книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие

- п о -

больше индуктивности линии. Этой индуктивностью при определении периода колебаний ложно пренебречь.

Увеличение напряжения на линии до удвоенной величины можно объяснить следующий образом. В начале разряда конденсаторов линии

разряжается через тиратрон и первичную обмотку импульсного транс­ форматора. Общая нагрузка при разряде должна быть равна волновому сопротивлению искусственной линии. Во вторичной обмотке трансфор­ матора индуктируется высоковольтный импульс, которым управляется генератор (рис. 4 .2 5 ,в ).

- I l l -

Схема передатчике второго вида изображена на рис. 4.26. Воз­ будитель представляет еобой маломощный генератор непрерывных сину­ соидальных колебаний. Частота этих колебаний полет выбираться зна­ чительно меньше несущей (рабочей) частоты передатчика. В качестве возбудителей могут приценяться лааповые генераторы.

Рио. 4.25

В умножителях частота колебаний увеличивается до рабочей часто­ ты передатчика.

Колебания частоты п f g подводятся к усилителю мощности, кото­ рый может состоять из нескольких каскадов. В усилителе мощности, кроме усиления первичных колебаний, осуществляется импульсная мо­ дуляция высокочастотных колебаний по амплитуде, усилитель мощно­ сти работает только в течение времени, равного длительности высо­ ковольтных импульсов модулятора.

Управление модулятором осуществляется пусковыми импульсами синхронизатора.

Генераторы высокочастотных колебаний

Генераторы высокочастотных колебаний, применяемые в передатчи­ ках радиолокационных станций, различны по своему устройству.

В зависимости от вида используемого электронного прибора гене­ раторы высокочастотных колебаний, применяемые в радиолокационных станциях, подразделятся на ламповые генераторы, магнетроны, клист­ роны, лампы бегущей и обратной волны, платинотроны.

рассмотрим особенности устройства и работы каждого из назван­ ных генераторов.

Ламповый генератор. Это генератор, в котором в качестве элек­

пу, невозможно генерировать высокочастотные колебания большой мощ­ ности. Такое положение объясняется тем, что с укорочением длины волны возрастает отрицательное влияние времени пролета электронов между электродами лампы на нормальную работу обычных электронных ламп с сеточным управлением электронным потоком. Поэтому для гене­ рирования высокочастотных колебаний применяются специальные элек­ тронные приборы - клистроны, магнетроны, платинотроны.

Магнетрон может генерировать электромагнитные колебания с мощ­

На сантиметровых волнах для генерирования колебаний находят применение генераторы, называемые клистронами. Они более просты по сравнению с магнетронами. Рассмотрим предварительно устройство и работу клистрона как генератора колебаний высокой частоты.

с одним колебательным контуром принято называть отражательным, а с двумя колебательными контурами - прямопролетным. Клистрон пред­

ставляет собой прибор, в котором лампа и колебательная система сов­ мещены.

Принципиальная схема прямопослетного клистрона, используемого в качестве генератора, изображена на рис. 4.28.

Колебательная система в клистроне выполняется в виде объемных резонаторов I и 2. Резонаторы могут иметь различную форму. На рис. 4.28 они представлены в виде тороидов.

Емкость такой колебательной системы в основном определяется площадью круглых сеток и расстоянием между ними; индуктивность же зависит от величины радиуса R (рис.4.28). Переменный ток в резо­ наторе течет по внутренней поверхности триода.

- m -

Рис. 4.28

Работа клистрона основана на взаимодействии электронного по­ тока с электричеоким полей объемных резонаторов. Сущность этого взаимодействия заключается в следующем.

Электроны, пролетая внутри объемного резонатора, возбуждают в нем свободные колебания. При их возникновении электроны могут или отдавать свою энергию резонатору, поддерживая в нем колеба­ ния, или, наоборот, отбирать у резонатора часть энергии, вызывая

быстрое затухание колебаний. Теоретически и опытным путем установ­ лено, что для поддержания колебаний в объемном резонаторе элек­ троны долины пролетать в нем в тот момент, когда высокочастотное электрическое поле резонатора является для них тормозящим.

Сплошной поток электронов не может поддераивать колебания в объемном резонаторе, так как в течение первой половины каждого периода электрическое поле резонатора будет для этих электронов

Для поддержания колебаний в резонаторе электроны должны ле­ теть не сплошным потоком, а группами. В свою очередь, момент про­ лета каждой группы электронов подбирается с таким расчетом, чтобы электрическое поле резонатора было для них тормозящим. Таковы ус­ ловия поддержания колебаний в клистроне.

Теперь проследим за процессами, происходящими в клистроне. Электроны, вылетающие-с поверхности подогревного катода силою-

- 115 -

ним лотокои, ускоряются электрический полей в пространстве между катодом и. ускоряющий электродом, заряженный положительно относи­ тельно катода.

На пути электронного потока устанавливаются два колебательных контура в виде обьемных резонаторов, имеющих форму тороидов. Плос­ кая часть тороида представляет собой две сетки, через которые свободно могут пролетать электроны.

Первый объемный резонатор используется для преобразования сплошного электронного потока в поток переменной плотности. Коле­

лирующей камере различные группы электронов приобретают различ­ ные скорости. Одна группа электронов ускоряется при прохождении через ускоряющее поле, другая, наоборот, замедляется, третья в момент смены знаков заряда сеток пролетает модулирующую камеру без

ции с той скоростью, которую они приобрели при прохождении модули­ рующей камеры. Электроны, имеющие большую скорость, догоняют мед­ ленно летящие, в результате чего происходит группирование электро­ нов по плотности (рис. 4.28).

Скорость полета электронов и расстояние между сетками й^ и устанавливаются с таким расчетом, чтобы группы электронов, проле­ тая второй резонатор, попадали в тормозящее поле и отдавали часть _ своей энергии резонатору.

Второй объемный резонатор является выходным колебательный хонтуроу. Группы электронов, проходя пространство между сетками а2

- 116 -

и, попадают в тормозящее электрическое поле и отдают

часть своей энергии этому полю, благодаря чему в объемном резо­ наторе поддерживаются мощные колебания.

Электромагнитная энергия из резонатора выводится при помощи петли связи.

Для того чтобы поддерживать колебания в первом резонаторе,

В радиолокационных приемниках в качестве маломощных генера­ торов высокочастотных колебаний очень часто применяются одно­ контурные отражательные клистроны. Принципиальная схема такого клистрона показана на рис. 4.29.

Рис.1 4.'29

Отражательный клистрон в отличие от прямопролетного имеет один колебательный контур (резонатор). Когда электрошлетят в направлении от катода к отражателю, в пространстве между сетка­ ми а и d осуществляется модуляция электронного потока по скоро­ сти. После пролета сетки электроны попадают в сильно ториозящее поле, создаваемое отражателем. Под действием этого поля электро­ ны изменяют направление движения на обратное.

При движении электронов от сетки d к отражателю и в обратном направлении образуются электронные группы. Отдача энергии колеба­ тельному контуру в отражательном клистроне происходит при вторич­ ном пролете электронов благодаря тому, что электронные группы по­

Прямопролетные клистроны имеют существенный недостаток: они не позволяют получить большой полезной мощности на выходе.

Современные генераторные клистроны являются многорезонаторными. Мощный пролетный клистрон, изображенный на рис. 4.80, имеет четыре объемных резонатора. Высокочастотная энергия от маломощно­ го источника или от линии обратной связи вносится в первый резона­

Рис. 4.30

Во втором резонаторе сгустки электронов тормозятся при пролете электронов в электрическом поле этого резонатора - часть энергии электронного потока переходит в энергию электромагнитного поля резонатора.

Если на пути электронного потока поставить высокодобротный резонатор и не связывать его с нагрузкой, то электроны, сформи­ рованные в неплотные сгустки, пролетая через него, получат доста­ точные изменения скорости за счет взаимодействия с электрическим полем этого резонатора. За счет добавочного изменения скорости в конце следующего пространства группирования электроны соберутся в более плотные сгустки и вступят во взаимодействие с электриче­ ским полем следующего резонатора, причем это взаимодействие будет тем сильнее, чем плотнее сгустки электронов.

Таким образом, постановкой на пути электронов нескольких резо­ наторов, не связанных с нагрузкой, можно добиться большой плотно-

- на -

- c iи сгустков электронов, пролетающих через последний резонатор. В результате в этой резонаторе увеличиваются амплитуда колебаний высокой частоты и мощность, подводимая от резонатора к нагрузке.

В многорезонаторном клистроне устранены сетки резонаторов и их действие заменено действием электрических полей около попереч­ ных зазоров у разрезов трубки дрейфа. Наличие сеток приводит к потере полезной энергии в результате ударов электронов о них. .

Для получения плотного электронного пучка в многорезонаторном клистроне используется мощный катод и новая система фокусировки. Электроны фокусируются продольным электрическим и магнитным по­ ляки.

Продольное магнитное поле создается специальными катушками, расположенными вокруг пространства группирования, через которое пропускается постоянный ток.

Мощные многорезонаторные клистроны на сантиметровых волнах могут генерировать радиоимпульсы с мощностью более десятки мега­ ватт.

Магнетрон, подобно клистрону, представляет собой электровакуум­ ный прибор, в котором электронная лампа и объемные резонаторы ор­ ганически связаны между собой.

Рис. 4.31

Устройство магнетрона показано на рис. 4.31. Он состоит из катода и анода. Цилиндрический подогревный катод является источ­ ником свободных электронов.

- 119 -

Анод изготовляется из меди или латуни. Он ииеет форму массив­ ного кольца, в котором высверлено несколько (обычно восемь м и двенадцать) отверстий, соединенных посредством щелей с пространст­ вом между анодом и катодом (рис.4.31). Отверстие и щели представ­ ляют собой объемный колебательный контур (резонатор). Емкость объемных контуров сосредоточена в основном между стенками щелей, а индуктивность - в стенках отверстий. Между катодом и анодом дей­ ствует анодное напряжение в несколько сотен или тысяч вольт.

Магнетрон помещается в сильное внешнее магнитное поле, силовые линии которого должны быть направлены вдоль оси катода. Магнитное поле обычно ссздается постоянным магнитом, между полюсами которого устанавливается магнетрон (рис.4 .3 2 ,а ).

Рис. 4.32

Работа магнетрона, как и работа клистрона, основана на взаимо­ действии электронного потока с объемными резонаторами. Взаимодей­ ствие электронов с объемным резонатором магнетрона происходит в тог момент, когда они пролетают под щелью объемного резонатора.