книги из ГПНТБ / Хайков А.З. Клистронные усилители
.pdfконце 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 |
8Рв х ^овх • |
|
|
|
|
(1-926) |
|
Коэффициент усиления /г-резонаторного клистрона по мощности |
|||||||
|
Ul |
\ |
I I |
8? |
\ |
|
|
|
1 2ш0 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- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4а |
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