Лампы бегущей волны
В магнетроне (рис. 1.3, б) имеется цилиндрический катод 2, помещенный точно в центре цилиндрического анода 1. Анод магнетрона выполняется достаточно толстостенным. Это позволяет сделать в его теле несколько объемных резонаторов 5. Объемные резонаторы представляют собой цилиндрические отверстия со щелями, открывающимися внутрь междуэлектродного пространства магнетрона. Они являются резонансными… Читать ещё >
Лампы бегущей волны (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Недостатком клистрона является то, что взаимодействие электронного луча с управляющим сигналом и отдача энергии сгруппированным лучом выходному устройству происходят ограниченное время в узком зазоре между сетками. Эффективность работы прибора может быть увеличена, если взаимодействие будет осуществляться более длительное время. Это реализуется в лампах бегущей волны (ЛБВ), в которых взаимодействие управляющего сигнала с лучом происходит практически на всем его протяжении.
Так же как и в клистроне, в ЛБВ электронный поток фокусируется в электронный луч, для улучшения его фокусировки применяется продольное магнитное поле.
Основным элементом лампы является спиральная линия передачи, по которой распространяется электромагнитная волна сигнала, а внутри ее движется электронный поток. Особенностью спиральных линий является то, что в них групповая скорость распространения электромагнитных волн вдоль оси значительно меньше, чем в свободном пространстве. Если скорость движения электронов луча меньше скорости распространения электромагнитной волны, то электроны начинают ею ускоряться, вследствие чего волна отдает энергию электронам. Если скорость движений электронов больше скорости распространения волны, то электроны тормозятся и отдают энергию волне. Торможение приводит к группированию луча в электронные сгустки, что сопровождается интенсивной передачей энергии волне. Чем длиннее спираль, тем большее усиление может быть достигнуто. В ЛБВ можно обойтись и без замедляющей системы: имеются электронно-лучевые ЛБВ, в которых используется второй электронный луч, движущийся параллельно основному, но несколько медленнее его. Входной сигнал воздействует на оба луча вблизи их выхода из фокусирующей системы, и через некоторое время они оказываются сгруппированными. Поскольку скорости движения сгустков в лучах различны, между ними происходит обмен энергией, в результате чего в «медленном» луче имеет место усиление сигнала.
Лампы бегущей волны являются сравнительно маломощными усилительными приборами и имеют выходную мощность, обычно не превышающую несколько сотен ватт. Это объясняется тем, что величина тока электронного луча ограничивается несколькими сотнями миллиампер. При больших токах существенно усложняется фокусировка луча вследствие взаимного отталкивания электронов. Для получения больших мощностей в настоящее время используются магнетроны.
В магнетроне (рис. 1.3, б) имеется цилиндрический катод 2, помещенный точно в центре цилиндрического анода 1. Анод магнетрона выполняется достаточно толстостенным. Это позволяет сделать в его теле несколько объемных резонаторов 5. Объемные резонаторы представляют собой цилиндрические отверстия со щелями, открывающимися внутрь междуэлектродного пространства магнетрона. Они являются резонансными (колебательными) системами для сверхвысоких радиочастот и в какой-то мере аналогичны параллельным LC-контурам. Объемные резонаторы магнетрона образуют замедляющую систему, вдоль которой может распространяться электромагнитная волна сигнала. Особенностью конструкции магнетрона является наличие сильного поперечного магнитного поля, действующего вдоль оси катода во всем междуэлектродном пространстве. В результате этого на эмитированные катодом электроны действует как электрическое радиальное ускоряющее поле анода, так и поперечное магнитное поле. Вследствие этого траектории электронов искривляются и создается электронное облако, вращающееся вокруг катода. При этом скорость вращения определяется напряженностью электрического и магнитного полей. Если в магнетрон через входной резонатор 4 вводится электромагнитная волна сигнала, то вращающееся электронное облако вступает с ней во взаимодействие и передает ей значительную часть своей энергии. Усиленная электромагнитная волна выводится через выходной резонатор 3.
Если цепочка объемных резонаторов замкнута, то сигнал с выходного резонатора снова и снова подается на вход, и магнетрон начинает.
Рис. 1.3. Устройство клистрона (а), магнетрона (б) и электронно-лучевого коммутатора (в).
Рис. 1.3. Продолжение
работать как генератор незатухающих колебаний, преобразуя энергию источника анодного питания в энергию СВЧ-колебаний. Современная электроника использует огромное число различных видов магнетронов, имеющих номинальную мощность от сотен ватт до сотен мегаватт. Коэффициент полезного действия магнетронов велик и достигает 95% при коэффициенте усиления по мощности в несколько десятков раз.