Тема 2.3. Прилади нвч

2.3.1. Електровакуумні прилади нвч

Питання.

1. Класифікація електронних і електровакуумных приладів НВЧ.

2. Особливості генераторів НВЧ.

3. Взаємодія електронів зі статичним електричним і магнітним полями.

4. Метод статичного керування електронним потоком (СКЕП).

5. Метод динамічного керування електронним потоком (ДКЕП).

6. Наведений і конвекційний струми.

7. Час і кут прольоту.

8. Аналіз коефіцієнта пропорційності (М) між амплітудами конвекційного й наведеного струмів.

9. Зміна швидкості електронів під дією поля НВЧ.

10. Обмін енергією потоку електронів і поля.

11. Електронне навантаження зазору і її аналіз.

12. Комплексні параметри ламп на підвищених частотах. Задачі №№ 1-7.

13. Вплив індуктивностей вводів, міжелектродных ємностей, інерції електронів на роботу ламп НВЧ.

14. Частота самонейтралізації тріода.

15. Частота короткого замикання входу тріода з його виходом.

16. Облік особливостей роботи електронних ламп у їхніх конструкціях.

17. Переваги включення ламп на підвищених частотах за схемою із загальною сіткою.

18. Лампові підсилювачі й генератори НВЧ із однобічною конструкцією коливальної системи.

19. Лампові підсилювачі й генератори НВЧ із двосторонньою конструкцією коливальної системи.

20. Перебудова по частоті лампових підсилювачів і генераторів НВЧ.

21. Області застосування лампових підсилювачів і генераторів НВЧ, їхні переваги й недоліки.

22. Хвилевідні об'ємні резонатори: призначення, конструкція, переваги й недоліки,

умови резонансу, розрахунок розмірів і резонансних частот. Задачі №№ 8-11.

23. Особливості ЕМП у хвилевідних резонаторах. Коливання типу Н₀₁₁ у прямокутному й в круглому резонаторах: структура ЕМП, порівняльна оцінка резонаторів.

24. Структури полів коливань ,

25. Нехвилевідні резонатори. Їхньої особливості. Тороїдальні резонатори: конструкція,

застосування, метод розрахунку резонансної частоти. Резонатор типу «щілина-отвір».

26. Добротність об'ємного резонатора: визначення й вивід формули, аналіз.

Експериментальне визначення добротності.

27. Кільцевий хвилевідний об'ємний резонатор біжучої хвилі, його застосування у фільтрах для поділу каналів.

28. Конструктивні особливості резонаторів у коаксіальному й смужковому виконаннях.

29. Діелектричні й феритові резонатори.

30. Загальна характеристика й класифікація приладів НВЧ із ДКЕП.

31. Характеристика й класифікація приладів НВЧ із ДКЕП О-типу.

32. Характеристика й класифікація приладів НВЧ із ДКЕП М-типу.

33. Застосування приладів НВЧ із ДКЕП і їх основні технічні характеристики.

34. Пристрій і принцип дії двухрезонаторного пролітного клістрона.

35. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: модуляція електронів по швидкості.

36. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: групування згустків.

37. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: параметр групування, аналіз просторово-тимчасової діаграми конвекційного струму залежно від цього параметра.

38. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: аналітичне вираження для конвекційного струму і його аналіз.

39. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: передача енергії згустків полю вихідного резонатора. Задачі №№ 12-15.

40. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: основні характеристики.

41. Фізичні процеси у двухрезонаторному пролітному клістроні: можливість множення частоти.

42. Особливості багаторезонаторних пролітних клістронів. Задачі №№ 19-22.

43. Конструкція і принцип дії відбивного клістрона.

44. Характеристики й параметри відбивного клістрона: частота генеруемих коливань.

45. Характеристики й параметри відбивного клістрона: зони генерації. Задачі №№ 16-19.

46. Характеристики й параметри відбивного клістрона: діапазон і крутість електронної перебудови.

47. Характеристики й параметри відбивного клістрона: потужність генеруемих коливань, ККД.

48. Особливості конструктивного виконання відбивних клістронів і їхнє застосування. Уповільнюючи системи: визначення, призначення, способи одержання повільних хвиль. Класифікація.

30. ЕМП в однорідній системі, що сповільнює: розрахунок, структура.

31. Уповільнюючи системи типу «гребінка»: конструкція, застосування, аналіз коефіцієнта уповільнення. Задачі №№ 27-30.

32. Спіральна уповільнююча система: конструкція, застосування, принцип уповільнення, спрощений аналіз коефіцієнта уповільнення, структура ЕМП. Задачі №№ 21-25.

33. Уповільнюючи системи типу «щілина-отвір»: конструкція, еквівалентна схема, спрощений аналіз коефіцієнта уповільнення. Задача № 32.

34. Поняття про просторові гармоніки в УС і їхнє використання в приладах НВЧ О-типу.

54. Особливості приладів із тривалою взаємодією електронного потоку й поля.

55. Пристрій лампи біжучої хвилі типу ПРО (ЛБХ-О).

56. Принцип дії ЛБХ -О.

57. Характеристики й параметри ЛБХ -О: забезпечення стійкого посилення.

58. Характеристики й параметри ЛБХ -О: коефіцієнт підсилення й амплітудні

характеристики.

59. Характеристики й параметри ЛБХ -О: динамічний діапазон і припустимий рівень

перехідних шумів. Задача № 26.

60. Характеристики й параметри ЛБХ -О: діапазонні властивості.

61. Характеристики й параметри ЛБХ -О: ККД.

62. Характеристики й параметри ЛБХ -О: коефіцієнт шуму.

63. Характеристики й параметри ЛБХ -О: особливості експлуатації.

64. Застосування ЛБХ -О: загальна характеристика підсилювачів на ЛБХ

65. Застосування ЛБХ -О: класифікація по типах і їхній короткій характеристиці.

66. Лампа зворотної хвилі (ЛЗХ-О): конструкція.

67. Лампа зворотної хвилі: принцип дії.

68. Лампа зворотної хвилі: механізм зворотного зв'язка.

69. Характеристики й параметри ЛЗХ-О: діапазон і крутість електронної перебудови.

70. Характеристики й параметри ЛЗХ-О: вихідна потужність. Задача № 31.

71. Застосування ЛЗХ-О.

72. Пристрій ЛБХ-М і ЛЗХ -М.

73. Фізичні процеси в ЛБХ -М і ЛЗХ -М.

74. Конструкція й принцип дії платинотрона.

75. Конструкція й принцип дії амплітрона.

76. Поняття про магнетрони.

Задачі.

1. Електрон зі швидкістю v₀ влітає в область поля, характеризуемого рівномірно розподіленим Е. Як зміниться характер руху електрона, якщо:

1. v₀ | | Е , але

а) однонаправлені,

б) протинаправлені;

2. v₀ Е.

1. У діоді із плоскими катодом і анодом, відстань між якими дорівнює 3мм, з катода

с нульовою швидкістю вилітає електрон. Визначите швидкість електрона в аноді, якщо Uа=100 В.

3. Визначите амплітуду наведеного струму в зовнішньому ланцюзі ЕВП, якщо амплітуда конвекційного струму 0,5 А, а кут прольоту дорівнює (2 ).

4. Визначите ширину зазору d ЕВП на частоті 200 МГц , якщо різниця потенціалів на зазорі дорівнює 400 В, а співвідношення між амплітудами наведеного й конвекційного струмів становить 2/ .

5. Визначите необхідну різницю потенціалів на зазорі d=5мм для частоти 300 МГц при М= 2/ .

6. Визначите кінцеву швидкість електрона (v_k ) при виході з 5 мм зазору ЕВП із урахуванням впливу електромагнітного поля частоти 300 МГц і максимальною амплітудою напруги 10 В, якщо різниця потенціалів U₀=400 В. Проаналізуйте по величині цієї швидкості чи придбав електрон додаткову кінетичну енергію або віддав її полю. Які умови необхідно виконати для одержання протилежного ефекту?

7. Розрахуйте провідність електронного навантаження 10 мм зазору ЕВП на частоті 400 МГц, якщо різниця потенціалів U₀=900 В, а величина усередненого струму I₀=10 А.

8. У прямокутному резонаторі збуджуються коливання Н₁₀₂ на частоті 3,2 ГГц.

Розрахуйте розміри поперечного переріза і довжину резонатора.

9. Визначите діапазони частот круглого резонатора діаметром 80 мм, довжина якого

може змінюватися від 50 до 80 мм. У резонаторі збуджуються коливання Н₀₁₁.

10. У круглому резонаторі на частоті 10 ГГц збуджується коливання Е₀₁₂. Розрахуйте

діаметр резонатора і його довжину.

11. У прямокутному резонаторі з розмірами 11055 мм збуджуються коливання Н₁₀₁. В

яких межах необхідно змінювати довжину резонатора для забезпечення перебудови

резонатора в діапазоні частот від 1600 до 2000 МГц.

11. До зазору вхідного резонатора двохрезонаторного пролітного клістрона прикладена синусоїдальна напруга u₁ (t)=20 sin 6 10⁹ t. Визначите швидкість електрона (v_k ) і її характер на виході зазору для моменту часу t₁=0,15 мкс, якщо різниця потенціалів у проміжку катод-резонатор становить 1,6 кВ, а коефіцієнт зв'язку вхідного резонатора дорівнює 0,9.

12. До зазору вхідного резонатора двохрезонаторного пролітного клістрона прикладена синусоїдальна напруга u₁ (t)=10 sin 2 10¹⁰ t. Визначите з яких міркувань потрібно вибирати довжину зазору, щоб у момент прольоту електроном середини зазору вхідного резонатора він попадав у гальмуючу фазу напруги. До резонатора прикладена напруга +900 В, а його коефіцієнт зв'язку дорівнює 0,95.

13. Визначите амплітуду вхідної напруги у двохрезонаторному пролітному клістроні для забезпечення параметра групування близьким до одиниці при ширині зазорів резонаторів 4 мм, довжині трубки дрейфу 20 мм, коефіцієнта зв'язку резонаторів 0,7 , якщо робоча довжина хвилі клістрона дорівнює 5 см ,а різниця потенціалів 400 В.

14. Передкінцевий підсилювач каналу передачі тропосферної радіостанції, що працює на частоті 3 ГГц, виконаний на пролітному клістроні й забезпечує на виході рівень сигналу 150 Вт. Визначите для даної потужності яку величину струму I₀ необхідно забезпечити на початку зазору вхідного резонатора при оптимальному параметрі групування для першої гармоніки, якщо коефіцієнт корисної дії клістрона дорівнює 10%, коефіцієнт зв'язку другого резонатора 0,9, а коефіцієнт токопроходження клістрона 0,8. Які повинні бути розміри трубки дрейфу клістрона для забезпечення розв'язки між його входом і виходом?

15. Визначите напруженість електричного поля у відбивному клістроні, якщо U₀=300В, U_0тр = -200В и = 1 см.

16. Визначите потужність, генеруєму навантаженим відбивним клістроном у першій зоні генерації, якщо його тороидальный резонатор настроєний на частоту 3 ГГц, величина зазору в резонаторі дорівнює 5 мм, U₀=196 В, I₀=0,1 А и k = 0,5.

17. Як зміниться частота генеруемих у відбивному клістроні коливань при переході від центра 3-їй зони (S₃ = 2 МГц/В) до центра 4-їй зони (S₄ = 4 МГц/В)? Як зміниться смуга частот генерируемых коливань, якщо різниця напруг на відбивачі для центрів зон становить 100 В?

18. Визначите амплітуду напруги на відбивачі для перших трьох зон генерації відбивного клістрона, коливальний контур якого виконаний на тороїдальному резонаторі із прямокутною формою поперечного переріза з розмірами 2а=90 мм; 2b=30 мм; h=16мм; d=4 мм, якщо різниця потенціалів дорівнює 100 В.

19. Відкрита система, що сповільнює, на частоті 3 ГГц забезпечує уповільнення хвилі в 10 разів. Визначите, на якій відстані від поверхні, що сповільнює, амплітуда поздовжнього складового електричного поля зменшується в 100 разів у порівнянні зі значенням у поверхні.

20. Розрахуйте діаметр спіралі, що при кроці, рівному 1мм, має коефіцієнт

уповільнення 28.

11. Визначите коефіцієнт уповільнення спирали, якщо її радіус дорівнює 1,3 мм, а крок витка 0,36 мм.

12. Розрахуйте крок спіралі діаметром 2 мм для уповільнюючої системи (УС) ЛБХ із прискорювальною напругою 400 В.

13. ЛБХ заживлена прискорювальною напругою 300 В, її спіральна УС має радіус 1,5 мм. Визначите коефіцієнт уповільнення системи й крок спіралі.

14. Визначите необхідну потужність на вході ЛБХ -О з максимально можливим динамічним діапазоном у смузі частот (1-2) ГГц.

15. Розрахувати потужність власних шумів на виході ЛБХ -О для забезпечення коєфіціента шуму Кш =5 дБ у смузі частот 1 ГГц при коефіцієнті підсилення Кр =40 дБ.

16. Коефіцієнт уповільнення системи, що сповільнює, типу «гребінка» на частоті 4 ГГц дорівнює 8,2. Визначите висоту зубців, думаючи, що величина xd>>1. Товщина зубців дорівнює 0,5 мм, а період системи становить 5мм.

17. Визначите коефіцієнт уповільнення системи типу «гребінка» на частоті 10 ГГц, якщо висота зубців дорівнює 3,5мм, а відстань від зубців до даху -5мм. Період дорівнює 3мм, товщина зубців дорівнює 0,5мм.

18. Визначите поверхневий опір однорідної системи, що сповільнює, типу

«гребінка» на частоті 2500 МГц, якщо висота зубців дорівнює 20 мм, товщина - 0,5 мм, а

період системи - 6 мм. Опір металевих стінок не враховувати.

11. Визначите геометричні розміри системи, що сповільнює, типу «гребінка» на частоті 3 ГГц для ЛЗХ-О, якщо прискорювальна напруга на її колекторі дорівнює 900 В.

31. Визначите робочу частоту ЛЗХ-О із прискорювальною напругою на її колекторі

400 В.Умова фазового самозбудження виконуються для Т-хвилі, період

системи, що сповільнює, типу «гребінка» дорівнює 5 мм, а відстань проходу Т-

хвилею між осередками УС - 45 мм.

32. В уповільнюючій системі, типу «щілина-отвір» збуджуються коливання - типу.

Розрахуйте коефіцієнт уповільнення системи й довжину повільної хвилі на частоті

3 ГГц, якщо період структури дорівнює 20 мм.

Д.1.4. Питання й задачі до іспиту по теми 2.3 «Прилади НВЧ»