ЛАБ Лампа бегущей волны

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Радиотехнические системы"

Лабораторная работа №3

По дисциплине "Приборы СВЧ и оптического диапазона":

"Исследование лампы бегущей волны"

Выполнил:

Студенты группы

Проверил:

1. Теоретическая часть

Цель работы: ознакомление с устройством, схемой включения, основными характеристиками и параметрами лампы бегущей волны типа О (ЛБВО) и с методикой измерения параметров и снятия характеристик.

Рисунок 1 – схема лабораторной установки

Б5-43 – источник питания постоянного тока;

Ч2-37А – частотомер;

МЗ-51 – измеритель мощности.

Рисунок 2 – устройство маломощной ЛБВО

1 ­– катод (электронная пушка или прожектор);

2 – электрод;

3, 4 ­– аноды;

5 ­– входной волновод;

6 – трубка (является элементом связи элемента 7 с элементом 5);

7 – спиральная замедляющая система;

8 – слой поглотителя для борьбы с самовозбуждением ЛБВО;

9 – выходной волновод;

10 – коллектор;

11 – элемент согласования выходного волновода;

12 – фокусирующая система (кольцевые магниты);

13 – подстроечный элемент.

Система электродов (1 – 4) обеспечивает необходимую начальную фокусировку потока и регулировку тока (изменением потенциала управляющего электрода). Для согласования этого волновода с замедляющей системой имеется подстроечный элемент 13.

Рисунок 3 – условное обозначение ЛБВО

U_упр – напряжение управляющего электрода;

U₀ – ускоряющее напряжение.

2. Экспериментальная часть

2.1 Исследование зависимости выходной мощности от ускоряющего напряжения

Значение частоты входного сигнала: _8499.5 МГц__

Значение мощности входного сигнала:

Найденная максимальная мощность на выходе ЛБВО и соответствующее ей ускоряющее напряжение:

Р_{вых max} =_0.9 мВт_

U₀ = _825 В__

Граничные значения ускоряющего напряжения, в интервале которых выходная мощность уменьшается в 10 раз:

Таблица 1. Зависимость выходной мощности от ускоряющего напряжения

Мощность на выходе ЛБВО, Рвых, мВт	Ускоряющее напряжение, U0, В
0.09	780
0.30	790
0.54	800
0.86	810
0.88	820
0.86	830
0.64	840
0.34	850
0.18	860

Рисунок 4 – график зависимости выходной мощности от ускоряющего напряжения

Из графика на рисунке 4, видно, что граничные значения ускоряющего напряжения, в интервале которых выходная мощность уменьшается в 10 раз составляют:

Рассчитаем абсолютное допустимое изменение:

Рассчитаем абсолютное относительное изменение:

Вычислим скорость электронов для оптимального ускоряющего напряжения:

Пусть фазовая скорость равняется скорости электронов . Тогда, зная значение скорости света, вычислим коэффициент замедления:

2.2 Исследование зависимости выходной мощности от напряжения управляющего электрода

Значение частоты входного сигнала: _8499.5 МГц__

Значение мощности входного сигнала:

Таблица 2. Зависимость выходной мощности от напряжения управляющего электрода

Мощность на выходе ЛБВО, Рвых, мВт	Напряжение управляющего электрода, Uупр, В	Оптимальное ускоряющее напряжение, U0опт, В
0.16	0.0	810
0.48	-2.5	825
0.86	-5.0	830
Мощность на выходе ЛБВО, Рвых, мВт	Напряжение управляющего электрода, Uупр, В	Оптимальное ускоряющее напряжение, U0опт, В
1.10	-7.5	830
1.04	-10	825
0.60	-12.5	820
0.23	-15	820

Рисунок 5 – график зависимости выходной мощности от напряжения управляющего электрода

Вывод: напряжение управляющего электрода является важным параметром настройки ЛБВ типа О, который необходимо точно регулировать для достижения максимальной выходной мощности и оптимальной работы устройства. Ток луча в ЛБВ типа О регулируется путем изменения напряжения управляющего электрода. Это напряжение напрямую влияет на формирование электронного луча в электронной пушке.

2.3 Исследование амплитудной характеристики

Установленное управляющее напряжение и соответствующее ему ускоряющее напряжение:

U_упр = _-8 В_

U₀ = _820 В_

Таблица 3. Амплитудная характеристика

Мощность на входе ЛБВО, , мВт	Мощность на выходе ЛБВО, Рвых, мВт
7.5	0.17
7	0.22
6.5	0.25
6	0.26
5.5	0.32
5	0.34
4.5	0.46
4	0.55
3.5	0.72
3	1
2.5	1.5
2	1.94
1.5	2.4
1	3
0.5	2.9
0.4	2.9
0.3	2.64
0.2	2.05
0.1	1.25

Рисунок 6 – амплитудная характеристика и зависимость коэффициента усиления от входной мощности Рисунок 7 – амплитудная характеристика и зависимость электронного КПД от входной мощности

Из рисунка 7, можно сделать вывод, что коэффициент усиления ЛБВ типа О напрямую зависит от максимального электронного КПД устройства. Чем выше электронный КПД, тем больше энергии электронов преобразуется в СВЧ-мощность, что приводит к увеличению коэффициента усиления.

При оптимальном режиме работы, когда большая часть энергии электронов передается электромагнитной волне, коэффициент усиления достигает максимальных значений.

Зависимость между этими параметрами носит нелинейный характер. При увеличении КПД наблюдается рост коэффициента усиления, однако существует определенный предел, после которого дальнейшее повышение КПД не приводит к существенному увеличению усиления из-за ограничений, связанных с конструктивными особенностями ЛБВ и физическими процессами в ней.

Вывод о проделанной работе: ознакомилась с устройством, схемой включения, основными характеристиками и параметрами лампы бегущей волны типа О (ЛБВО) и с методикой измерения параметров и снятия характеристик.

Принцип работы ЛБВО, основанный на взаимодействии электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в замедляющей системе и из результатов эксперимента, видно, что эффективная передача энергии происходит при условии близкого к синхронизму скоростей электронов и электромагнитной волны (Ve ≈ Vф).

Москва 2025