Конструкции и параметры приборов.

Рисунок 4. Конструкция прямопролетного двухрезонаторного клистрона. 1 - электронная пушка, 2 - входной резонатор, 3 - выходной резонатор, 4 - труба дрейфа, 5 - фокусирующая система, 6 - коллектор, 7 - входная антенна.

Параметры двухрезонаторного клистрона:

Электронный КПД клистрона: определяется как отношение мощности, передаваемой электронным пучком в выходной резонатор P_e, к мощности электронного пучка :

Эксперименты показывают, что максимально возможный КПД около 58%.

Полный КПД клистрона: определяется как отношение выходной мощности P_вых к мощности, подаваемой на вход прибора P_вх.

Обычно он выражается в децибелах:

Типичные значения коэффициента усиления по мощности для двухрезонаторного клистрона лежат в интервале 15 – 20 децибел.

Амплитудная характеристика двухрезонаторного клистрона представляет собой зависимость выходной мощности P_вых и коэффициента усиления μ_р от значения входной мощности P_вх:

Рисунок 5. Амплитудная характеристика двухрезонаторного клистрона

Зависимость P_вых от P_вх имеет линейный начальный участок, коэффициент усиления, определяемый как отношение этих мощностей, сохраняет на этом участке примерно постоянное значение. При дальнейшем увеличении входной мощности рост выходной мощности замедляется (имеет место эффект насыщения). Максимальное значение выходной мощности достигается при оптимальном группировании электронов в пространстве дрейфа (параметр группирования r 1.84 ). Дальнейший рост входной мощности ведет к перегруппировке электронов, разрушению электронной группы и уменьшению выходной мощности.

АЧХ: Она представляет собой зависимость выходной мощности от частоты сигнала.

Рисунок 6. Амплитудно-частотная характеристика клистрона

Полоса рабочих частот двухрезонаторного клистрона f определяется резонансными свойствами его электродинамической системы, ее относительное значение f/f обычно не превышает долей процента.

Рисунок 7. Конструкция ЛБВ. 1 - электронная пушка, формирующая и ускоряющая пучок; 2 - замедляющая система, создающая электромагнитное поле типа бегущей волны с фазовой скоростью порядка скорости электронов; 3 - поглотитель, предназначенный для устранения самовозбуждения ЛБВ; 4 - фокусирующая система, обеспечивающая проход электронного пучка через спираль замедляющей системы; 5 - коллектор, принимающий отработавший поток; 6,7 - ввод и вывод энергии.

К основным параметрам ЛБВ относятся:

Коэффициент усиления:

В реальных ЛБВ типичные значения коэффициента усиления при N=10...30 спиральной ЛБВ может составлять 40...60 дБ.

Амплитудная характеристика:

Рисунок 8. Амплитудная характеристика ЛБВ

Начальный участок характерис­тик линеен. С увеличением входной мощности наступает насыще­ние, вызванное смещением сгустка в область нулевого поля вол­ны вследствие торможения электронов при взаимодействии с волной. Коэффициент усиления ЛБВ имеет наибольшее значение на линейном участке характеристики, а электронный КПД — в максимуме амплитудной характеристики.

КПД: Для определения макси­мального значения электронного КПД необходимо рассматривать работу ЛБВ в нелинейном режиме и учесть влияние пространст­венного заряда. Кулоновские силы расталкивания, препятствуя группированию электронов, вызывают уменьшение коэффициента усиления и электронного КПД.

Частотная характеристика:

Зависимость выходной мощности (или коэффициента усиления) от частоты при фикси­рованной входной мощности. По ней можно определить ширину рабочей полосы час­тот ЛБВ, которая составляет от нескольких десятков до сотни процентов средней частоты диапазона. Широкополосность — осо­бенно ценное свойство ЛБВ.

Рисунок 9. Частотная характеристика ЛБВ

Фазовые характеристики ЛБВ:

Большое значение имеет зависимость фазы выходного сигнала от ускоряющего напряжения. При изменении этого напряжения меняется скорость электронов, что приводит к изменению фазы сигнала на выходе ЛБВ. Так как это изменение в большинстве случаев нежелательно, к стабильности источников питания ЛБВ предъявляются достаточно жесткие требования. Для оценки изменения фазового сдвига при изменении ускоряющего напряжения может быть использована формула:

где — изменение сдвига фазы входного и выходного сигналов, N — число длин волн, укладывающихся вдоль замедляющей системы, — изменение ускоряющего напряжения U₀. Сдвиг фазы в этой формуле измеряется в радианах. Из этой формулы следует, что фазовые искажения в ЛБВ линейно зависят от длины замедляющей системы. В ЛБВ со спиральной ЗС фазовые искажения, как правило, незначительны.

Шумовые характеристики ЛБВ:

Основным источником шума в ЛБВ, как и в других электровакуумных приборах, является дробовой шум электронного потока. Однако, в отличие от клистрона, этот шум не усиливается высокодобротным резонатором, поэтому ЛБВ относятся к сравнительно малошумящим приборам. Флуктуации плотности и скорости электронов возбуждают волны пространственного заряда в пространстве между катодом пушки и входом ЗС. Можно подобрать расстояние между анодом пушки и входом ЗС таким образом, чтобы на входе в ЗС существовал минимум шумового тока. В этом случае влияние дробового шума катода существенно снижается. Современные ЛБВ имеют коэффициент шума менее 3 дБ на частоте 3 ГГц и менее 4 дБ на частоте 10 ГГц.