2. Устройство и принцип действия отражательного клистрона.
Отражательный клистрон является маломощным автогенератором СВЧ. В отличие от пролетных клистронов, имеющих два и более резонаторов, отражательный клистрон имеет единственный объемный контур, совмещающий функции модуляции скорости электронного потока и отбора высокочастотной энергии. Устройство отражательного клистрона приведено на рис.7
1 - подогревный катод, 2 - анод прожектора (ускоряющий электрод, 3 -объемный резонатор, 4 - отражатель.
Рис 7
На анод и резонатор подается положительное, а на отражатель - отрицательное напряжение относительно катода. Распределение потенциала вдоль оси клистрона показано на рис.76.
Принцип действия отражательного клистрона
В постоянном ускоряющем поде анода электроны от катода движутся в сторону резонатора, имеющего вид тела вращения. В центральной части его стенки, выполненные из металлических сеток, прозрачных дня электронов, сближаются, образуя узкий зазор.
В установившемся режиме в резонаторе существуют высокочастотные колебания, поле которых между сетками зазора направлено практически вдоль оси потока электронов. Под действием этого поля электроны, пролетающие через зазор, попеременно ускоряются или тормозятся, и лишь те, что проходят зазор в момент смены знака поля, продолжают путь с прежней скоростью (невозмущенные электроны). Таким образом, в зазоре происходит модуляция скорости электронов.
Толщина зазора мала, а, следовательно, мало и время пролета электронов в зазоре, напряжение между сетками зазора также невелико. Все это позволяет считать, что плотность электронного потока на выходе из зазора практически не меняется. В таком виде электронный поток поступает в постоянное тормозящее электрическое поле между резонатором и отражателем. Электроны, двигаясь к отражателю, тормозятся вплоть до остановки (в окрестности точки 5 рис.76.), поворачивают обратно и вновь пролетают через зазор. При этом ускоренные электроны ближе подлетают к отражателю и затрачивают на весь путь в оба конца больше времени, чем замедленные.
Таким образом, можно так подобрать условия движения электронов (в первую очередь - напряжение на отражателе), чтобы ускоренные электроны, раньше вышедшие из зазора, и замедленные, вышедшие позже, вернулись в зазор одновременно.
Рис 8
Этот процесс поясняется диаграммой на рис. 8, где z = 0 и z =D - плоскости зазора и отражателя, а точки θ1,θ2, θ3изображают моменты прохождения через зазор ускоренного, невозмущенного и замедленного электронов, идущих по траекторияма, б ив.
Этот процесс приводит к тому, что возвращающийся в зазор поток представляет последовательность сгустков и разрежений, т.е. происходит группировка электронов. На рис.8 видно, что центр сгустка совпадает с положением невозмущениого электрона.
Если сгусток встретит в зазоре тормозящее ВЧ поле (например, точка θ6 на рис.8), то он передаст ему часть своей кинетической энергии, которая послужит поддержанию установившихся в резонаторе колебаний, т.е. клистрон будет генерировать. Начальные колебания в резонаторе, необходимые для модуляции электронов по скорости, возбуждаются за счет флюктуаций электронного потока (дробовой эффект).