![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Хайков А.З. Клистронные усилители
.pdfка лишь 'качественный характер, но они у к а з ы в а ю т на необходи мость всесторонней оценки способов "выбора затуханий и расстроек резонаторов при реализации частотных характеристик различного вида. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены при решении з а д а ч синтеза.
Д л я клистронов с большим числом резонаторов д и а г р а м м ы ну
лей |
и полюсов соответственно усложняются . Существенной |
чертой |
|||||
этих |
д и а г р а м м является та особенность, что нули функций |
усиле |
|||||
ния |
и тока |
располагаются несимметрично |
относительно веществен |
||||
ной оси б на плоскости р. Следовательно, модуль |
функции |
усиления |
|||||
или |
тока не является четной функцией Q, |
ф а з а |
не является |
нечет |
|||
ной функцией |
Q. Поэтому при p = [Q |
|
|
|
|
||
JC H «(Q) |
^ 2 |
arg £ „ „ ( & ) |
|
|
|
(7.67) |
|
|
|
|
|
||||
К» „.(-Q) |
|
|
|
|
|
|
|
Аналогичные неравенства соответствуют функции /„ . Соотноше |
|||||||
ния |
(7.67) |
у к а з ы в а ю т на .принципиальное |
р а з л и ч и е м е ж д у |
функ |
|||
циями усиления клистрона и обычного многокаскадного |
усилителя . |
||||||
Это |
различие |
вызвано комплексным х а р а к т е р о м |
п а р а м е т р о в |
5 п л и |
учетом влияния несоседних резонаторов . Характерной особенно стью функции усиления клистрона является т а к ж е зависимость значений нулей от полюсов, соответствующих промежуточным ре
зонаторам . При изменении р а с п о л о ж е н и я какого-либо |
полюса Ьи |
(путем регулировки б* или Qk) р а с п о л о ж е н и е нулей Кип |
и 1п опре |
деленным образом изменится. |
|
8 г л а в а
ЧАСТОТНЫЕ Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И
8.1.Графоаналитический метод расчета частотных характеристик
Ч а с т о т н ая характеристика усилителя на многорезонаторном кли строне может быть, рассчитана с помощью д и а г р а м м ы нулей и по люсов его функции усиления по аналогии с расчетом частотной за
висимости Уоь который описывался в § 6Л. Впервые использование |
||
графоаналитического метода применительно к клистронным |
усили |
|
телям было п р е д л о ж е н о Олдом [77]. Он т а к ж е п о к а з а л , ка к с по |
||
мощью данного |
метода можно определять параметр ы резонаторов, |
|
если необходимо |
получить частотные характеристики с в о з м о ж н о |
|
большей полосой пропускаемых частот. |
|
|
Рассмотрим применение графоаналитического метода на приме |
||
ре усилителя на |
трехрезонаторном клистроне. Пр и малом |
сигнале |
функция усиления такого усилителя согласно ф-ле (7.7)
JS |
JS |
Р |
С \ |
/g |
J \ |
Н 3 _ " |
|
( p - b i ) ( P - b 2 ) ( p - & 3 ) ' |
|
|
|
где К — постоянный |
множитель, не влияющий на |
частотную ха |
|||
рактеристику . |
|
|
|
||
Н а |
рис. 8.1 .показано, как с помощью д и а г р а м м ы |
нулей и |
полю |
сов определяется значение модуля и ф а з ы функции Къз при неко
тором |
д = 1 Й . Очевидно, |
что |
модуль м н о ж и т е л я |
типа |
( Ю — б у |
|||||
дет равен |
длине |
вектора, |
идущего |
из точки p = |
Pi в точку p = iQ, а |
|||||
аргумент |
этого |
множителя |
равен |
углу |
м е ж д у |
соответствующим |
||||
вектором и осью б, отсчитываемому |
против часовой стрелки. |
|||||||||
Д л я каждог о |
значения О, с помощью |
графического |
построения |
|||||||
векторов, |
идущих из нулей |
и полюсов <в точку |
Q, могут |
быть най |
||||||
дены |
модуль и ф а з а |
Я н з ( й ) : |
|
|
|
|
|
|||
KH3(Q) |
= K |
ILJLzfd |
|
|
|
|
|
|||
н 4 |
|
|iQ — bi\\i |
й — 6 3 ||iQ — b3\ |
|
|
|
|
|||
^ |
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
a r g t f H 8 ( Q ) = Ф , 1 — V ф м . |
|
|
|
|
|
|||||
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<P6* = |
arg(iQ — bk), |
9 e t = |
arg(iQ — c j ) . |
|
|
|
Ш
Эти формулы |
легко обобщаются на случай |
д-резонаторного кли |
||||||||
строна. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть поставлена з а д а ч а получения наибольшей полосы пропу |
||||||||||
скания, при заданной .неравномерности ее частотной |
характеристи |
|||||||||
ки. Если могут |
изменяться |
лишь настройки |
резонаторов, |
то при |
||||||
расчете частотных характеристик число регулируемых |
п а р а м е т р о в |
|||||||||
(Qh) |
функции усиления равно числу резонаторов. |
Если |
ж е |
могут |
||||||
|
|
|
т а к ж е изменяться |
и |
затухания |
|||||
|
|
|
резонаторов, то |
число |
регули |
|||||
|
|
|
руемых |
п а р а м е т р о в |
(Qk |
й 6/0 |
||||
|
|
|
удваивается и без каких - либ о |
|||||||
|
|
|
отправных |
положений |
|
решение |
||||
|
|
|
такой задачи становится |
чрез |
||||||
|
|
|
вычайно |
с л о ж н ы м . |
|
|
|
|||
|
|
|
К а к уж е укавьгаалоеь'В гл. 7, |
|||||||
р и с |
g j |
|
в отличие от многокаскадног о |
|||||||
|
усилителя |
для |
|
«лиетронното |
||||||
|
|
|
усилителя пр и определении по |
|||||||
рядкового номера полюса, |
т. е. его соответствия |
резонатору, |
в а ж н о |
|||||||
знать, к а к о в ы как действительная, так и м н и м а я |
части этого |
полюса . |
||||||||
Соотношения затуханий резонаторо в не могут б ы т ь выбраны |
произ |
|||||||||
вольными. Из - за |
связи с возбудителем входной резонатор |
имеет за |
||||||||
тухание, большее, чем у промежуточных резонаторов, |
но |
меньшее, |
||||||||
чем |
у выходного |
резонатора . Если затухание |
промежуточных |
резо |
наторов м о ж е т регулироваться, то чем б л и ж е промежуточный ре
зонатор к выходному резонатору, тем целесообразнее |
дл я |
умень |
шения потерь иметь затухание этого резонатора возможн о |
мень |
|
шим. |
|
|
Характер настройки промежуточных резонаторов |
влияет не |
только на усиление, но и на кпд клистрона . Д л я получения возмож
но большего значения |
тока, в о з б у ж д а ю щ е г о выходной |
резонатор, |
||
целесообразно, чтобы предпоследний |
резонатор |
был настроен на |
||
более высокую частоту, но сравнению с частотой |
настройки преды |
|||
дущих резонаторов . |
|
|
|
|
Выходной резонатор |
клистрона |
не д о л ж е н |
быть |
сильно рас |
строен относительно центральной частоты, так как при р а с с т р о й к е мощность из-за уменьшения сопротивления выходного резонатора будет уменьшаться . Само по себе р а с ш и р е н и е полосы пропускания
т а к ж е связано |
с уменьшением |
полезной мощности |
клистрона, |
так |
как настройка |
промежуточных |
резонаторов в этом |
случае не |
соот |
ветствует условию получения оптимальной группировки электрон ного потока. Эти два с о о б р а ж е н и я еще раз подчеркивают необхо димость решать задачу р а с ш и р е н и я полосы отдельно д л я груипирователя и дл я выходной цепи.
Рассмотрим примеры расчета частотных характеристик графо аналитическим методом . Примем дл я определенности, что парамет
ры трехрезонаторного клистрона |
имеют |
следующие соотношения: |
6i = 0,463, 62 = 0,263, p 5 i 2 5 2 3 / 5 i 3 = 6 3 . |
Тогда |
нуль ct = — 0 , 2 б 3 + ( i Q 2 + |
+ 1 б 3 ) . |
|
> |
232 |
|
|
Д л я (случая одинаковой настройки |
резонаторов |
частотная харак |
|||
теристика |
усилителя |
и з о б р а ж е н а на |
рис. 8.2а сплошной линией. |
||
Величина |
усиления /<„3 в децибелах |
нормирована |
к значению |
уси |
|
ления на |
центральной |
частоте Киз м а и с - Пунктирной линией на |
этом |
off'змакс\\ ,ЗБ- |
В) |
•Л3 |
|
||
|
1 |
\\ |
|
-0,8 |
|
1 |
I |
|
|
||
|
|
|
|||
! |
* |
|
,Ь1 |
С1о |
|
It |
|
| |
|
7ч |
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
-0,8 |
|
|
|
1 |
я |
\\ |
|
|
|
1 |
О |
|
|
|
|
г |
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
-12 |
0,8 %7 |
|
|
||
-0,8 |
О |
Рис. 8.2 |
|
рисунке показана частотная характеристика, вычисленная в пред
положении, |
|
что |
влиянием несоседних резонаторов можно прене |
||||||||||||||||
бречь, |
т. е. |
что |
нуль |
ct |
находится |
в бесконечности. |
|
К а к |
видно |
из |
|||||||||
сравнения |
этих |
характеристик, |
ошибка в |
этом |
случае |
невелика. |
|||||||||||||
Соответствующая |
д и а г р а м м а |
нулей |
и |
полюсов |
|
показана |
на |
||||||||||||
рис. 8.26. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д л я |
расширения |
полосы |
пропускания |
резонаторы |
могут быть |
||||||||||||||
расстроены |
|
относительно центральной |
частоты |
полосы. |
Величину |
||||||||||||||
расстройки |
к а ж д о г о |
резонатора |
м о ж н о |
найти, если |
|
ш а г |
за |
шагом |
|||||||||||
менять |
настройки |
отдельных резонаторов |
и к а ж д ы й |
р а з |
строить |
||||||||||||||
|
|
к |
|
1 |
" |
|
|
|
|
-0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
0 |
|
|
1 ? |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J \f |
|
|
|
|
|
|||
|
|
/ |
S |
|
|
V |
|
|
|
bp : |
хх |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
/У / |
'-11 |
|
1 1 1 |
< |
|
-0,3 |
|
|
о,в |
|
|
iff |
% |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
? |
||||||||||
|
|
|
|
|
\ |
\ |
|
|
|
|
|
||||||||
11,1 |
-18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
\ \ г |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 П |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-0,8 |
|
|
|
|
о,8 |
^ k |
Рис. |
8.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
частотную характеристику . |
Из |
серии таких характеристик |
м о ж н о |
выбрать наиболее подходящую, имеющую з а д а н н у ю неравномер
ность и наибольшую полосу пропускания. |
На рис. 8.3а |
с п л о ш н ы м и |
||
л и н и я м и |
п о к а з а н ы три характеристики, |
рассчитанные |
д л я |
опреде |
ленных |
значений расстроек первого и третьего резонаторов |
и при |
233
трех значениях расстройки (второго (резонатора. |
Соответствующие |
д и а г р а м м ы нулей in полюсов приведены « а рис. |
8.36. И з этого ри |
сунка видно, что приемлемым является третий в а р и а н т настройки, когда значения двух максимумов практически совпадают, если счи тать, что при этом провал частотной характеристики в центре не превышает заданной величины. Уменьшение усиления по сравнению
с величиной |
/(нзмакс является |
характерным |
для |
широкополосной |
|||
настройки. Пунктирной линией на |
рис. 8.3 а |
и з о б р а ж е н а |
частотная |
||||
характеристика, вычисленная |
для |
третьего |
варианта |
настройки, по |
|||
в предположении, что влиянием |
несоседних |
резонаторов м о ж н о |
|||||
пренебречь. Очевидно, что при широкополосной |
настройке, |
когда на |
|||||
краях полосы |
пропускания усиления, д а в а е м ы е отдельными резо |
наторами, сильно отличаются друг от друга по величине, пренебре жение влиянием несоседних резонаторов может привести к большой
погрешности |
при расчете частотной характеристики . |
|||||
Функция |
тока |
трехрезонаторного |
клистрона |
имеет при малом |
||
сигнале согласно |
ф-ле (7.45) следующий вид: |
|
||||
/в (/>) = |
К |
|
р—сх |
|
(8.2) |
|
(Р-Ьг) |
(Р-Ь2) |
|
||||
|
|
|
|
|||
Если |
ставится |
з а д а ч а получения |
наибольшей |
полосы пропуска |
ния частотной зависимости тока, .возбуждающего выходной резона
тор, то для ее решения т а к ж е может |
быть |
использован |
г р а ф о а н а л и |
|
тический метод. В качестве примера |
д л я |
трехрезонаторного |
клист |
|
рона с теми ж е п а р а м е т р а м и , что и ранее, |
были рассчитаны |
частот |
||
ные характеристики тока д л я трех |
вариантов настройки резонато |
|||
ров (рис. 8.4а). В этом случае, так |
к а к имеется всего |
два |
полюса . |
а) |
шкс |
|
6) |
|
|
\ |
0 |
|
\ |
\ -0,4 |
|
2-1Г _ |
|
|
|
||
J> |
|
h |
) '-Ьг |
С1о |
|
J |
/ |
|
-0,8 |
0,8 |
Q/fi |
|
|
|
|
|
|
1 |
ч- |
|
|
|
|
-0,8 |
О |
0,8 |
Рис. 8.4 |
|
|
бе зр а з ли ч н о, будем ли мы считать, что изменяется настройка пер
вого резонатора или второго. Поэтому на д и а г р а м м а х рис . 8.46 |
по |
||
к а з а н о , что изменяется положение полюса, |
соответствующего |
пер |
|
вому резонатору. Поскольку максимальное |
значение тока в к а ж д о м |
||
случае может быть получено одинаковым, |
на рис 8.4а |
построены |
|
зависимости /зЯзмакс в децибелах . Н а и б о л ь ш е й полосой |
о б л а д а е т |
частотная характеристика, соответствующая второму варианту на стройки,
С л о ж н о с ть применения графоаналитического метода резко воз
растает с увеличением числа резонаторов клистрона . |
Сам |
метод |
||||
подбора является |
громоздким и, к р о м е |
того, |
не |
дает |
гарантии, что |
|
в конечном итоге |
найден оптимальный |
в а р и |
а н т . |
Его |
следует |
при |
менять в случаях получения сравнительно узкополосных режимов, когда затухания резонаторов либо определяются только электрон
ной нагрузкой, |
либо могут |
быть увеличены |
в ограниченных |
пре |
|
делах . |
|
|
|
|
|
Н а и б о л е е целесообразно |
р е ш а т ь з а д а ч у |
получения |
в о з м о ж н о |
||
большей полосы |
частот м е т о д а м и синтеза цепи. В этом |
случае |
па |
раметры частотной характеристики требуемого вида считаются за
данными, причем могут |
быть определены условия, когда эти ха |
|||||
рактеристики являются наиболее оптимальными . |
|
|
||||
Как было показано в |
гл. 1 и гл. 7, |
частотные свойства многоре- |
||||
зоиаторных |
клистронов |
и многокаскадных |
резонансных |
усилителей |
||
во многом |
аналогичны. |
При создании |
широкополосных |
л а м п о в ы х |
||
усилителей |
наибольшее |
распространение |
получили |
характеристики |
||
Ч е б ы ш е в а |
и Баттерворса . В ряде случаев |
находит |
применение ли |
нейная ф а з о в а я характеристика . Поэтому целесообразно опреде лить, как подобные характеристики могут быть получены д л я кли стронов.
Поскольку при решении з а д а ч синтеза цапи клиетромного уси лителя будет использоваться метод потенциальной аналогии, рас смотрим предварительно, к а к этот метод применяется д л я синтеза обычных многокаскадных усилителей.
8.2.Метод потенциальной аналогии
Согласно анализу гл. 7, функция усиления или функция тока многорезонаторяого клистрона с точностью до постоянного множи теля может быть представлена рациональной функцией
м
|
П |
|
( Р - с / ) |
|
|
|
|
|
|
|
* ( Р ) = у |
|
|
|
• |
|
|
|
|
Л 8 . 3 ) |
|
|
П (Р - ьк) |
|
|
|
|
|
|
|||
где |
N — n |
д л я |
функции |
усиления |
и N = n—1 |
для |
функции |
тока, |
||
|
З а д а ч а |
синтеза |
заключается в |
отыскании |
р а с п о л о ж е н и я |
полю |
||||
сов |
Ьи, которым |
бы |
соответствовала |
частотная |
зависимость F(Q) = |
|||||
= |
|
] 2 |
определенного |
типа. Одним из методов |
решения |
подоб |
ной задачи является метод потенциальной аналогии, используемый
обычно в синтезе пассивных цепей и цепей |
многокаскадных усили |
||||
телей [18, 20, '23]. Этот |
метод может быть |
успешно применен |
д л я |
||
синтеза цепи клистронного усилителя. |
|
|
|
||
Идея |
метода потенциальной аналогии |
заключается |
в том, |
чго |
|
вместо |
задачи синтеза |
цепи рассматривается з а д а ч а |
отыскания |
235
|
|
|
|
|
к ш ' ф и г у р а ц ии системы электрических за - |
|||||||||
' |
|
— - J |
* |
|
.рядов, с о з д а ю щ и х |
определенное электри - |
||||||||
|
|
|
четкое |
поле. Если |
соответствующая |
ана- |
||||||||
/ |
|
. г/п\ |
1 |
|
логия |
установлена, |
то д л я |
решения |
п о - |
|||||
/ |
|
f / c / i |
|
ставленной |
задачи |
м о ж е т использовать- |
||||||||
\ |
|
Pf |
J |
|
ся |
математический |
аппарат, |
примеияе - |
||||||
ч |
^ |
^ / |
|
|
мый в |
электростатике. |
|
|
|
|
||||
|
|
' |
|
^ |
|
Рассмотрим, |
как .определяется |
нотен- |
||||||
0\ |
|
|
|
8 |
циал |
поля, |
образованного |
|
'бесконечно |
|||||
|
|
|
|
|
протяженной |
равномерно |
з а р я ж е н н о й |
|||||||
Р и с ' 8 ' 5 |
|
р в точке |
pi |
нитью, пересекающей п о д .прямым |
углом |
|||||||||
плоскость |
(рис. 8.5). |
Если |
з а р я д нити на |
единицу |
дли |
|||||||||
ны р а в е н |
<7ь то потенциал на |
расстоянии |
г от точки р^ с |
точностью |
||||||||||
до произвольной |
постоянной |
будет равен |
|
|
|
|
|
|
V = |
£ — lnr . |
|
2 л е0 |
Поток, исходящий из угла ft, равен -^—qi. Введем в рассмотре-
2л
ние функцию потока Ф, к о т о р а я пропорциональна по величине по току в угле ft, но имеет ту ж е размерность, что и V. Д л я того что бы функции V и Ф удовлетворяли условиям К о ш и - Р и м а н а , необ ходимо ввести еще отрицательный знак, т. е. определить функцию потока следующим образом:
Ф =
2 Л Е 0
Функции V и Ф могут быть объединены в одной функции комплекс ного потенциала
W=V+id> |
= |
—Qiln{p |
— p1), |
|
|
|
|
|
(8.4) |
|
где Qi = |
qJ2ne0. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Будем считать величины W и Q t нормированными и безразмер |
|||||||||
ными, причем |
Qi будем считать нормированной |
величиной |
з а р я д а . |
|||||||
В дальнейшем |
помимо |
з а р я ж е н н ы х нитей |
будут |
т а к ж е рассматри |
||||||
ваться з а р я ж е н н ы е проводники, имеющие |
цилиндрическую |
поверх |
||||||||
ность. Д л я упрощения |
можно рассматривать точку ле] — ечения |
ни |
||||||||
ти |
с плоскостью р как |
точку, где |
помещается одиночный з а р я д |
Qi, |
||||||
а |
линию |
пересечения |
проводника |
с плоскостью |
р как |
п р о в о д я щ у ю |
||||
линию с |
распределенным на ней |
з а р я д о м . При |
этом, |
естественно, |
поля остаются двумерными, так как меняются лишь обозначения, а не исходные физические предпосылки .
Если плоскость |
р пересекается в |
точках ph р я д о м |
изолирован |
ных нитей, к а ж д а я |
из которых имеет |
нормированный |
з а р я д Qu на |
единицу длины, то на основании принципа суперпозиции комплекс ный потенциал общего поля
и7 = V[-Q* in (/>-/>*)] +с,
к
где С— произвольная комплексная постоянная.
236 |
) |
Удобно ввести в рассмотрение экспоненциально - потенциальную функцию
е1"= К П ( Р - Р * Г Q*> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 8 - 5 ) |
||||||
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где К — произвольная |
постоянная. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Если принять, что величина Qu может принимать лишь целые |
||||||||||||||||
положительные или отрицательные значения, то функция |
e w |
|
будет |
|||||||||||||
являться |
рациональной |
функцией р. |
|
Следовательно, могут |
быть |
|||||||||||
написаны |
равенства, |
у с т а н а в л и в а ю щ и е |
аналогию |
м е ж д у |
какой- |
|||||||||||
либо функцией цепи и экспоненциально-потенциальной |
функцией |
|||||||||||||||
поля: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¥ ( p ) - e W ( p ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
\nV(p)=W(p) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 8 . 6 ) |
|
\n\W(p)\ |
= |
V(p) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а г § ¥ ( р ) |
= |
Ф(р) j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эти |
р а в е н с т в а |
будут |
выполняться |
при |
условии, |
что |
в |
точках |
||||||||
плоскости р, где располагаются нули |
функции Ч?(р), |
следует |
.счи |
|||||||||||||
тать помещенными отрицательные з а р я д ы , .причем величина |
з а р я д а |
|||||||||||||||
д о л ж н а |
составлять столько |
единиц, |
каков |
порядок нуля |
в |
данной |
||||||||||
точке, а в точках, где располагаются |
полюсы хУ(р), |
следует считать |
||||||||||||||
помещенными |
положительные з а р я д ы |
|
соответствующей |
порядку |
||||||||||||
полюса |
величины. Тогда |
з а д а ч а отыскания |
р а с п о л о ж е н и я |
нулей и |
||||||||||||
полюсов |
функции |
^(р) |
|
по |
з а д а н н о м у |
виду |
этой |
функции |
может |
|||||||
быть сформулирована |
как |
з а д а ч а н а х о ж д е н и я конфигурации |
отри |
|||||||||||||
цательных и положительных зарядов, которой соответетвует |
тре |
|||||||||||||||
буемый характер |
изменения функции |
е т г |
при p = |
iQ. |
|
|
|
|
||||||||
В качестве примера применения метода потенциальной |
анало |
|||||||||||||||
гии рассмотрим з а д а ч у получения частотной характеристики |
функ |
|||||||||||||||
ции усиления |
(тока) |
в |
виде характеристики Ч е б ы ш е в а при |
|
допу |
щении, что влиянием несоседних резонаторов в клистроне можно пренебречь. Это решение может служить как нулевое приближение для более общей задачи с учетом влияния несоседних резонаторов . При сделанном допущении функция усиления (тока) будет име!ь следующий вид:
¥ ( / > ) = - — |
( 8 . 7 ) |
П (Р - Ьк) . |
|
При такой записи функция W(р) |
совпадает с функцией усиления |
многокаскадного 7?С-усилителя или при соответствующем преобра
зовании |
частоты — многокаскадного |
резонансного усилителя . |
||
Д л я |
многокаскадного |
усилителя |
полином, стоящий в |
знамена |
теле функции усиления |
х¥(р), является полиномом Гурвица, по |
|||
скольку все коэффициенты полинома |
будут величинами веществен |
|||
ными и положительными |
{21]. Следовательно, все корни |
полинома |
237
р а с п о л а г а ю т ся в левой полуплоскости |
|
и либо |
л е ж а т |
на |
|
действи |
|||||||||||||||||
тельной |
оси, либо с о с т а в л я ю т комплексно - сопряженные |
пары. |
|
||||||||||||||||||||
П р и |
изучении |
амплитудно-частотных |
характеристик |
целесооб |
|||||||||||||||||||
разно ввести в рассмотрение функцию F(р) |
— xY(p)x¥(—р), |
|
|
та к ка к |
|||||||||||||||||||
она представляет собой аналитическую запись |
|
к в а д р а т а |
|
модуля |
|||||||||||||||||||
функции х¥(р) |
при p = |
iQ. 'Полюсами |
функции |
F(p) |
в левой |
полу |
|||||||||||||||||
плоскости являются полюсы функции х¥(р), |
|
а |
|
полюсы |
в |
|
правой |
||||||||||||||||
полуплоскости |
располагаются симметрично |
|
относительно |
начала |
|||||||||||||||||||
координат к полюсам |
в левой полуплоскости, так как |
( — р — 6 Л ) |
= |
||||||||||||||||||||
= —[р—(—bk)]. |
|
Учитывая |
свойства |
полюсов |
xY(p) |
дл я |
многокас |
||||||||||||||||
кадного |
усилителя, можно |
сделать |
т а к ж е |
вывод, |
что полюсы |
F(p) |
|||||||||||||||||
в правой полуплоскости будут [расположены |
|
симметрично |
относи |
||||||||||||||||||||
тельно осп Q к п о л ю с а м |
в левой |
полуплоскости. |
Следовательно, |
||||||||||||||||||||
функцию F(p) |
м о ж н о представить в следующей |
форме: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Р{р)< |
( - 1 ) |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.8) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
П ( P - b f t ) |
(p+bk) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
bh есть величина, |
комплексно - сопряженная |
с |
6 ; , . Т а к а я |
ф о р м а |
||||||||||||||||||
записи |
функции F(p) |
н а г л я д н о п о к а з ы в а е т |
расположение |
|
ее полю |
||||||||||||||||||
сов |
и в |
аналогичном |
виде |
будет использована |
дл я представления |
||||||||||||||||||
к в а д р а т а модуля |
функции |
усиления |
клистронного |
усилителя, |
к а к |
||||||||||||||||||
полюсы, так и нули которой |
не с о с т а в л я ю т |
комплексно - сопряжен |
|||||||||||||||||||||
ные |
пары. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Идеальной |
частотной |
характеристикой |
полосового |
|
усилителя |
||||||||||||||||||
была бы характеристика, |
и з о б р а ж е н н а я |
на рис . 8.6 сплошной |
ли |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
нией. |
Д л я |
получения |
|
такой |
ж е |
|
зависи |
||||||||||
|
|
1+6 |
|
|
|
мости |
в п р е д е л а х |
полосы |
экгапоненциаль- |
||||||||||||||
|
|
|
|
но-потенциальной |
|
функции |
|
|
|
ew=F(p) |
|||||||||||||
|
\ J 1 •Ч / ' \ |
|
электрическое п о л е д о л ж н о 'было 'бы быть |
||||||||||||||||||||
|
|
образовано |
|
п о л о ж и т е л ь н о |
з а р я ж е н н ы м |
||||||||||||||||||
|
|
7+£ |
|
|
|
проводником, |
р а с п о л о ж е н н ы м |
в |
плоско |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
сти |
р на |
мнимой |
оси на |
отрезке |
|
от — йо |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
д о |
йо- |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
| |
| |
|
\ \ |
|
•Потенциал |
|
на |
проводнике |
'во шсех |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
точках |
одинаков |
и |
уменьшается |
по |
мере |
|||||||||||||
|
|
|
|
Яд |
~ТТ удаления |
п о оси й |
о т проводника . |
З а р я д |
|||||||||||||||
Риг. |
8.6 |
|
|
|
|
на |
проводнике |
д о л ж е н |
быть |
распределен |
|||||||||||||
|
|
|
|
непрерывно |
и, |
следовательно1 , |
|
ф у н к ц и я |
|||||||||||||||
F(p) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
д о л ж н а |
|
'была |
бы |
иметь |
|
'бесконечное |
|
число |
|
полюсов |
||||||||||||
на отрезке ± Й 0 . : |
Та к ка к число |
полюсов функции |
F(p) |
равно |
уд |
||||||||||||||||||
военному числу к а с к а д о в |
усилителя |
и |
является |
|
величиной |
|
ограни |
||||||||||||||||
ченной, |
то идеальная |
частотная |
|
характеристика |
дл я |
реального |
многокаскадного усилителя принципиально не может быть полу чена и следует искать аппроксимацию того или иного вида . Аппрок
симация Ч е б ы ш е в а |
о б л а д а е т тем свойством, что в пределах поло |
сы аппроксимации |
м а к с и м а л ь н ы е отклонения аппроксимирующей |
238
функции от заданной функции минимальны . Амплитуды |
колебании |
||
аппроксимирующей функции |
при чебышевской |
аппроксимации |
|
постоянной одинаковы, к а к это |
показано на рис. |
8.6 |
пунктирной |
линией. Поэтому такую аппроксимацию иногда называют равноволновой.
Д л я |
то.го чтобы получить аппроксимацию постоянной примени |
|||||
тельно |
к потенциалу V, |
необходимо заменить положительный за |
||||
ряд, |
непрерывно |
распределенный на проводнике |
в пределах от |
|||
— й 0 |
до |
Й0 , единичными |
изолированными положительными |
заряда |
||
ми. |
Эта |
замена |
д о л ж н а |
быть произведена таким |
образом, |
чтобы |
аппроксимация имела заданный х а р а к т е р . Процесс замены распре
деленного з а р я д а может быть условно |
назван |
квантованием . |
При |
||||||||
квантовании следует |
определить, |
к а к и м |
образом д о л ж н ы распола |
||||||||
гаться изолированные |
з а р я д ы . Если |
просто |
заменять к а ж д ы й |
уча |
|||||||
сток проводника, на котором распределен |
единичный |
з а р я д , |
од |
||||||||
ним квантованным з а р я д о м , с к а ж е м , |
<в центре участка, |
то |
аппрок |
||||||||
симация |
будет носить |
неприемлемый |
характер — з а р я д ы .будут |
рас |
|||||||
полагаться на оси Q и при перемещении вдоль |
этой оси |
от |
з а р я д а |
||||||||
к з а р я д у |
потенциал будет |
резко |
изменяться |
(в |
точках, |
где |
распо |
||||
лагаются |
з а р я д ы , V=oo). |
Представляется |
более целесообразным |
||||||||
р а з м е щ а т ь квантованные |
з а р я д ы |
на |
эквипотенциальной |
линии" по |
|||||||
ля, с о з д а в а е м о г о распределенным |
з а р я д о м |
на |
оси. При |
этом |
сле |
||||||
дует учитывать требование симметрии полюсов функции F(p) |
и, |
||||||||||
следовательно, квантованных з а р я д о в относительно оси |
й |
и отно |
|||||||||
сительно |
оси к5. Д л я |
того |
чтобы убедиться, |
что |
т а к о е размещение |
зарядов даст аппроксимацию требуемого вида, нужно сначала оп
ределить поле прототипного потенциала, т. е. |
потенциала, |
создан |
||||
ного распределенным положительным з а р я д о м |
на проводнике, ле |
|||||
ж а щ е м н а оси Q, и отрицательными |
з а р я д а м и , |
расположенными в |
||||
бесконечности, поскольку нули F(p) |
д л я |
рассматриваемого |
случая |
|||
находятся в |
бесконечности. Тогда, р а с п о л о ж и в |
з а р я д ы в |
определен |
|||
ных точках |
прототипного поля, которые |
д о л ж н ы быть |
найдены с |
учетом требований симметрии расположения з а р я д о в , мы найдем
поле, создаваемое |
к в а н т о в а н н ы м и |
з а р я д а м и , |
и |
проверим |
характер |
||||||||||
аппроксимации . |
Так |
как |
число |
квантованных |
з а р я д о в |
р а в н о |
2N, |
||||||||
проводник, |
создающий |
прототипный потенциал, |
т а к ж е д о л ж е н |
||||||||||||
иметь положительный |
з а р я д в 2N |
единиц. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Д л я определения поля |
прототипного потенциала |
перейдем |
с |
по |
||||||||||
м о щ ь ю конформного преобразования |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
w = и + |
i о = |
arsh/?', |
p' |
= -^— — shw |
|
|
|
|
(8.9) |
||||||
от плоскости |
р к плоскости w (рис. 8.7). Это |
преобразование |
будет |
||||||||||||
однозначным |
в смысле Р и м а н а , |
если считать |
плоскость р |
бесконеч- |
|||||||||||
нолпстой. Тогда |
к а ж д о м у |
листу |
плоскости р |
будет |
соответствовать |
||||||||||
на |
плоскости |
w |
полубесконечная |
полоса шириной в |
2 я и располо |
||||||||||
ж е н н а я справа |
или |
слева |
от мнимой оси а. Отрезок |
оси Й в преде |
|||||||||||
лах |
± й 0 |
перейдет |
во |
всю ось |
о |
на плоскости |
w, если |
учитывать |
|||||||
все |
листы плоскости |
р. З а р я д а м , |
р а с п о л о ж е н н ы м |
на плоскости |
р, |
289