книги из ГПНТБ / Басалов Ф.А. Некоторые вопросы техники сверхвысоких частот [конспект лекций]

цепи с током (цепи разряда накопителя), так как здесь длитель­ ность импульса определяется временем замыкания указанной цепи. В таких условиях в качестве коммутирующих приборов могут работать только электронные лампы.

2. Схемы импульсных модуляторов с частичным разрядом накопительной емкости

Импульсный модулятор с частичным разрядом накопительной емкости находит широкое применение в передатчиках современ­ ных радиотехнических станций.

Такой модулятор формирует импульсы, форма которых близка к прямоугольной. Коммутирующим элементом здесь является электронная лампа, представляюш.ая собой практически

1.Импульсный модулятор с частичным разрядом накопи­ тельной емкости и шунтирующим нагрузку активным сопротив­ лением.

2.Импульсный модулятор с частичным разрядом накопи­ тельной емкости и шунтирующей нагрузку индуктивностью.

Рассмотрим работу этих схем.

Импульсный модулятор с частичным разрядом накопительной емкости и шунтирующим нагрузку

активным сопротивлением

Напряжение на накопительной емкости ис возрастает до значения UeaaxE „ .

60

с.

UaB (напряжение возбуждения магнетрона), магнетрон начинает

61

емкости. Длительность фронта уменьшается с уменьшением

паразитной емкости и увеличением тока, протекающего через эти емкости.

После достижения номинального значения CJaHнапряжение на магнетроне начинает медленно уменьшаться за счет частичного разряда накопительной емкости Сн, вызывая уменьшение тока магнетрона.

Спад вершины импульса напряжения на магнетроне умень­ шается с увеличением накопительной емкости С„.

После окончания импульса подмодулятора (момент времени tz — рис. 66) модуляторная лампа Л запирается напряжением

нетрон перестает генерировать колебания, дифференциальное

62

1.Импульсы напряжения и тока магнетрона имеют форму, отличную от прямоугольной даже в том случае, когда на сетку модуляторной лампы подаются идеально прямоугольные импуль­ сы от подмодулятора. Это является следствием наличия в схеме паразитных емкостей и ограниченной величины накопительной емкости.

2.Длительность импульсов модулятора определяется главным образом длительностью импульсов, подаваемых от подмодуля­ тора на сетку модуляторной лампы.

3.Начало импульса тока магнетрона запаздывает относитель­ но начала импульса напряжения на магнетроне. Это объясня­ ется особенностью вольтамперной характеристики магнетрона и наличием в схеме модулятора паразитных емкостей.

Импульсный модулятор с частичным разрядом накопительной емкости и шунтирующей нагрузку индуктивностью

Импульсный модулятор с частичным разрядом накопительной емкости и шунтирующим нагрузку активным сопротивлением формирует импульс напряжения на магнетроне с большой длительностью среза. В ряде случаев большая длительность среза недопустима, так как некоторые магнетроны на участке среза импульса могут генерировать паразитные колебания

как за мдлое время длительности фронта ток в ней не успевает

у я н

63

В результате наличия колебательного процесса длительность среза импульса уменьшается (чем меньше индуктивность L, тем меньше длительность среза tc), но при этом, во время

действия полупериода Б возможна повторная генерация магнет­

рона.

Для подавления колебаний в схему модулятора включается диод D. Во время действия импульса наличие диода не сказы­ вается на работе схемы, так как напряжение на аноде диода

64

r > 2 \ ' k -

§ 7. УСИЛИТЕЛИ СВЧ С НИЗКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ШУМА

Работа ламповых усилителей в диапазоне СВЧ сопровожда­ ется теми же специфическими особенностями, которые были выше (§ 2) проанализированы для ламповых генераторов СВЧ. Указанные особенности ограничивают максимальную частоту,

на которой еще могут быть эффективно использованы ламповые усилители. Поэтому ламповые усилители в качестве УВЧ на практике можно встретить лишь в приемниках метровых волн и, отчасти,— дециметровых волн (верхняя часть диапазона). При­ чем, например, на дециметровых волнах ламповые усилители име­ ют те жеконструктивные особенности, что и ламповые генераторы: используются специальные лампы (маячковые) и колебательные системы в виде отрезков коаксиальных линий.

Кроме того, в диапазоне СВЧ. появляется еще один чрез­ вычайно важный ограничивающий фактор, препятствующий использованию обычных ламповых усилителей в качестве УВЧ приемников -- это уровень собственных шумов. Известно, что приемник сам себе создает помехи — внутриприемные шумы. Эти шумы ограничивают величину минимального сигнала, кото­ рый еще может быть принят, то есть ограничивают чувствитель­

Внутренние шумы приемника в целом, а также шумы его отдельных каскадов характеризуют коэффициентом шума Ш, который может быть определен как

ной части).

Следовательно, у идеального бесшумного приемника (или его отдельного каскада) коэффициент шума Ш = 1, a v реального —

HI > 1.

Известно, что коэффициент шума приемника Ш может быть следующим образом определен через коэффициенты шумов его каскадов Ш,-

Afj М г --М п_л

где Mf — коэффициент усиления номинальной, мощности г'-го каскада (номинальной мощностью называют максимальную мощность, передаваемую от каскада в его нагрузку при их согласовании).

Из этой формулы видно, что главное влияние на коэффи­ циент шума приемника оказывает его первый каскад. Отсюда же вытекают требования, которые необходимо предъявить к первому каскаду: малый коэффициент шума Ш, и большой коэффициент усиления номинальной мощности — в этом случае коэффициент шума приемника будет определяться прак­ тически только коэффициентом шума первого каскада.

Первым элементом приемника, если не считать входных устройств (это пассивные элементы), имеющих сравнительно низ­ кий уровень собственных шумов, является УВЧ. Следовательно, основным требованием к УВЧ в диапазоне СВЧ является малый уровень собственных шумов (наряду с большим усилением). Основными причинами шумов ламповых усилителей являются дробовой эффект, перераспределение электронов между элект­ родами многоэлектродной лампы и влияние инерции электронов. Причем уровень шумов в диапазоне СВЧ у них значительно увеличивается за счет последней причины. Поэтому обычные ламповые усилители с ростом частоты становятся все менее и менее эффективными, и уже в нижней части диапазона деци­ метровых волн их не применяют. На этих и на более коротких сантиметровых и миллиметровых волнах в качестве УВЧ при­ емников используются усилители на лампе бегущей волны

66

ГЛБВ). в которых инерция электронов является не ограничиваю' гцим, а полезным эффектом. Кроме того, в- последнее время разработаны принципиально новые типы усилителей СВЧ с низким коэффициентом шума: молекулярные и параметрические усилители.

Кратко рассмотрим указанные типы усилителей СВЧ.

1.Усилители СВЧ на ЛБВ

Вусилителе на лампе бегущей волны (ЛБВ) усиление сиг­ налов осуществляется за счет длительного взаимодействия

электронного потока и бегущей волны электромагнитного поля СВЧ, перемещающихся в одном направлении. Благодаря такому принципу действия лампа и получила свое название.

Схема устройства и питания усилителя на ЛБВ приведена на рис. 70. Усилитель состоит из лампы бегущей волны, стек­ лянный баллон 1 которой выполнен в виде длинной трубки,

устройства 3. Основные элементы самой лампы бегущей волны: электронная пушка, состоящая из катода 4, управляющего электрода 5, первого анода 6 и второго анода 7. замедляющая система 8, выполненная в виде проволочной спирали, и кол­

лектор 9.

Схема питания электродов ЛБВ ясна из рис. 70. Величина питающих напряжений имеет следующий порядок;

Uy — единицы вольт, Uл — десятки вольт,

dj — сотни вольт.

Электронная пушка создает узкий электронный поток, кото­ рый движется вдоль оси спирали. Второй анод и спираль соединены между собой, поэтому скорость движения электро­ нов V3 определяется напряжением £/<г, так как (§ 4)

v- = V 2i u.,-

Изменяя и.л , получают нужную величину скорости Уэ.

Электронный поток, пройдя вдоль спирали, поступает на коллектор. Следовательно, цепь постоянного тока в ЛБВ замы­ кается через коллектор, катод и источник напряжения U,и.

ЛБВ помещается внутрь соленоида, имеющего длину лампы. Соленоид питается постоянным током и создает продольное магнитное поле, направленное вдоль оси спирали. Эго магнитное ноле необходимо для фокусировки электронного потока.

Замедляющая система представляет собой отрезок коаксиальной

отдают часть своей кинетической энергии электромагнитному

скорости их перемещения были одинаковы. Известно, что бегущая волна в обычной коаксиальной линии (внутренний провод не свернут в спираль) движется со скоростью света. Электроны, ускоренные напряжением Ua порядка сотен вольт,

движутся со скоростью в несколько десятков раз меньшей, чем скорость света. Следовательно, для выравнивания скоростей нужно в такое же число раз замедлить движение бегущей волны. Для этой цели используется замедляющая система,

68

Действие замедляющей системы можно пояснить следующим образом. Вдоль спирального провода коаксиальной линии бегущая волна движется со скоростью света. Поскольку она вынуждена последовательно обегать виток за витком, то фазовая скорость V.I, ее перемещения вдоль оси спирали становится меньше ско­ рости света С, причем во столько раз, во сколько раз длина одного витка спирали больше шага спирали, то есть

г

Р и с . 7 1 .

силовых линий электрического поля СВЧ для некоторого фик­ сированного момента времени приведено на рис. 71, на котором

с осевой составляющей электрического поля бегущей волны Ег. Электроны и бегущая волна движутся в одном направлении. При этом электроны, попавшие в область тормозящего поля, будут замедляться и отдавать часть своей кинетической энергии

69