книги из ГПНТБ / Хайков А.З. Клистронные усилители

Г р а ф и к и

рис. 9,17 а, .

которые мы

будем считать исходными при

расчете широкополосных

р е ж и м о в ,

позволяют найти

при з а д а н н ы х

п а р а м е т р а х

клистрона

U0 и /0 ,

т. е. когда известно

сопротивление

Ro, величину

Ron, при

которой

обеспечивается наибольший кпд .

70°

90°

110°

130°

ГЁ€п

Рис. 9.18

пускания

выходной

цепи. Она будет зависеть

от уровня

неравно­

мерности

Вп, на котором производится

отсчет,

и от схемы

построе­

ниже, а здесь отметим, что изменение Ran

вызывает

обратно

про­

порциональное изменение полосы частот.

Поэтому

графики

рис.

9.17 а п о з в о л я ю т определить,

в какой

мере можно р а с ш и р и т ь

поло­

су, если

отказаться

от работы

с м а к с и м а л ь н ы м кпд и работать при

Л'э71<Л'эпопт. Так как в области

максимума кпд

меняется сравни ­

тельно

медленно,

уменьшение

R'3n

в

полтора

р а з а приводит к

уменьшению кпд всего на .24-7%

(в зависимости

от значения

угла

Отметим т а к ж е ,

ч т о . м е н ь ш и м углам

пролета соответствуют

меньшие значения

R'gn при одинаковых

или больших значениях

шение рп, и вывод о зависимости

полосы от угла пролета м о ж н о

сделать только с учетом этих двух

факторов .

Если исходить из того, что величина R3n

определяется из

усло­

вия получения заданной

полосы

пропускания,

по

г р а ф и к а м

рис.

9.17 а можно найти, как будет

меняться кпд клистрона в зависимо­

сти от

сопротивления

Ro.

Более

в а ж н ы м

является

вопрос о

пра­

вильном в ы б о р е ускоряющего

н а п р я ж е н и я

и первеанса луча.

Пусть

известны

мощность

клистрона

Р~

и исходя из требуемого соотно­

шения

R3n/Ro

при

заданном

RAN

определено

RQ. П О известным

значениям PQ=P~h-\e

и Ro

могут

быть определены

первеанс,

уско­

р я ю щ е е

н а п р я ж е н и е

и ток:

А =

U о —

УР О Ro,

/о — ] / •

(9.41)

Если

при

максимальном

значении кпд

получается трудно

реа­

работы

с

меньшим

це,

т. е. при увеличении Ro, когда ^ 3

n =

const.

В качестве

примера

на рис. 9.19 а приведены

зависимости

це,

Pa, U0

и А

от R o

n .

а)

6)

50

18 1,8

fe{„ Р0,Р„,кВт

1801120

40 •о,ч-и?

-74- 1,4

30 п ?

Л

IU1П-W

0,3

20

1

1,1

1,4

1,6

1,8

Ran

Рис.

9.19

Чтобы

проследить, к а к

влияет

изменение

ускоряющего

н а п р я ­

порядке . П р е д п о л о ж и м ,

что известны Я— и м е

усилителя

и

парамет ­

ры

Uo, yjn,

Ran и А. Если изменять U0,

будут меняться ток 10,

со­

противление

Ro и мощность Ро, которые

легко определить, так

как

известен первеанс А. При изменении

Uo будет

т а к ж е меняться

угол

пролета, величина

которого

обратно

пропорциональна

У U0.

З н а я

д л я р а з н ы х

значений U0 величины R'3n

и уе1п,

можно по

г р а ф и к а м

рис. 9 Л 7 а найти кпд г\е

и, следовательно, колебательную

мощность

Р

П о

известным

це и yjn

из графиков

рис. 9.9 а

определяется

ве­

личина

U'n-

С помощью ф-л (9.33) и (9.38) м о ж н о произвести

ана­

литический

расчет зависимости

р е ж и м а

от Uo.

На рис. 9.196 показаны в виде графиков результаты расчета за­

висимостей

r\e, U'n,

yeln,

Р~

и Ро дл я случая,

когда клистрон

имеет

те

ж е п а р а м е т р ы ,

что

и в предыдущем

примере . П р и

этом

счита­

лось, что в

исходном р е ж и м е

=

10 мВт, R3n=\Q

к О м

и уе1п

=

=

120°,

Uo и А были найдены

из условия, что R'an

— 2.

П р и увели-

чении Uо по сравнению с его значением,

соответствующим

Р ~

=

=

10 кВт, кпд сначала растет вследствие уменьшения

угла

проле­

та,

ио затем начинает уменьшаться, так

как с

ростом

00

величина

Ufn

возрастает и принимает значения, большие

И'п 0 П т - При

умень­

шении U0 по сравнению с первоначальным значением и це,

и

U'п

падают .

Если клистрон предназначается д л я работы

.в д и а п а з о н е

волн,

условия работы

в разных участках диапазона

будут

различными .

П р и изменении

рабочей

частоты будут

изменяться

угол

пролета

уе1п

и характеристическое

сопротивление

выходного резонатора

р„.

теристическое

сопротивление увеличивается .

З а д а в ш и с ь

характе ­

ром изменения

характеристического

сопротивления и

определив

значения угла

пролета, можно рассмотреть, каковы условия

полу­

чения требуемых мощности и ширины

полосы

в различных

точках

диапазона .

лосы пропускания. Д л я клистрона, предназначенного для

широко­

полосного усиления, более в а ж н о определить, как зависит

ширина

ной

цепи.

К р о м е того,

д о л ж н ы быть

учтены

условия

получения

требуемого

энергетического режима,

т. е. требуемого

значения

Gan

= R-]n

на

центральной

частоте. В а ж н ы м

т а к ж е является

учет

особенностей

нелинейного р е ж и м а

работы

клистрона.

З а д а ч у получения оптимальных

ха­

ЛассиИный

рактеристик можно решить последова ­

тельно, если

сначала

считать

выход-

линейный

гн

четырех­

ную непь

линейной, а

затем

рассмот ­

полюсник

реть

влияние

нелинейных

процессов.

Рис.

9.20

Д л я выходной

цепи п р и

использовании

системы

связанных резонаторов в

об-

щ е м виде может быть

составлена эквивалентная

схема

рис.

9.20.

Здесь ЭД1С и внутреннее

сопротивление 'генератора,

п и т а ю щ е г о

цепь

последовательного

контура, эквивалентного выходному

резонатору

клистрона, с в я з а н ы

с

мало-сигнальными значениями тока, питаю­

димости Gen

соотношениями

(6.72):

*п = 1 Рп 1,и ''С =

Pi (G'en +

G0

„).

Р е а к т и в н а я составляющая

электронной

проводимости считается

учтенной в реактивных элементах схемы.

Пассивный

линейный

четырехполюсник предназначается

д л я

т р а н с ф о р м а ц и и на центральной частоте

( £ 2 = 0 )

сопротивления

на­

грузки /и в сопротивление

г в х ( 0 ) = р п б в н „

(9.42)

на входе цепи

и обеспечивает получение частотной характеристики,

соответствующей

полосовому фильтру.

Т а к а я

з а д а ч а

решается в

теории полиномиальных фильтров [21, 24], и в

общем

случае

при

полюсник д о л ж е н составляться из Г -образных звеньев,

состоящих

из последовательного и параллельного контуров. Д л я

клистронов

ленных допущениях

п а р а м е т р ы

z n

и

z»z

реактивного

четырехпо­

люсника

являются

реактансными

функциями,

аналогичными со­

противлениям

холостого

хода

фильтра

нижних

частот. П о э т о м у

я р и решении

задачи

синтеза дл я схемы рис. 6.10

м о ж н о применить

методы,

используемые при расчете таких

фильтров . Н а и б о л е е удоб­

ным при

этом

является

метод

Я. А. Собенина [24], п о з в о л я ю щ и й

получить

расчетные

формулы

дл я

элементов

полиномиального

фильтра,

включаемого м е ж д у д в у м я

з а д а н н ы м и

чисто

активными

то

обстоятельство, что

схема

цепи,

по

существу,

з а р а н е е

известна

и изменено может быть лишь число

связанных резонаторов . Кроме

того, д а ж е

при линейном рассмотрении

необходимо

учитывать тре­

бования

согласования

клистрона с

нагрузкой, т. е.

проводимость

Gan

необходимо считать величиной

заданной .

К а к

будет

показано

н и ж е , н а и б о л е е

оптимальной

частотной ха­

рактеристикой

выходной цепи является

характеристика

Ч е б ы ш е в а ,

поскольку

ей

соответствует

н а и б о л ь ш а я полоса

пропускания при

з а д а н н о м

числе резонаторов. Зависимость н а п р я ж е н и я

на

нагруз­

к е

UB от относительной

расстройки

У в

случае характеристики Че­

бышева д о л ж н а иметь следующий вид:

UH

(У) =

U " ш к с

,

(9.43)'

эффициент несогласованности S(Q),

затем

найти коэффициент

от­

р а ж е н и я

Г ( й )

н далее

по

коэффициенту

Т{Я)

найти входное

со­

противление нагруженного

четырехполюсника

z „ x и параметры

z n

и z2 o. По

определению

15 (Q) | 2 =

^ ±

,

^

(9.44)

^вых

где

Р В ы х о = е 2 - п / 8 г ; — мощность, о т д а в а е м а я генератором в нагруз­

ку,

подключенную

к

нему непосредственно

и равную г*. Рвых =

=

U1„l2r„

— мощность,

о т д а в а е м а я

генератором

в нагрузку гв,

под­

ключенную через четырехполюсник.

(Q = 0) входное сопротивление

На центральной

частоте

полосы

Р

(0) =

^

Если

число

резонаторов

т — нечетное и /"^/"вх ( б е и + б о п ^

^ б в н п ) .

то в соответствии

со

свойствами характеристики

Ч е б ы ш е -

ва при

Q = 0

н а п р я ж е н и е на

нагрузке максимально и тогда

U2

р

_ р

/ г п _

" м а к с

г

вых макс

гвых\

)

„

•

В этом случае на основании ф-л (9.43) и (9.44)

S(Q)\*

=

K0\1

+

h n

T * m { ^ — ) \ ,

(9.45)

где

Мы считаем, что G3n определено,

исходя из требуемого энергетиче­

ского режима,

параметры р п , G0n,

Gen известны. Введем в рассмот­

рение парамет р

а =

.

(9.46)

Ge л + Go п

П р и

т нечетном

о =

^ _

=

г - ^ г - •

(9.47а)

следовательно,

К , - - * * * . .

(9.476,

Естественно принять, что при т четных з а д а н н а я

величина мощ­

ности в нагрузке будет получена при значениях Q, соответствующих

м а к с и м у м а м характеристики Ч е б ы ш е в а ,

тогда к а к при Q = 0

в этом

случае

Г т ( 0 ) =

1 и характеристика имеет минимум . Чтобы

обеспе­

чить получение от генератора заданной

максимальной

мощности в

(нагрузке

(в линейном п р и б л и ж е н и и ) , следует и при т четном па­

р а м е т р

/Со определять

из соотношения

(9.476). Тогда при

значе­

ниях й, соответствующих условию Тт(-^—\

= 0, согласно ф-ле (9.45)

V "0(л) '

к в а д р а т

м о д у л я

коэффициента несогласованности

, s(Q)i"e ii±sai,

т. е. будет

иметь ту ж е

величину, что и при

£ 2 = 0 ,

когда

т нечет­

ное. Следовательно, если использовать

ф-лу

(9.476)

дл я

определе­

ния Ко как при четных, так и при нечетных значениях т,

величина

мощности

в нагрузке, соответствующая

м а к с и м у м а м

характеристи ­

ки

Ч е б ы ш е в а ,

будет одной и той же . Необходимо

только

и м е т ь в

виду следующее обстоятельство. П р и т четных следует

р а з л и ч а т ь

п а р а м е т р

Gon,

который

задается, к а к и при т нечетных,

из

энерге­

тических

соображений,

и действительную

проводимость

системы

обозначать как

С?В х?г(0).

Пр и т нечетных

GB X ?i(0) = G 3 „ ,

но при

т четных

G D X n(0 ) > G 3 n .

В последнем

случае

|5 ( 0 )

|2=

(г; + гвх)*

=

к0

(1 +

h).'

4 rt

rBX

Отсюда

г вх

.

GBX II (0) — G 0

п =

2tf„(l

+ A ) - 1

+

ri

Ge

n +

Go

+

2VK0(l

+h)[K0(l

+ Л ) - 1 ] =

_

(1 +

a ) 2

(I +

h) -

2 a + (1 +

a)V(\

+ ft) [(1 +

a) 2 (1.+ h)

~]

(9.48)

2 a

Поэтому,

з а д а в

а

и h, м о ж н о

найти

GBXn(0)

либо

б В н п

при

извест­

ных

G e n ,

G 0 n

ИЛИ 5еп,

бо и-

Коэффициент

о т р а ж е н и я Г связан

со входным

сопротивлением

четырехполюсника

соотношением

Г =

г " х 7 Г

' .

(9.49)

Z B X ~r ri