книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

Э к в и в а л е н т н а я с х е м а г е н е р а т о р а с о б щ е й

гак как контуры, входящие в колебательную систему, вклю­ чены между анодом и сеткой и катодом и сеткой лампы.

сетка-катод.

Емкость анод-катод лампы значительно меньше емкости сетка-катод, поэтому обратная связь в этой схеме получает­ ся слабой.

Слабая естественная обратная связь позволяет введени­ ем дополнительной обратной связи подобрать соответствую­ щий коэффициент обратной связи, а следовательно и необ­ ходимый режим работы автогенератора.

Автогенератор на отрезках коаксиальных линий — это сложный трехточечный генератор.

Для возбуждения его необходимо выполнить два условия самовозбуждения. Из общего правила составления схем

трехточечных автогенераторов следует, что для выполнения фазового условия самовозбуждения на частоте генерируе­ мых колебаний катодно-сеточный контур должен иметь ем­ костное сопротивление, так как между анодом и катодом кон­ тур должен иметь индуктивное сопротивление.

Нужный характер сопротивления контуров получают из­ менением длин отрезков коаксиальных линий путем пере­ движения закорачивающих плунжеров. При этом изме­ няются величина входного индуктивного сопротивления ли­ ний и частота собственных колебаний контуров.

Для выполнения амплитудного условия самовозбужде­ ния нужно так подобрать соотношение между емкостями

Рис. 4. 29. Эквивалентная электрическая схема генератора.

Из рис. 4. 29 видно, что рассматриваемый автогенератор является емкостной трехточкой. Амплитудное условие са­ мовозбуждения в этой схеме практически выполняется из­ менением длины катодно-сеточной линии, что ведет к изме­ нению величины и характера ее реактивного сопротивления, то есть к регулированию коэффициента обратной связи. Возбуждение колебаний происходит по тем же причинам, что и в обычном трехточечном генераторе. Так, при включе­

181

сеточной линии создается переменное напряжение, которое оказывается приложенным к участку сетка-катод лампы. Под действием этого напряжения и напряжения смещения анодный ток становится импульсным, так как генератор ра­ ботает в режиме колебаний второго рода. Напряжение с анодно-сеточного контура подается минусом на анод и соз­ дает между анодом и сеткой тормозящее электрическое по­ ле. Электроны, пролетая в этом поле, тормозятся им и от­ дают часть своей энергии в анодно-сеточный контур, чем и поддерживают в нем колебания. Часть энергии этих коле­ баний через элементы обратной связи подается в катодно­ сеточный контур, чем осуществляется положительная связь между сеточной и анодной цепями генератора. Колебания на выходе генератора нарастают до стационарного значения. Частота их определяется собственной частотой резонансной системы.

На заданную частоту генератор настраивают перемеще­ нием закорачивающего плунжера анодно-сеточной линии. При этом изменяется индуктивное сопротивление анодно-се­ точного контура и, следовательно, частота генерируемых ко­ лебаний.

При перемещении закорачивающего плунжера катодно­ сеточной линии изменяется емкостное сопротивление катод­ но-сеточной линии (Сдк), а значит и величина обратной связи. Частота генерируемых колебаний в этом случае из­ меняется незначительно.

§4. 10. Клистронные генераторы

А.Общие сведения о генераторах сантиметровых волн

В рассмотренных ранее автогенераторах, которые рабо­ тали на волнах до дециметрового диапазона (то есть в диа­ пазонах средних, коротких волн, У К В ), применяли электрон­ ные лампы с управляющей сеткой.

Однако на сантиметровых волнах такие лампы работать не могут ^из-за влияния междуэлектродных емкостей, индук­ тивностей вводов и конечного времени пролета электронов. Поэтому в настоящее время на сантиметровых волнах при­ меняют специальные электронные приборы: клистроны, маг­ нетроны, лампы бегущей волны (Л Б В ), платинотроны, карматроны, лампы обратной волны (Л ОВ) и др.

182

динов в приемниках сантиметровых волн, в устройствах кон­ троля за работой радиотехнических станций, в передатчиках радиорелейных линий, в лабораторных установках и так да­ лее. Мощность таких генераторов колеблется от сотен мил­ ливатт до десятков ватт.

Клистронный генератор состоит из следующих основных элементов (рис. 4. 30, 4. 31):

—объемного резонатора;

—лампы клистрона;

—источников питания.

Объемный резонатор включает:

—собственно резонатор (рис. 4. 30);

—винты настройки (могут быть плунжеры, гибкая диа­ фрагма) ;

183

Рис. 4. 30. Конструкция стеклянного отражательного клистро­

9 — резонатор.

—двух сеток резонатора;

—отражателя специальной формы.

На ускоряющий электрод подается положительное на­ пряжение (по отношению к катоду) от источника постоянно­ го тока Еа. В результате между ускоряющим электродом и катодом создается электрическое поле (Е ), которое форми­ рует поток электронов, летящих от катода к отражателю (рис. 4. 31).

На отражатель от источника U 0 подается отрицательное напряжение относительно катода, которое создает электри­ ческое поле отражателя (Е0). Это поле тормозит электроны, летящие к отражателю.

П р и н ц и п р а б о т ы о т р а ж а т е л ь н о г о ' к л и с т р о н а После подачи питающих напряжений катод клистрона

184

Рис. 4. 31. Схема питания отражательного клистрона.

разогревается и испускает электроны. Под действием ус­ коряющего поля электроны устремляются к ускоряющему электроду. В пространстве между катодом и ускоряющим электродом электроны движутся равноускоренно и равно­ мерным по плотности потоком. Ускоряющее поле сообщает электронам кинетическую энергию.

Таким образом, энергия источника постоянного напряже­ ния превращается в кинетическую энергию электронов, летя­ щих в вакууме.

Основная часть электронов пролетает через щели уско­ ряющего электрода и устремляется к сеткам резонатора. Задача заключается в том, чтобы эту кинетическую энергию летящих электронов превратить в энергию высокочастотных колебаний.

Рассмотрим процесс прохождения тока через сетки ре­ зонатора,, между которыми движется с постоянной скоростью поток электронов (рис. 4. 32).

Вследствие явления электростатической индукции при движении электронов па сетках резонаторов будут наводить­ ся заряды. Во внешнем проводнике, соединяющем сетки ре­ зонатора (то есть стенках резонатора), проходит ток. Зна­ чит, между сетками резонатора возникают слабые затухаю­ щие колебания, которые должны усиливаться пролетающим электронным потоком.

185

Положительный полупериод этого высокочастотного на­ пряжения ускоряет электроны, движущиеся к отражателю, то есть энергия этих колебаний резонатора расходуется на увеличение кинетической энергии летящих электронов, а от­ рицательный полупериод тормозит электроны, и кинетиче­ ская энергия их превращается в энергию высокочастотных колебаний (рис. 4. 32).

Рис. 4. 32. Получение колебаний в клистроне и воздействие их на поток электронов.

Так как электроны вылетают из катода непрерывным по­ током, то энергия, отбираемая электронами за положитель­ ный полупериод, равна энергии, отдаваемой электронами за отрицательный полупериод, и поэтому постоянный по плот­ ности поток электронов не может усилить слабые колебания в резонаторе клистрона.

Для генерации необходимо, чтобы за ускоряющий полу­ период электроны либо совсем не пролетали сквозь зазор резонатора, либо пролетали в меньшем количестве, чем за тормозящий полупериод. Поэтому для возбуждения колеба­ ний в клистроне необходимо:

— преобразовать электронный поток постоянной плот­ ности в электронный поток переменной плотности, имеющий

стронного генератора);

— пропустить эти сгустки сквозь зазор резонатора в тормозящие полупериоды высокочастотного напряжения (фазовое условие работы клистрона).

186

Рис. 4. 33. Пространственно-временная диаграмма полета элек­ тронов в отражательном клистроне.

Для выяснения механизма образования сгустков рас­ смотрим движение трех групп электронов (рис. 4. 33).

прирост кинетической энергии. Они пройдут в пространстве между резонатором и отражателем (пространстве группиро­

187

щающиеся электроны. Так как ускоряющим является на­

вращаются обратно к резонатору. ЕІусть эти электроны про­

му они никакого ускорения и замедления не получают и уда­ ляются от резонатора на меньшее расстояние Х 2. В про­ странстве группирования они находятся меньшее время, чем электроны группы 1, возвращаются обратно в зазор резона­ тора вместе с электронами группы 1, то есть в момент вре­ мени t9.

Электроны группы 3 пролетают зазор пространства в мо­ мент времени t3 на полпериода (0,5 Т) позже электронов груп­ пы 1, когда поле максимально и отрицательно. Поэтому поле резонатора тормозит эти электроны, и они удаляются от ре­ зонатора еще на меньшее расстояние Х 3. В пространстве

трического поля между сеткой и отражателем должна быть

188

быть сгруппированы в сгустки с плотностью не меньше не­ которого минимума, достаточного для возбуждения и поддер­ жания колебаний.

щем высокочастотном поле, только тогда они отдадут свою кинетическую Энергию резонатору, поддерживая в нем не­ затухающие колебания (моменты времени, ts, t9, рис. 4. 33).

Момент обратного пролета сгустков электронов через сетки резонатора можно регулировать, изменяя напряжение

ускоряет, то есть отдает им свою энергию. Поэтому возник­ шие колебания в резонаторе будут затухать.

tup — время пролета электронов в поле взаимодействия. Благодаря наличию фазового условия в отражательных кли-

ся для настройки клистронного генератора при помощи вин­ тов. Кроме того, частота колебаний, генерируемых отража­ тельным клистроном, зависит от режима питания. Такое

дах (обычно на отражателе).

Действительно, если электронные сгустки пролетают между сетками резонатора в тот момент, когда поле его

189