ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

I ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Отражательный клистрон - автогенератор СВЧ, относящийся к классу приборов типа "О" с кратковременным взаимодействием электронного потока и электромагнитного поля в промежутке между стенками резонатора. В энергию СВЧ преобразуется кинетическая энергия электронов, движущихся вдоль оси прибора. Отражательные клистроны являются маломощными генераторами гетеродинного класса.

Бесспорным достоинством отражательных клистронов является простота и надёжность конструкции, малые габариты и масса, невысокие питающие напряжения, наличие механической и электронной перестройки частоты, механическая прочность, высокая радиационная стойкость, слабая зависимость параметров от изменения температуры окружающей среды и малый уровень шумов.

По своей конструкции отражательные клистроны подразделяются на клистроны с внешними резонаторами и внутренними резонаторами.

ПРИИЩИП ДЕЙСТВИЯ

Устройство отражательного клистрона и принципиальная схема питания показана на рисунке 1.

1 – катод; 2 – резонатор; 3 – петля связи для вывода энергии из резонатора во внешний СВЧ тракт; 4 - отражатель; 5 - электронный поток; 6 - ускоряющий электрод (анод)

Рисунок 1 – Устройство отражательно клистрона

Электронный поток, формируемый электронной пушкой, проходит высокочастотный зазор резонатора, в котором происходит модуляция электронов по скорости. Между резонатором и отражателем электроны движутся равнопеременно: сначала равнозамедленно, останавливаются, меняют движение на противоположное, двигаясь равноускоренно, образуя сгустки. В этом пространстве группировки L происходит преобразование модуляции по скорости в модуляцию по плотности.

При обратном движении в случае попадания сгустков в тормозящий полупериод поля в резонаторе происходит преобразование энергии электронов в энергию СВЧ колебаний.

Пространственно-временные диаграммы (рисунок 2) дают возможность определить оптимальную величину угла пролёта центра электронного сгустка в пространстве группировки :

Рисунок 2 – Пространственно- временная диаграмма

Угол пролёта может быть выражен через электрические параметры отражательного клистрона:

Приравнивая к получим условие баланса, необходимое для получения генерации колебаний:

Зависимость генерируемой мощности от напряжения отражателя при постоянном напряжении на резонаторе имеет вид зон (рисунок 3).

Рисунок 3 – Зоны генерации

Частота колебаний , генерируемых клистроном, определяется резонансной частотой резонатора. Изменение частоты колебаний в пределах области возбуждения при неизменной механической, настройке контура называется электронной перестройкой.

Диапазоном электронной перестройки называется изменение частоты генерируемых колебаний в пределах половинной мощности по отношению к максимальной мощности в центре зоны. Необходимым условием генерации также является наличие положительной обратной связи. В отражательном клистроне функцию внутренней положительной обратной связи выполняет электронный пучок.

Третьим условием генерации является выполнение условия баланса амплитуд, которое выражается уравнением:

где – мощность источника постоянного тока; – сила тока не промоделированного потока; – полезная мощность, генерируемая клистроном и поступающая в нагрузку; – мощность потерь.

Минимальное значение , при котором начинается генерация, называется пусковым.

Таким образом, для получения устойчивой генерации необходимо выполнение трёх условий:

а) наличие положительной обратной связи;

б) выполнение условия баланса фаз;

в) выполнение условия баланса амплитуд.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Частота и мощность

Выпускаемые в мире отражательные клистроны работают на частотах 0.8 - 220ГГц. Среди них около 200 типов предназначены для использования в миллиметровом диапазоне волн.

отражательных клистронов находится в широких пределах от 10мВт до 2.5Вт. Максимальные значения выходной мощности являются характерными для клистронов, используемых в основном в качестве генераторов передающих устройств радиорелейных линий связи маломощных доплеровских радиорелейных станций.

У большинства отражательных клистронов лежит в пределах 10 - 500мВт. При этом наибольшие значения являются характерными для клистронов, используемых в качестве генераторов накачки параметрических усилителей и генераторов в измерительной аппаратуре. Отражательные клистроны, применяемые в качестве гетеродинов приёмных устройств, имеют выходную мощность 10 - 100мВт.

Перестройка частоты

Одной из положительных особенностей отражательных клистронов является наличие возможности механической и электронной перестройки частоты. Электронная перестройка рабочей частоты определяется формулой

где f_max и f_min соответствуют точкам, половинной мощности, a f_cp. - максимальной мощности зоны генерации (рисунок 4).

Рисунок 4 – Зона генерации и перестройка частоты

Электронная перестройка частоты, осуществляемая изменением отрицательного напряжения отражателя, составляет 0.1–1% от средней частоты клистрона. Механическая перестройка рабочей частоты осуществляется обычно в пределах 1– 15%. Отдельные типы клистронов миллиметрового диапазона волн имеют механическую перестройку до 40%.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 668; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!