Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Хайков А.З. Клистронные усилители

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.9 Mб
Скачать

конце линии — входному сопротивлению первого резонатора, во втором случае генератор эквивалентен последнему резонатору, а нагрузка на конце — полезной нагрузке.

 

 

 

 

 

О

 

{ 2

 

 

 

 

 

Рис.

1.20

 

 

 

Согласно

известному соотношению

из теории

длинных линий

 

 

 

 

Yo U-x)

, r - Y o ( I -

 

 

t/(*)

= -

^

- e

 

+ r ' e

. • eK;

к

( i . 9 i )

 

 

Щ + И

e Y o ' - r „ r / e

_ V o /

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

L/(x)

— амплитуда н а п р я ж е н и я в точке х,

 

шо — волновое

сопротивление,

 

 

Yo — комплексная постоянная

распространения,

 

/ — длина линии,

 

 

 

 

Г о = — — —

 

коэффициент отражения от начала

линии,

 

2,- +

W0

 

 

 

 

 

 

Tt = - г " ~ ш ° коэффициент отражения от нагрузки .

 

Д л я

выходной цепи (ш\) =

о>оВ ых)|

е с л и 2 н = й у

о В ы х . Г , = 0

и напря­

жение на нагрузке

 

 

 

 

 

 

П

^овых

-у„1 •

 

 

 

 

 

 

 

 

вых " Т zi

 

 

 

 

 

 

 

Это в ы р а ж е н и е

отличается

от соответствующего

в ы р а ж е н и я ,

когда

нагрузка Доопых

соединяется

непосредственно

с

генератором,

т. е.

без

фидера, лишь множителем е~У°1.

Отсюда

получим

известный

вывод, что если нагрузка согласована с фидером, то влиянием его

независимо

от длины практически м о ж н о пренебречь

(член

e~v

определяет

лишь з а п а з д ы в а н и е сигнала на конце фидера относи­

тельно сигнала в начале и некоторое уменьшение амплитуды

из-за

наличия в

фидере потерь, т а к ка к в общем случае уо — комплекс­

ная величина) . Согласование выходной цепи клистрона

достигает­

ся либо включением в фидер широкополосных согласующих

уст­

ройств, либо применением ферритового вентиля. Б у д е м считать при выводе общих соотношений, что такое согласование имеет место, и нагрузка клистрона просто численно равна волновому сопротивле­ нию выходного 'фидера к»овых- Случай работы .кшиспрона на несо­ гласованную нагрузку и влияние коэффициента бегущей волны в

фидере на мощность и ч-астотные характеристики

клистронаследует

рассмотреть особо.

: .

' •.

»

4Q

 

 

 

 

Д л я

входной

цепи (wo=wpm)

условие согласования

фидера с

нагрузкой, имеющей резонансный

характер, может быть

выполнено

л и ш ь на

одной

частоте. Однако

и без такого согласования можно

добиться отсутствия влияния фидера на частотную характеристику цепи. С этой целью следует иметь согласование фидера с генерато­

ром,

т.' е. обеспечить

условие

2; = ДОовк. Тогда Г 0 = 0

и согласно

ф-ле

(1.91)

 

 

 

Ui =

е - 1 " ' BV

 

 

 

Wo вх + z H

 

 

 

Эта

формула т а к ж е

отличается

от соответствующего

в ы р а ж е н и я

при непосредственной связи генератора с нагрузкой лишь множи-

—Vol

телем е Чтобы обеспечить условие г,- = Шовх< в фидер м е ж д у возбудите­

лем и входным резонатором клистрона включается аттенюатор, на­

правленный ответвитель или ферритовый циркулятор .

Поскольку

такие

устройства обеспечивают

согласование с фидером к а к со

сто­

роны входа, так и со стороны выхода,

возбудитель клистрона в

этом случае

работает На

фидер, т а к ж е согласованный -с

нагрузкой.

При условии Z , - =

I W O B X

и гнфгюову.

во входном

фидере

будут

две

волны

п а д а ю щ а я

и о т р а ж е н н а я . Мощность в

п а д а ю щ е й

волне

равна мощности, выделяемой в нагрузке ау0вх-

 

 

 

 

 

Л , а д =

/

'

-•

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.92а)

 

8и>овх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мощность

в отраженной волне Р 0 тр зависит от коэффициента

отра­

ж е н и я

и

поглощается в аттенюаторе или циркуляторе . Во входной

резонатор

поступает

мощность,

равная

разности

РП ад—Ротр-

Эта

мощность

зависит от частоты сигнала, так как

д л я

разных

частот

коэффициент

о т р а ж е н и я

различен. В

то

ж е время

РП ад

сохраняет­

ся одинаковой, если

ei = const. Кроме

того, РП ад

связана

с мощно­

стью возбудителя коэффициентом пропорциональности, определяе­ мым ослаблением сигнала в аттенюаторе или циркуляторе . Поэто ­

му в качестве мощности возбуждения клистрона Р П х

удобно при­

нять ЯП ад. а напряжением на входе считать величину

€i/2, которая

соответствует н а п р я ж е н и ю

в п а д а ю щ е й волне. Тогда

мощность

Рвх

легко может быть измерена,

а эквивалентная эдс

 

 

*i=V

в х ^овх

 

 

 

 

(1-926)

 

Коэффициент усиления /г-резонаторного клистрона по мощности

 

Ul

\

I I

8?

\

 

 

 

1 0 в ы х

/ /

V 8и'„ в х

/

 

 

где Рвых и £/н мощность

в

полезной нагрузке и н а п р я ж е н и е

на

ней

на выходе клистрона.

Мощность Р В Ы х меньше

мощности

Р

из-за потерь в выходной колебательной системе. Коэффициент уси­

ления

по

напряжению

 

KHn =

e~iy'Len.

(1.94а)

41

Ф а з о в ый множитель е е с " учитывает з а п а з д ы в а н и е сигнала во времени из-за конечного'времени пролета электронами расстоя­

ния

от входа

в зазор входного резонатора

(х=>0) до середины

зазо ­

ра

выходного

резонатора

(x

— LCn)-

Учитывая

этот

фазовый

сдвиг

отдельно, мы тем самым принимаем, что н а п р я ж е н и е

на нагрузке

ин

=

Jm[UH

е 1

С»'-у°L* n)] =

ип

sin

(со t +

^

-

уе L c

„),

 

(1.95а)

U

= U

е , ф "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ н

 

 

н w

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е. ф а з а

UH

определяется

без

учета

величины

yeLcn,

которая мо­

ж е т составить в многорезонаторном

клистроне десятки р а д и а н

(ты­

сячи

градусов) . Аналогично

определим

н а п р я ж е н и я

на

з а з о р а х

(k=l,

2,...,

п):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ик = 3т[0ке1

 

 

Lc *)] =

U k

S i

n

( ш

/ +

 

г|>* -

yeLc

k ) ,

 

 

(1.956)

(Lck

 

координата середины

ft-ro

з а з о р а ) . Очевидно,

что

 

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величину

/Снп

мы будем

т а к ж е

называть функцией

усиления,

подчеркивая

ее функциональную связь с частотой. Зависимости мо­

д у л я

и ф а з ы

Km

от со я в л я ю т с я

 

соответственно

амплитудно-частот­

ной и фазово-частотной характеристиками клистрона. З а в и с и м о с т ь

Квп

от е4

при

со = const

определяет амплитудную

характеристику

усиления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функцию Km

можно представить в виде

 

 

 

fr

V

V

U_n_

~~iVe Lc

п

 

 

 

 

лвп

^ в х ^ в ы х . "

 

 

>

 

 

 

 

где коэффициенты

передачи входной и выходной цепей

 

£ в х

= ^

, Квьа

 

=

 

^

 

 

 

(1.96)

 

Ei

 

 

 

 

и„

 

 

 

 

 

являются

линейными п а р а м е т р а м и , т. е. з а в и с я щ и м и

от способа по­

строения

цепей,

но

не

меняющимися

т р и р а з н ы х

уровнях

.мощ­

ности.

 

 

 

 

 

 

 

Un

 

 

 

Н а п р я ж е н и е

на

зазоре выходного

резонатора

п-резонатор-

ного клистрона

в

общем случае является нелинейной функцией от

н а п р я ж е н и й на

з а з о р а х

всех остальных резонаторов и от парамет ­

ров

выходной

цепи. Нелинейность процессов в

клистроне

носит

двоякий характер . Нелинейность процесса группировки электрон­

ного

потока приводит к ограничению

величины первой гармоники

конвекционного тока на входе в зазор

выходного резонатора,

тогда

к а к

нелинейность процесса взаимодействия потока с полем

приво­

дит

к ограничению н а п р я ж е н и я

на зазоре этого резонатора . В

той

или

иной степени эти два вида

нелинейности могут проявиться

так -

42

ж е при определении напряжений на зазорах промежуточных резо­

наторов. Поэтому в общем случае для того, чтобы найти

величину

Un,

необходимо рассматривать два вида зависимостей

конвекци­

онного тока в зазоре k-го резонатора как функции от

напряжений

на зазорах предшествующих резонаторов и напряжения

на

зазоре

•k-ro

резонатора как функции от конвекционного тока

в этом

зазо­

ре. Задачей анализа является определение алгоритмов нахождения

этих зависимостей

при /г = 2, 3,..., я.

 

 

 

 

Т а к а я

з а д а ч а

д о л ж н а намного

упроститься

дл я случая

малого

сигнала,

когда

£/'л>С'1, I'e(Lch)<С'1

(7г—1, 2,..., п). Клистроны

всегда

используются

как усилители мощности, но их усиление

столь вели­

ко, что при работе в режиме максимальной мощности

н а п р я ж е н и я

•на всех зазорах, кроме зазора выходного резонатора,

обычно на­

много меньше ускоряющего. Поэтому процессы

взаимодействия в

зазорах всех промежуточных резонаторов и процессы

группировки

во всех пролетных

трубах, кроме последней, а в некоторых р е ж и м а х

и предпоследней,

будут близки к линейным. Р е ж и м малого

сигна­

ла для всего клистрона позволяет определить частотные характе ­

ристики и усиление

в первом приближении,

после

чего могут

быть

у ж е более просто

найдены поправки, зависящие

от

степени

нели­

нейности процессов. С другой стороны, при усилении

амплитудно-

модулированного или однополосного сигнала

из-за

нелинейности

характеристики усиления пиковая выходная мощность не д о л ж н а

превышать примерно половины максимальной мощности

клистро­

на, и тогда нелинейность процессов проявляется в слабой

степени.

В силу указанных причин режим малого сигнала представляет оп­ ределенный самостоятельный интерес.

При нахождении коэффициента усиления в малосигнальном приближении сделаем следующие предположения . Будем считать,

•что возбуждение k-то резонатора

сгруппированным

потоком

эквива­

лентно

подсоединению

к зазору

генератора

тока h,

и поэтому

на­

п р я ж е н и е

на зазоре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uk

= IkZk,

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.97)

г д е

Zh

— эквивалентное

сопротивление

резонатора.

П о л о ж и м

так­

ж е ,

что ток //,-, питающий резонатор,

может

рассматриваться

как

векторная

сумма токов,

определяемых

н а п р я ж е н и я м и

на

зазорах

всех предшествующих резонаторов:

 

 

 

 

 

 

h

=

V

Lk

= У,' К А -

 

 

 

 

 

 

 

(1.98)

 

 

/1=1

ft=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'Здесь

параметр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.99)

.связывает

ток, питающий k-й

резонатор, с напряжением

на зазоре

Л-го

резонатора лри условии,

что н а п р я ж е н и я на зазорах

всех

ос-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т а л ь н ых резонаторов равны нулю. Этот п а р а м е т р может быть на­

зван

крутизной характеристики участка группировки между Л-м и

k-ы

з а з о р а м и или просто крутизной участка по аналогии со средней

крутизной электронного прибора в теории ламповых или транзис ­

торных

усилителей. Коль скоро анализ

малосигналы-юго

р е ж и м а

позволит установить, что п а р а м е т р ы Zh

и Shh являются линейными,

т. е. не

зависящими от уровня сигнал,-!, соотношения (1.97)

и (1.98)

д а д у т возможность определить усиление Кип как функцию от пара ­

метров

клистрона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод выражения

для Кип удобно

произвести

на основании

ди ­

а г р а м м ы прохождения сигнала через цепь.

Т а к а я д и а г р а м м а

со­

ставляется на основании следующих правил:

 

 

 

 

 

 

 

 

1) сигналы передаются вдоль отрезков

только

в

направлении

стрелок;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) сигнал, проходящий вдоль какого-либо

отрезка,

 

у м н о ж а е т с я

на коэффициент передачи этого отрезка;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) величина

переменной,

и з о б р а ж а е м о й

 

какой-либо

узловой

точкой,

является суммой всех

сигналов, приходящих в эту точку, и

 

 

 

 

 

передается

по

всем

отрез­

 

 

 

 

 

кам,

выходящим

из

 

этой

 

 

 

 

 

точки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

 

1НГ1Г1Г~*в

В

качестве

 

примера на

4 1

 

рис. 1.21а, б изображены

ди­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а г р а м м ы прохождения

сиг­

 

 

 

 

 

нала

через трех- и

четырех-

 

 

 

 

 

резонаторные

 

клистроны.

 

 

 

 

 

Учитывая,

что

к а ж д ы е

два

 

 

 

 

 

соседних

участка

могут

 

быть

 

 

 

 

 

заменены

одним,

имеющим

 

 

 

 

 

коэффициент передачи,

 

р а в ­

 

 

 

 

 

ный

произведению

коэффи ­

 

 

 

 

 

циентов

передачи

двух

з а м е ­

 

 

 

 

 

няемых

 

участков,

эти

д и а ­

Рис. 1.21

 

 

 

 

граммы

 

можно

упростить.

 

 

 

 

Например,

д и а г р а м м у

для

 

 

 

 

 

четырехрезонаторного

клис­

трона

можно

т а к ж е

представить в

виде,

изображенном

на

рис.

1.21 е. Аналогичные д и а г р а м м ы могут

быть

построены

д л я

клистро­

нов с большим

числом

резонаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование д и а г р а м м ы

прохождения

сигнала имеет

опреде­

ленные достоинства. С ее помощью вывод в ы р а ж е н и я

д л я

функции

Кип упрощается, кроме того, влияние несоседних резонаторов ста­

новится наглядным .

Горизонтальный участок д и а г р а м м ы

д л я клист-

ронного усилителя

(рис.

1.21) соответствует по

своей

структуре

д и а г р а м м е

прохождения

сигнала через

многокаскадный

ламповый

усилитель,

и это

позволяет предположить,

что д л я клистронного-

усилителя

могут

быть получены

те ж е

частотные

характеристики,

что и д л я

лампового усилителя.

Н а л и ч и е

дополнительных путей

44

п р о х о ж д е н ия сигнала (влияние несоседних резонаторов) указывает на своеобразие цепи клнстронного усилителя.

Помимо д и а г р а м м ы прохождения сигнала можно ввести в рас­ смотрение эквивалентные схемы клистронных усилителей. Так, на­ пример, на рис. 1.22 изображена эквивалентная схема четырехрезонаторного клистрона. Контуры на этой схеме соответствуют ре-

Рис. 1.22

зонаторам клистрона, а лампы, имеющие комплексные крутизны и проницаемости, равные нулю, — участкам группировки. Эквива­ лентные схемы т а к ж е у к а з ы в а ю т ка к на сходство, так и на разли­ чие м е ж д у клистронным и многокаскадным ламповым усилителями.

Формулы

(1.97) и

(1.98) позволяют установить

связь

между на­

п р я ж е н и я м и

на первом и последующих зазорах

резонаторов. Так:

U3 ( S l 3 -|- S l 2 S 2 3 Z2 ) Z3UV

 

 

 

 

 

Sj2 5 2 4 Z 2 +

S l 3 S 3 4 Z 3

-\- 5 l 2 S2 3 5 3 4 Z 2 Z 3 ) ZjJx

и т. д.

Поэтому в общем случае дл я /г-резонаторного клистрона

 

^_ ^

 

п—1_ ^

ft—1

п—1 ^

^

 

 

 

/1=2

 

/1=2 *=3

 

 

 

/1=2 ft=3 (=4

 

 

Л=2

 

 

/

X е ^ ' Т в ^ я .

 

 

 

 

 

(1.100)

Последний член в

скобках

этого

выражения

совместно с мно­

ж и т е л е м перед скобками соответствует по своей

записи

коэффици­

енту усиления

многокаскадного усилителя. Все остальные

слагаемые

являются результатом

учета влияния

несоседних

резонаторов. При

45

широкополосной настройке клистрона это влияние проявляется в

сильной

мере, и пренебрежение им

может

привести

к

большим

о ш и б к а м

в определении частотной характеристики .

 

 

Частотные свойства клистрона определяются к а к

частотными

свойствами параметров Квх, Квых, Zk, так

и

общей

 

структурой

функции

Кип, д а в а е м о й в ы р а ж е н и е м

(1.100). В

з а д а ч у

а н а л и з а це­

пей резонаторов клистрона д о л ж н о

войти

рассмотрение

вопросов

построения цепей отдельных резонаторов с целью выяснения воз­

можных

характеристик

п а р а м е т р о в

Квх, Квых,

Zk.

На основе

такого

анализа

м о ж е т ' б ы т ь определена IB WBHO.M виде

зависимость

Кип

от

частоты,

что позволит

решить задачи синтеза цепи, т. е. з а д а ч и

оп­

ределения

п а р а м е т р о в

цепи усилителя по з а д а н н ы м типу и пара ­

метрам — полосе частот и неравномерности в пределах полосы

частотной

характеристики .

 

 

 

 

 

 

Строгое

решение задач синтеза

возможно

лишь для линейных

цепей. По мере увеличения уровня

мощности частотная характерис ­

тика клистрона будет

изменяться.

Это изменение

либо, может при­

вести к существенному

уменьшению

полосы частот в пределах

з а д а н ­

ной

неравномерности,

либо сравнительно слабо скажется на поло­

се.

Характер влияния

нелинейности процессов

в

клистроне

при

большом сигнале будет в большой мере определяться способом по­ лучения частотной характеристики усилителя. Рассмотрим этот во­ прос подробней.

Н а и б о л е е часто

на практике требуется,

чтобы

клистрон

имел

возможно

большую

полосу

усиливаемых

частот.

Это

требование

связано с

необходимостью

усиления широкополосных сигналов или

с требованием работы передатчика в широком

диапазоне

частот

без перестройки клистрона. К а к отмечалось в §

1.2,

при

заданных

п а р а м е т р а х клистрона — ускоряющем напряжении и токе луча —

затухание бнп и, следовательно, полоса пропускания выходной

це­

пи д л я данного клистрона

при условии

работы с высоким

кпд

имеют

вполне определенные

величины.

 

 

О б

щ а я полоса частот клистрона может

быть получена большей,

чем полоса выходной цепи подобно тому, как полоса частот, много­ каскадного резонансного усилителя при взаимной расстройке кон­ туров превышает полосу любого отдельного каскада . Такое расши ­ рение полосы в клистроне при малом сигнале получается за счет увеличения тока, питающего выходной резонатор, /„ на краях по­

лосы, где резко п а д а е т

эквивалентное сопротивление

этого

резона­

тора. Рис. 1.23 иллюстрирует частотные зависимости

Un, Zn

и 1П в

этом случае (сплошные

линии) .

 

 

Нелинейность процесса группировки приводит

к

ограничению

величины конвекционного тока, и следовательно', т

о к а

/ п . Поэтому,

если 1П будет в нелинейном р е ж и м е достигать

максимальных зна­

чений на

краях полосы, частотная характеристика изменится срав­

нительно

мало. О д н а к о такому р е ж и м у

работы

будет соответствен

вать мощность клистрона, намного меньшая

максимально

дости­

жимой, т а к как в центре полосы, где

выходной резонатор

имеет

40

н а и б о л ь ш ее сопротивление, ток

намного

меньше, чем

на

краях.

При увеличении

ж е уровня возбуждения

можно

получить

наилуч­

шую группировку на центральной частоте, но на краях

наступит

перегруппировка

электронного

потока. Поэтому

полоса

усиливае­

мых частот клистрона в р е ж и м е максимальной мощности на цент­

ральной частоте уменьшится. Этому

 

случаю

 

соответствуют

пунктирные

 

кривые

на рис.

1.23.

 

 

 

 

 

Рассмотренный

метод

широкопо­

 

лосной

настройки

клистрона

может

 

найти применение на практике, на­

 

пример,

в телевизионном

передатчи­

 

ке с амплитудной

модуляцией. П р и

 

этом широкая полоса частот дол-жна

 

усиливаться

клистроном

в режимах,

 

когда его

мощность

составляет

не

 

более

0,56

от

максимальной

(от

 

«уровня

белого»

до

«уровня

черно­

 

го»), а в момент передачи синхро­

 

импульсов

(режим

максимальной

 

мощности) требования к полосе зна­

 

чительно

снижаются .

 

 

 

 

Учитывая

нелинейность

процес­

 

сов группировки

 

и

взаимодействия

 

в зазоре

выходного

резонатора,

мо­

 

ж н о выбрать

метод

широкополос­

 

ной настройки, при котором полоса

 

частот будет сравнительно мало ме­

 

няться в зависимости от уровня

 

сигнала.

Д л я

этого следует,

к а к

Рис. 1.23

было предложено

С. А.

Зусманов -

ским,

решать

задачу

получения

 

заданной ширины

полосы

отдельно д л я группирователя и

д л я выходной цепи. Частотные

свойства группирователя определя­

ются

частотной

зависимостью

тока, питающего

выходной

резона­

тор.

П а р а м е т р ы

цепи

группирователя необходимо определять та­

ким

образом, чтобы частотная

характеристика

функции

/ „ , кото­

рую в дальнейшем мы будем называть функцией тока, имела в ли­

нейном

приближениитребуемую

полосу

с неравномерностью,

меньшей допустимой д л я усилителя

в целом. Этим

обеспечивается

примерное постоянство тока во всей полосе

и при изменении уров­

ня сигнала. Тогда клистронный усилитель

будет

иметь

полосу,

равную

полосе выходной цепи, но

при наибольшем

кпд и

макси­

мальном усилении. Полоса частот выходной

цепи может быть су­

щественно увеличена

за счет

использования

дополнительных пас­

сивных

резонаторов,

включаемых между

клистроном

и фидером,

идущим

к нагрузке.

Б о л ь ш а я

полоса выходной цепи

• свойственна

т а к ж е клистронам, у

которых

в качестве

выходной цепи использу-

47

ются резонаторы с двукратным или многократным взаимодействи­ ем и твистронам .

Согласно д и а г р а м м а м рис. 1.21

функции Кап и 1П

связаны соот­

ношением

 

 

 

 

 

 

 

Кп=

2Zn*Ba*

I n e ~ i y

e L c n ,

 

 

 

 

(1.101)

Д л я /г-резонаторного

клистрона функция

тока

 

Sl

 

/

л—1

k—l n—l

 

 

 

 

-

^ в х I Sln

-f- ^

Sxh ^hn^h +

V

S

l h

ShkSknZhZk

-\-

Ai " Г

 

 

 

 

\

 

ft=2

Из

 

 

 

 

*—1 j—1 n—l _

^ ^

_

 

 

"—1 ^

\

+ S ^ ^ slhshkskisin

zhzkZi+

. •

--fS^I""] 5 / , ( Л + 1 ) 2 Л

h=2 fc=3 £=4

 

 

 

 

 

h=2

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.102)

Таким образом, необходимо найти решение з а д а ч синтеза при малом сигнале дл я функций тока и усиления и отдельно дл я коэф­ фициента передачи выходной цепи при использовании в ней допол­ нительных резонаторов. Во всех этих случаях д о л ж н ы быть опреде­ лены как влияние уровня мощности на форму частотных характе ­

ристик, та к и условия, когда это влияние

не приводит

к изменени­

ям полосы в пределах, больше

допустимых.

 

1.6. Электронные параметры

 

 

 

Р я д специфических свойств

клистрона

связан с

конечностью

угла пролета электронов в з а з о р а х резонаторов. В предыдущем па­ р а г р а ф е до некоторой степени ф о р м а л ь н о были введены соотноше­ ния (1.97) и (1.98). Рассмотрим, с помощью каких параметро в сле­

дует учитывать конечные р а з м е р ы

зазоров при определении входя­

щих в эти соотношения величин

и Shh.

 

 

Н а ч н е м с изучения в кинематическом

приближении

процессов в

зазоре входного резонатора при

м а л о м

сигнале. Д л я

упрощения

расчетов используем комплексную запись переменных. Уравнение

движения электронов в з а з о р е

{O^x^k)

имеет вид

т0х = ейихгш.

 

(1.103)

К а ж д ы й

слой электронов характеризуется своим моментом влета

В З а з о р

%1 И П р и t = Xi Д Л Я ЭТОГО С Л О Я Х = 0, V = VBxl = Vo-

Интегрируя ур-ние (1.103)

д в а ж д ы ,

получим

*=

х=

где

W o [ l +

[ A l ( e i u ) T

' - e i ( u ' ) L

(1.104а)

V o (t -

т) + h v 0

[ i (t - T l ) е 1 ш т ' + ± ( e l a t l - e i a ( ) ] •

(1.1046.)

fh. =

— — •

 

 

 

2yek

 

 

48

П о д действием н а п р я ж е н и я на

зазоре у электронов появляется

переменная

с о с т а в л я ю щ а я скорости и в потоке начинается

группи­

ровка . Конвекционный ток м о ж н о

определить на основании

закона

о сохранении

з а р я д а

 

 

iedt = I0d тх

 

 

 

ИЛ!И

 

 

 

l°-IuTt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чтобы определить ie не в переменных

Л а г р а н ж а

/ и t i , а в пере­

менных Эйлера

tux,

необходимо

с помощью ур-ния

(1.1046) вы­

разить -л через t

и х.

Это удается

сделать,

поскольку

при f / ' i - C l

и

конечных величинах

угла пролета

yJi

p,i

может

рассматриваться

к а к мадый параметр .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на уе и пере­

П о м н о ж и в

правую

и левую

части

ур-ния

(1.1046)

группировав члены,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0)^ =

0)? — уех

-f- p^h (cor— coxje

1

+

e

1 — e

J.

 

 

 

Используем метод

Л а г р а н ж а ,

дл я

чего

представим

уравнение

в

форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сот^ =

со t — уе

х +

\it

F (t, тх )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и будем находить решение в виде р я д а

 

 

 

 

 

 

сот! =

сот, о + Pacini 1 +

М-? а>тх 2

+

• •

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сотг о = со t —

уех,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а интересующее нас первое

приближение

 

 

 

 

 

«от1 Х =

^ ( * .

 

4)\x_Xia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, в малосигнальном

приближении

 

 

 

сот! =

со/ Ye^ +

^ [ ( 1 +iyex)el^*^x)

 

 

 

еш].

 

 

(1.105)

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ч

 

 

 

 

 

 

U (*. t) = /„ { 1 +

(х, [(i

- уе

х) е 1

 

 

*) -

i еш]).

 

 

 

Комплексная

амплитуда

первой гармоники

конвекционного тока

 

K =

 

 

h[(i-yex)e-l<x-i].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наведенный ток во внешней цепи резонатора

м о ж н о найти

по

аналогии с ф-'лой (1.13) с помощью

соотношения

 

 

 

£ м =

— ~ Г

"

f

K(x)dytx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.106)

Отсюда

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In i =

[(2 +

iуе Ц)е~'v «'«

+

\yJx-2}.

 

 

 

 

 

(1.107)

49