s-коливання у ВР (наприклад, φ ≈π/2);

в) резонанс швидкостей або фазовий синхронізм – швидкість електронного пучка (точніше швидкість повільної хвилі просторового заряду в пучку) повинна дорівнювати фазовій швидкості одній з повільних просторових гармонік електричного поля s- коливання, зосередженого поблизу періодичної структури.

Слід зазначити, що саме наявність «потрійного» резонансу у фізичному принципі дії ГДВ, а також розміщення вузла зв'язку далеко від електронного пучка, забезпечує високу якість вихідного сигналу – високу короткочасну стабільність частоти, вузьку ширину спектральної лінії і низький рівень шумів.