книги из ГПНТБ / Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие]

71

Стабильность частоты гетеродина в рассматриваемой схеме может быть получена такой не, как при использовании ЛЕВ, толь­ ко в режиме--генерирования при уолопни правильного выбора ре­ жима лампы по входной мощности и достаточно выоокой добротнооти контура в цепи обратной овязи.

Л И Т Е Р И J РА

1. Дробов С.А., Бычков С.и. Радиопередающие устройства. "Со­ ветское радио", 1969.

2. Кукк К .б ., Соколкнский В.Г. Передающие устройства многока­ нальных радиорелейных систем связи. "Связь", 1968.

3. Трошанов К.А. Радиоаппаратура на лампах бегущей волны. Судпрогиа ,1 9 6 1 ,

4.Минаев М.И. Особенности работы ЛБВ в режиме одновременного генерирования и усиления двух сигналов различных частот. Тезисы докладов Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио и связиста, секция электроники, Мооквв, 1971,

Г Л А В А I I I

МАГНЕТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ПЕРЕДАТЧИКИ

I . Общие сведения о магнетронных генераторах

Не останавливаясь на аналитических соотношениях и теории движения электронов в скрещенных электричес­ ких и магнитных полях, известных из программы других курсов, напомним краткую характеристику физических процессов в магнетроне.

При подаче постоянного анодного напряжения электро ны, имитируемые катодом, двигаясь в окрещенных электри­ ческом и магнитном полях, начинают описывать эпициклоидальние траектории, отмеченные на рис. 3.1 индексом 3.

'Рио, 3 .1 . Траектории движения электронов

Совокупность электронов образует электронный ро­ тор, вращающийся в пространстве взаимодействия с не­ которой угловой скоростью (Dp . Вначале этот ротор имеет форму цилиндра, плотность объемного заряда ко­ торого по всей окружности одинакова, Имеются, одна­ ко, малые флюктуации плотности объемного заря, хв флюктуации, а также тепловое движение электронов ко­ лебательной системы вызывают в ней флюктувционные ко­ лебания.

73

Колебательная система магнетрона представляет со­ бой замедляющую систему, замкнутую в кольцо. Замедляю­ щая система - это передающая линия, в которой скорость распространения радиоволн много меньше скорости света в свободном пространстве. Эффективное взаимодействие потока электронов с электромагнитным полем замедляю­ щей системы возможно в том случае, когда фазовая ско­ рость замедляемых волн примерно равна скорости пото­ ка электронов, а высокочастотное поле замедляющей

системы имеет составляющую, направленную вдоль электрон­ ного потоке. Замедляющая система многорезонаторного магнетрона, состоящая из системы связанных между собой контуров, имеет несколько резонансных частот, для каждой ив которых по окружности анодного блока укла­ дывается целое число длин волн. На этих частотах ам­ плитуда флюнтуационных колебаний имеет ыакоимуыы. Каждой из этих частот соответствует своя структура вы­ сокочастотного поля, т .е . вид колебаний. В магнетро­ нах используются колебания противофазного вида, или иначе вида 3f . При определенных условиях могут воз­ никать автоколебания и других видов, однако такие ко­ лебания неустойчивы и имеют низкий коэффициент полезно­ го действия. Поэтому при изготовлении и эксплуатации магнетронов принимают ряд мер, препятствующих их воз­ никновению. При нарастании анодного напряжения диаметр электронного ротора увеличивается. Угловая скорость его вращения возрастает.

При некотором значении анодного напряжения враще­ ние электронного ротора становится синхронным с изме­ нениями высокочастотного поля колебаний вида Я , Ма­ лые флюктуационные колебания вида ЗГ начинают эффек­ тивно в- ’.имодействовать с электронным потоком. Появляются сгустки электронов, которые попадают в тормозящее поле. Взаимодействие приводит к тому, что амплитуда колебаний вида Sf лавинообразно нарастает. Вместе с тем изменяется структура электронного ротора.

74

Высокочастотное поле обусловливает интенсивную груп­ пировку электронов. Неблагоприятные электроны отбра­ сываются на катод (траектория 4 ,рис,3 .1 ). Благоприят­ ные электроны собираются в сгустки, их траектория от­ мечена на рис. 3.1 индексом 5. Электронный ротор при­ нимает форму колеса со спицами. При работе магнетрона электронный ротор вращается синхронно с высокочастот­ ным полем, причем фаза вращения ротора такова, что сгустки электронов находятся в тормозящем поле тан­ генциальной составляющей электрического поля.

Многорезонаторный магнетрон имеет замкнутую замед­ ляющую систему, которая обладает резонансными свойства­ ми, позволяет создавать сильные поля и обеспечивает внутреннюю обратную связь в автогенераторах, работающих на фиксированных частотах.

Действительно, кольцевая система как бы замыкается сама на себя. В ней происходит наложение (интерференция) бегущих волн и поэтому могут существовать только такие волны, которые при интерференции не уничтожаются, т .е .

тема оказывается избирательной по частоте. Частоты, ко­ лебания которых после обегания по кольцу складываются в Фазе, являются резонансными частотами кольцевой замедляющей системы.

В кольцевой замедляющей системе волны будут скла­ дываться в фазе, если по периметру замедляющей системы укладывается целое число длин волн:

где е - период замедляющей системы;

и- число ячеек замедляющей системы;

л- ды.-па замедленной волны.

Другими словами, сдвиг по фазе на одну ячейку замед­

75

ляющей системы У может быть только таким, при котором суммарный фазовый набег по всему кольцу будет кратным 2ЯГ, т .е .

метру замкнутой замедляющей системы, называют номером вида колебаний. Каждому виду колебаний соответствует

При П = 0 колебания во всех резонаторах совпадают по фазе У = 0 , поэтому этот вид колебаний называют син­ фазным. Если П<= , то фазовый сдвиг между колебани­ ями в соседних резонаторах равен Of , и этот вид коле-

называют противофазным, или V -видом. Распределение электрического поля в замедляющей

<¥#э'#ейв И8 8 Ячеек (/V = 8 ) при разных видах колебаний Йзвбражено на рис. 3 .2 .

Колебания нулевого вида (П = 0 ) практического при­ менения не нашли, поэтому ниже не рассматриваются.

77

_ Изменение напряжения на резонаторе на величину

Ток, ответвляющийся в емкость С , равен разности токов входящего и выходящего из резонатора, т .е .

и!*

еозУЧ+^-фтяг (3-4>

Отсюда разность фаз на Одну ячейку (резонатор)

M * a i e e o s ( b $ - j £ f f i ) > (3 . 5 )

где j$e - фазовая постоянная замедляющей сис­

темы.

78

Согласно определению, фазовая скорость основной пространственной волны

Вид дисперсионной характеристики колебательной системы магнетрона представлен в виде кривой на рис. 7 .6 . Этот рисунок относится к колебательной оистеме без связок, имеющей нормальную дисперсию. Нормальной дисперсией обладает система, для которой

Устройство и назначение связок рассматривается ни­

же.

Колебания, существующие в магнетроне, должны одно­ временно удовлетворять дисперсионной характеристике и условию замкнутости

частота условию замкнутости соответствует несколько прямых, проходящих через начало координат . Покажем это. Пусть ii - время,в течение которого основная гар­

моника бегущей волны проходит расстояние между серединами щелей соседних резонаторов / . Это расстояние называют шагом замедляющей системы, или ее пространственным перио­