28

М инистерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

лабораторный практикум

по дисциплине

«Электронные и квантовые приборы СВЧ»

для студентов дневной и заочной формы обучения

специальности 7.090.701 - Радиотехника.

Севастополь

2005 г.

УДК.519.72

Методические указания «Лабораторный практикум по дисциплине «Электронные и квантовые приборы СВЧ» для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 7.090.701 – Радиотехника / Сост. А.И. Буря. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2005. – 28 с.

Целью данной работы является оказание помощи студентам в выполнении и защите лабораторных работ по дисциплине "Электронные приборы и квантовые приборы СВЧ". Излагается методика выполнения лабораторных работ, требования к содержанию и оформлению отчетов.

Методические указания предназначены для студентов специальности 7.090.701 – Радиотехника.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры радиотехники, протокол № 11 от 3 февраля 2005 г.

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний

Рецензент: Зиборов С.Р.. канд. техн. наук, доцент кафедры радиотехники

СОДЕРЖАНИЕ

Министерство образования и науки Украины 1

Севастопольский национальный технический университет 1

Севастополь 1

УДК.519.72 2

2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 9

2.2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 9

2.3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ. 12

2.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. 13

2.5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА. 15

2.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 15

Лабораторная работа № 1

Исследование отражательного клистрона

1. Цель работы

Изучение физических процессов генерации СВЧ колебаний отражательным клистроном, экспериментальные исследования его параметров и характеристик.

2. Теоретическая часть.

Отражательный клистрон: - это электровакуумный прибор, используемый для генерирования электромагнитных колебаний от 60 см до субмиллиметрового диапазона.

Принцип действия отражательного клистрона основан на кратковременном взаимодействии электров с высокочастотным электрическим полем. В качестве колебательной системы в отражательном клистроне используется один резонатор, выполняющий функции модуляции электронов по скорости и отбора СВЧ энергии от модулированного по плотности электронного потока. На рис.1.1 схематично показано устройство отражательного клистрона.

Работу отражательного клистрона можно пояснить следующим образом. Электроны, ускоренные напряжением U_рез, попадают в пространство между сетками резонатора 3, где модулируются по скорости колебаниями высокочастотного электрического поля. Пролетев резонатор, электроны попадают, в пространство между второй сеткой резонатора и отражателем 4. Последний, имея отрицательный потенциал, тормозит и возвращает электроны обратно в резонатор. При торможении и возврате электроны формируются в сгустки (процесс модуляции по плотности электронного потока).

Для того, чтобы клистрон мог генерировать незатухающие СВЧ колебания, сгустки электронов при обратном движении должны проходить резонатор, когда в нем имеется тормозящее электрическое поле. Этому режиму соответствует оптимальное время пролета t_onm электронов в пространстве группирования и оптимальный угол пролета:

,

где n = 0,1,2,3,….

Каждому значению n соответствует определенная зона генерации клистрона. Изменение угла пролета приводит к уменьшению времени эффективного взаимодействия возвращающихся электронов с СВЧ полем

3

резонатора и, как следствие, к снижению амплитуды колебаний и, наконец, к срыву генерации.

Практически в отражательном клистроне угол пролета меняется путем регулирования напряжения на отражателе U_отр. Изменяя U_отр в пределах одной зоны генерации клистрона, можно менять частоту его колебаний, т.е. осуществлять электронную перестройку частоты, рис.1.2. Настройка, клистрона на заданную частоту, помимо изменения напряжения на отражателе, может производиться путем изменения объема и параметров резонатора (механическая перестройка частоты).

К числу основных характеристик отражательных клистронов относятся: частотная (зависимость выходной мощности от механической и электронной перестройки частоты); нагрузочная (зависимость частоты и мощности от модуля и фазы коэффициента отражения нагрузки); зависимость частоты от режимов питания и температуры, крутизны и ее нелинейности от напряжения на отражателе при электронной перестройке частоты генератора; спектр флуктуации амплитуды и частоты. На основе этих характеристик определяется: следующие основные параметры клистрона: рабочий диапазон частот ∆f; выходная мощность Р_вых и ее перепад ∆ Р_вых; диапазон ∆f_э и крутизна электронной перестройки частоты S_э=df/dU_отр. Вследствие низкого к.п.д. (2 - 5 %) отражательные клистроны нашли применение в качестве гетеродинов в приемниках и в измерительной радиоаппаратуре.