4.6. Гибридные приборы типа о

Наиболее интересными из гибридных приборов являются клистроны с распределенным взаимодействием и твистроны. Эти приборы обладают широкой полосой усиливаемых колебаний, большим коэффициентом усиления и высоким КПД.

Схематическое изображение клистрона с распределенным вза­имодействием показано на рис. 4.8а, б (В гл. 3 есть упоминание о клистроне с распределенным взаимодействием.) В данном при­боре резонаторы заменены короткозамкнутыми отрезками замед­ляющих систем. Увеличение КПД клистрона с распределенным взаимодействием по сравнению с КПД обычного клистрона объяс­няется более эффективным группированием пучка в протяженных резонаторах. Низкие добротности резонаторов позволяют полу­чить большую полосу пропускания. В результате КПД увеличи­вается до 60% при ширине полосы 2—3%. В качестве примера приведем параметры клистрона с распределенным взаимодейст­вием Х3030 (США): выходная мощность в импульсном режиме 2 МВт, КПД 61%, коэффициент усиления 45 дБ, полоса частот 2,5%. Данный клистрон разработан для трехсантиметрового диа­пазона.

Рис. 4.8

Разработан ряд генераторных клистронов миллиметрового ди­апазона. Они имеют один резонатор с распределенным взаимо­действием (короткозамкнутая секция замедляющей системы, со­стоящая из трех или четырех связанных резонаторов). Самовоз­буждение возникает на прямой пространственной гармонике при по­ложительной обратной связи из-за отражений от концов замедля­ющей системы. Положение выходного волновода подбирается из условий получения оптимальных характеристик прибора. Обычно в четырехзазорном резонаторе вывод энергии делается из вто­рой секции. Клистроны имеют электронную и механическую пере­стройки частоты генерации, выходную мощность до 1 кВт при 30 ГГц, 20 Вт при 140 ГГц в непрерывном режиме и 10 кВт при 95 ГГц, 10 Вт при 280 ГГц — в импульсном. Конструктивно клист­роны объединяются вместе с источником питания и системой ох­лаждения в моноблок. Долговечность приборов составляет нес­колько тысяч часов. Стабильность частоты намного выше, чем в отражательных клистронах.

Твистрон является гибридным прибором, который удачно объ­единяет положительные качества мощного многорезонаторного клистрона и ЛБВ. Клистрон обладает высокой импульсной выход­ной мощностью, большим коэффициентом усиления, хорошим КПД, но узкой полосой пропускания. Лампа бегущей волны ха­рактеризуется широкой полосой, но недостаточно высоким КПД. Твистрон является усилителем с высоким уровнем импульсной выходной мощности, превышающей несколько сот киловатт, име­ет большой коэффициент усиления в относительно широкой поло­се пропускания и высокий КПД. Твистроны (рис. 4.8в) отлича­ются от клистронов с распределенным взаимодействием тем, что на входе прибора для модуляции электронного потока использу­ется обычный группирователь многорезонаторного широкополос­ного клистрона, а выходной каскад представляет собой отрезок со­гласованной на концах замедляющей системы. Обычно применя­ется замедляющая система типа, «лист клевера» (элемент 7 на рис. 4.3).

Рис. 4.9

Как известно, в многорезонаторном клистроне ширину полосы можно увеличить путем уменьшения добротности резонаторов и их расстройки. Однако это приводит к уменьшению КПД. Шири­на полосы пропускания сверхмощных ЛБВ ненамного больше до­стижимой полосы пропускания мощных многорезонаторных кли­стронов, обычно это 10—15%. Типичная амплитудно-частотная характеристика такой ЛБВ приведена на рис. 4.9 а. Путем расстройки резонаторов можно получить характеристику многорезо­наторного клистрона, показанную на рис. 4.9 б, когда максималь­ное усиление имеется на тех частотах, где усиление ЛБВ мало. Результирующая характеристика твистрона приведена на рис. 1.9 в.

Значения КПД, получаемые в твистроне, сравнимы с КПД многорезонаторных мощных клистронов, но ширина полосы пропускания примерно на 50% выше, чем у клистрона такой же мощности в том же диапазоне частот.

Приведем параметры твистрона УА143 (США): рабочая час­тота 3 ГГц, импульсная выходная мощность 12 МВт, КПД 43%, усиление 37 дБ, ширина полосы пропускания на уровне 3 дБ 14%, а на уровне 1 дБ 10%, что показывает хорошую линейность ам­плитудной характеристики. Ток пучка 160 А, напряжение 175 кВ.

Твистроны применяются в наземных и корабельных радиона­вигационных станциях.