|
| |
|
Слаботочка Книги стве случаев полностью готовым к работе (требующий только подачи питающих напряжений) маломощным генератором СВЧ. Принцип действия, устройство и свойства отражательного клистрона подробно описаны в [1, 3-5]. Основными элементами таких клистронов являются (рис. 4.1): катод с фокусирующим электродом, формирующие электронный луч; резонатор с узким СВЧ   Рис. 4.1. Отражательный клистрон: устройство, схема пнтаиня (а) и его общий вид (б): / ~ окно связи: 2 - прнсоедннитель-ный фланец; 3 -винт механической перестройки частоты сенерацни; 4 - внешний дополнительный резонатор: 5 - герметизированное окно связи; 6 - внутренний резонатор: 7 - отражатель 8 катол: 9 - фокуснругощиП электрод; УО - сетки резонатора; Кф. Сф - резисторы н конденсаторы для фильтрации напряжений «наводок», поступающих по цепям питания; Ug.j, •отр- фон ~" напряжения резонатора, отражателя и фокуснрованнч. зазором (содержащий в больщинстве случаев сетки), в котором происходит взаимодействие электронов луча с СВЧ пдлем резонатора, и электрод отражателя с отрицательным потенциалом относительно катода, заставляющий эле1троны луча возвращаться в зазор резонатора. Принцип действия отражательного клистрона сводится к cлeJyющeмy. Электроны, ускоренные положительным потенциалом резонатора, влетают в СВЧ зазор, где под воздействием переменного поля между сетками за время пролета этого расстояния происходит модуляция скорости электронов (ускорение одних и замедление других). Пр{1 дальнейшем их движении между резонатором и отражателем эта модуляция скорости переходит в модуляциюплотности заряда - образуются сгустки электронов, роследнне после возвращения в резонатор во время вторичного пролета СВЧ зазора при благоприятной фазе СВЧ поля (когда оно является для них тормозящим) ртдают ему свою энергию. В результате происходит нарастание автоколебаний в резонаторе до определенного уровня. Благоприятный момент вторичного вхождения электронов в зазор достигается подбором напряжения отражателя, причем наибольшая мощность Роыхмакс возникает при некотором определенном напряжении UoTponT, называемом оптимальным. При изменении Uoip в обе стороны от f/отропт из-за изменения фазы вторичного вхождения электронов в зазор и связанного с этим изменения полной проводимости последнего происходит уменьшение Рвых. сопровождающееся изменением fr, вплоть до прекращения генерации (рис. 4.2). Область напряжений Uotp, в которой имеется генерация, называется зоной генерации, а изменение /г при изменении (Уотр называется электронной настройкой частоты. При изменении f/oTp в широких предела* можно обнаружить ряд зон генерации (зоны А и Б), причем в каждой последующей зоне, соответствующей большему напряжению UoTp, величина Рвых макс больше, чем в предыдущей, а крутизна электронной настройки 5эл на линейном участке кривой fr(Uotp) меньше. Однако в качестве рабочих используют только одну или две зоны, причем соответствующие им f/oTp указывают в паспорте на клистрон. Практически для работы используют не всю зону, а только ту ее часть, в пределах которой Рвых 0,5Р„,,гхмакг, Т. е. изменение Рых равно 3 дб. Соответствующая этой части зоны полоса электронной иастрой- ки частоты (между точками 0,5Рвыхмакс) называется диапазоном электронной настройки Afsn (рис. 4.2). В более высоковольтных зонах величина А/эл меньше. Следует учитывать, что при рассогласованной нагрузке клистрона в зависимости от величины КСВ и фазы отражения форма зоны может сильно измениться и исказиться по сравнению с рис. 4.2. При этом параметры Рвых макс.  Рис. 4.2. Типичные характеристики Рвых(1/отр) и /г(1/отр) рабочих зон генерации (Л и Б) клистрона 3-см диапазона волн при согласованной нагрузке (1/реэ=300 в, fro -частота в центре зоны). 5эл и Д/эл могут значительно отличаться от их величины при согласованной нагрузке (подробнее об этом см. [3, 5]). В дальнейшем все параметры будут указаны для согласованной нагрузки (рнаг1,1), а величиной Рвых будет обозначена мощность в центре зоны Рвых манс- Рассмотрим особенности конструкции клистронов см и мм волн. По устройству резонатора и соединению его с лампой различают клистроны с внешним и с внутренним резонаторами. Первые - стеклянной или керамической конструкции - имеют внешний съемный резонатор (рис. 4.3,а) и применяются на длинных см и дм волнах. Вторые - металлические - имеют внутренний резонатор (рис. 4.1) и коаксиальный или волноводныи вывод энер- гии (рис. 4.3). Все современные клистроны на Я-<5 см имеют внутренний резонатор и волноводныи вывод (обычно в виде стандартного волноводного фланца), позволяющий подключать клистрон непосредственно к волноводу. Клистроны с коаксиальным выводом (рис. 4.3,6) должны подключаться к волноводу через специальный переходный волновод [3, 6]. Изменение частоты /г в ши-     Рис. 4.3. Общий вид отражательных клистронов см я мм воли: с) с виешиим резонатором н коаксиальным выходом; б) с внутренним резонатором и коаксиальным выходом; в) с внутренним резонатором и волиоводным выходом. роком диапазоне Д/раб производится механической перестройкой частоты резонатора (при этом изменяется напряжение f/отропт). Для этого изменяют объем внешнего резонатора с помощью плунжера или используют индуктивные винты (рис. 4.3,а). Распространенным способом перестройки частоты внутреннего резонатора является изменение ширины (емкости) его СВЧ зазора путем изменения прогиба верхней стенки резонатора (содержащей сетку), выпол- пенной в виде тонкой эластичной мембраны [3, 4]. Недостатком клистронов такой конструкции является сравнительно низкая стабильность частоты при механических воздействиях (значительная величина А/дев) и при изменении давления окружающей среды (значительная величина ЪКЧ -барометрического коэффициента частоты). Например, для клистрона К-27 3-см диапазона БКЧ«0,02 Мгц/мм рт. ст. [5]. Среди клистронов с внутренним резонатором наименьшей величиной А/дев и пренебрежимо малым БКЧ обладают механически особо прочные двухрезонаторные клистроны (рис. 4.1), перестройка частоты которых осуществляется в дополнительном резонаторе. Используют и другие способы перестройки частоты внутреннего резонатора (например, диэлектрическим поршнем). Наконец, заметим, что по конструкции механизма перестройки fr различают клистроны с медленной и быстрой перестройкой частоты. Последние позволяют перестраивать fr с помощью электродвигателя во всем диапазоне Afpas с большой скоростью. Гетеродинные клистроны см и мм волн характеризуются следующими параметрами и данными (табл. 4.1) Г1. 5, 28, 29]: Af„„Vfrr,, = 3-15%, ЯпмхЮЮО мвт, Afn.Ti>204-150 Мгц, Sa,i~0,3-:-15 Мгц/в (в центре,зоны), ТКЧ - от десятых долей до нескольких Мгц/град. При работе в центре зоны рассогласование нагрузки до Рнагр=1,5 при наихудшей фазе вызывает уменьшение Рвых на АРрас/Рвых25% и изменение частоты (А/рас) в пределах от единиц до нескольких десятков мегагерц. Изменение питающих напряжений может также заметНо влиять на стабильность fr, вызывая сдвиг частоты в пределах: от десятых долей до 1 Мгц/в при изменении f/рез, от единиц до нескольких десятков Мгц/в при изменении напряжения накала и до нескольких Мгц/в при изменении if/фок. Во всех случаях наибольшие абсолютные нестабильности частоты, естественно, у клистронов мм волн. При механической перестройке частоты клистрона в диапазоне Afpa6 мощность Рвых может из.меняться до 1,5-2,5 раз. Флуктуационные шумы в клистроне обусловлены дробовым эффектом и флуктуациями распределения электронов между всеми электродами лампы и другими модуляционными хаотическими процессами. Спектр АМ-шумов представлен на рис. 2.17 и имеет высокий уро- (S X о сц S S X X ы« >) п и X X X S S га § 5= Кё у О) 5 55 (М со о о" о I- о о I- -н 8 8 о -1- о оо I- о ю СЧ -. § 12 2 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [37] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 |