- •Электронные и квантовые приборы свч
- •Глава 1 Общие сведения по электронным и квантовым приборам свч и оптического дипазонов
- •Особенности свч и оптического диапазонов
- •1.2. Общие сведения об электронных и квантовых приборах свч и оптического диапазонов и их основных параметрах
- •1.3. Классификация электронных и квантовых приборов свч и оптического диапазонов
- •Глава 2 триоды и тетроды свч
- •2.1. Полный ток в промежутке между электродами и во внешней цепи электровакуумных приборов
- •2.2. Работа триода на свч
- •2.3. Применение триодов и тетродов свч
- •Глава 3 клистроны
- •3.1. Пролетный двухрезонаторный клистрон
- •3.2. Двухрезонаторные клистронные генераторы
- •3.3. Многорезонаторные клистроны
- •3.4. Применение многорезонаторных клистронов
- •3.5. Отражательный клистрон
- •Глава 4 лампы бегущей волны типа о (лбво)
- •4.1 Принцип работы лампы бегущей волны
- •4.2. Замедляющие системы
- •4.3. Элементы линейной теории лбв
- •4.4. Параметры и характеристики лбв
- •4.5. Особенности устройства и применения лбв
- •4.6. Гибридные приборы типа о
- •4.7. Лампа обратной волны
- •Глава 5 приборы типа м
- •5.1. Движение электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях
- •5.2. Взаимодействие электронов и свч поля
- •5.3. Лампа бегущей волны типа м (лбвм)
- •5.4. Лампа обратной волны типа м (ловм)
- •5.5. Многорезонаторный магнетрон
- •5.6. Митрон
- •5.7. Платинотрон
- •5.8. Приборы с циклотронным резонансом
- •Глава 6 полупроводниковые диоды и транзисторы свч
- •6.1. Полупроводниковые диоды свч
- •Глава 7 лавинно-пролетные диоды (лпд)
- •Глава 8
- •Глава 9 физические основы квантовых приборов
- •9.1. Энергетические уровни
- •9.2. Квантовые переходы
- •9.3. Ширина спектральной линии
- •9.4. Возможность усиления и генерации в квантовых системах
- •9.5. Взаимодействие бегущих электромагнитных волн с активной средой
- •Глава 10 квантовые приборы свч
- •10.1. Квантовые парамагнитные свч усилители
- •10.2. Квантовые стандарты частоты (ксч)
- •Глава 11 лазеры
- •11.1. Оптические резонаторы
- •11.2. Условия самовозбуждения и мощность излучения лазера
- •11.3. Характеристики излучения в оптическом диапазоне
- •11.4. Газовые лазеры
- •11.5. Лазеры на твердом теле
- •11.6. Жидкостные и химические лазеры
- •11.7. Полупроводниковые лазеры
- •11.8. Методы модуляции излучения лазера
- •11.9. Применение лазеров в технике связи
- •Заключение
- •Основные обозначения
- •Список литературы
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Глава 6. Полупроводниковые диоды и транзисторы свч………………………….………
2.3. Применение триодов и тетродов свч
В диапазоне СВЧ более широко применяется схема включения триода с общей сеткой, а не с общим катодом, которая до сих пор рассматривалась. Упрощенная схема включения триода с общей сеткой, показанная на рис.2.4, удобна для сравнения с упрощенной схемой триода с общим катодом (см. рис 2.2). Промежуток лампы сетка-катод входит во входную цепь, а промежуток анод-сетка - в выходную цепь схемы, так что сетка является общей точкой этих цепей.
Как видно из рис. 2.2 и 2.4, выходная (анодная) цепь связана с входной через емкость в схеме с общим катодом и емкостьв схеме с общей сеткой. Эта связь может привести к самовозбуждению лампы. Посколькузначительно меньше, то схема с общей сеткой более устойчива к самовозбуждению. Благодаря этому она широко применяется на высоких частотах. Недостатком схемы с общей сеткой является низкое входное сопротивление усилительного каскада (через входную цепь протекает весь переменный катодный ток лампы). Однако можно показать, что с увеличением частоты активная составляющая входной проводимости каскада с общей сеткой уменьшается из-за увеличения фазового сдвига между сеточным напряжением и первой гармоникой катодного тока. В то же время в схеме с общим катодом входная проводимость увеличивается с ростом частоты.
Требование уменьшения времени пролета в лампах СВЧ не является единственным. Необходимо также уменьшать междуэлектродные емкости, индуктивность вводов и диэлектрические потери в элементах лампы.
На частотах выше 500 МГц применяются триоды с дисковыми выводами: маячковые и металлокерамические. Рассмотрим для примера конструкцию генератора на маячковом триоде (рис 2 5): 1, 2 — коаксиальные резонаторы в цепях сетка-катод и сетка-анод, 3- петля связи, 4 - настроечные поршни, 5-триод. Катод, сетка и анод плоские. Дисковые выводы становятся частью колебательной коаксиальной системы. Расстояние между электродами доходит до десятых и даже сотых долей миллиметра.
Рис. 2.5
В металлокерамическом триоде ((рис. 2.6): 1 — анод, 2 — сетка, 3-катод) вместо стекла используется специальная керамика. Диэлектрические потери в междуэлектродных изоляторах уменьшаются благодаря применению высокочастотной керамики с малым диэлектрическими потерями.
Современные миниатюрные металлокерамические триоды были разработаны на предельную частоту до 10 ГГц. Однако на таких частотах удалось получить очень небольшую мощность и низкий КПД.
Рис. 2.6
В качестве мощных генераторных ламп в длинноволновой части диапазона дециметровых волн применяются преимущественно триоды с водяным или воздушным охлаждением анодов, в конструкции которых учтены требования, предъявляемые к СВЧ лампам. В коротковолновой части диапазона дециметровых волн применяются мощные генераторные триоды, имеющие специальную конструкцию. Кольцевые вводы электродов этих ламп обладают значительно меньшими индуктивностью и омическим сопротивлением и позволяют легко соединить лампы с колебательной системой.
Металлические выводы ламп изготавливаются также из титана. Такие лампы называются титанокерамическими. Применение титана позволило улучшить характеристики приборов, так как при высоких температурах, развивающихся при их работе, титан обладает хорошими абсорбционными свойствами, т.е. поглощает выделяемые в лампе газы и в приборе поддерживается все время рабочий вакуум. Титанокерамические триоды имеют меньшие размеры, чем металлокерамические, при равных значениях выходной мощности.
Недостатком СВЧ триодов является низкий коэффициент усиления по мощности. Это обстоятельство привело к разработке тетродов. Электроды тетродов обычно имеют цилиндрическую конструкцию. Обе сетки, а иногда и катод составляются из большого числа стержней, расположенных по образующим цилиндров соответствующих радиусов. Динатронный эффект ослабляется использованием лучевой структуры электронного потока и удалением анода от экранной сетки на сравнительно большое расстояние. В таких тетродах все электроды имеют дисковые выводы.
Для генерирования сверхмощных колебаний СВЧ диапазона конструктивное разделение лампы и колебательной системы из-за больших потерь в соединениях оказывается нерациональным. Поэтому электроды лампы изготавливаются совместно с колебательной системой, а резонаторные полости помещаются в вакуум. Примером может служить тетродный генератор, названный резнатроном, который в дециметровом диапазоне отдает среднюю мощность 50— 70 кВт при КПД 60—65%. Напряжение источника питания составляет 10-16 кВ.
Дальнейшее развитие этого принципа конструирования ламп привело к созданию коакситрона. По существу коакситрон представляет собой цилиндрическую систему из 48 независимых элементарных триодов с общей сеткой, объединенных со входным и выходным резонаторами в одном вакуумном корпусе. Коакситрон имеет широкую рабочую полосу частот и высокую надежность. Прибор рекомендуется к использованию в широкодиапазонных многоканальных радиолокационных станциях. Коакситрон А15193 (США) является усилителем с коэффициентом усиления по мощности 13 дБ, рассчитанным на диапазон частот 400—500 МГц при уровне мощности в непрерывном режиме 150 кВт, а в импульсном — 10 МВт (КПД 43%). Разработаны коакситроны, перекрывающие диапазон частот 200—1300 МГц.
Триодные и тетродные генераторы обладают рядом достоинств по сравнению с другими типами генераторов СВЧ. К их числу относятся сравнительно низкие питающие напряжения, отсутствие устройств для фокусировки электронного потока, достаточно высокий КПД, сравнительно высокая стабильность частоты по отношению к изменению напряжения питания. Стабильность частоты генераторов в несколько раз выше, чем у аналогичных генераторов на отражательных клистронах. Следует отметить также малую стоимость триодов. Основным недостатком триодных и тетродных генераторов является быстрое падение выходной мощности с ростом рабочей частоты. Практически они используются на частотах до 1,5—2 ГГц.
Тетроды СВЧ применяются в основном в выходных каскадах мощных передатчиков. Например, в телевизионном передатчике ЛАДОГА, предназначенном для черно-белого и цветного телевизионного вещания в диапазоне 470—622 МГц, в выходном каскаде используется металлокерамический тетрод ГС-17Б с выходной мощностью 7 кВт [11].
Триоды СВЧ применяются в качестве генераторов и усилителей средней мощности, а также в качестве преобразователей и умножителей частоты. В передатчике ЛАДОГА металлокерамический триод ГС-14Б работает усилителем-умножителем. Металлокерамические триоды и. тетроды используются также в передатчиках радиорелейных линий связи с временным разделением и импульсной модуляцией. Внешний вид современных триодов и тетродов СВЧ для малых и средних уровней мощности показан на рис. 2.7.
В заключение следует заметить, что все время проводятся работы по усовершенствованию триодов и тетродов для телевизионных передатчиков. Фирма Сименс (ФРГ) недавно разработала серию мощных тетродов для телевизионных передатчиков дециметрового диапазона, у которых благодаря использованию испарительно-конденсационного охлаждения выходная мощность в 2 раза выше, чем при воздушном охлаждении. Эти тетроды дешевле клистронов, эквивалентных им по параметрам. Анод тетродов имеет небольшие каналы охлаждения, ответвляющиеся от основного канала. В канале под давлением циркулирует вода, которая кипит и испаряется примерно при 120°С и охлаждает анод. Металлокерамический тетрод RS1034SK имеет выходную мощность 20 кВт.