Особенности конструкции приборов СВЧ

Появление специальных приборов, работающих в диапазоне СВЧ, вызвано тем, что обычные электронные лампы в этом диапазоне работают неэффективно. В диапазоне свыше 300 МГц (диапазон СВЧ) на работу ламп влияет ряд факторов:

- время пролета электронов в межэлектродном пространстве (инерция электронов).

- межэлектродные емкости и распределенные индуктивности электродов также влияют на частоту генерируемых и усиливаемых колебаний.

Эти факторы в усилителях вызывают искажение усиливаемого сигнала, а в генераторах не позволяют добиться генерирования частоты колебаний диапазона СВЧ.

Вышеперечисленных недостатков лишены специальные приборы СВЧ- клистроны, магнетроны, ЛБВ.

Работа генераторов СВЧ-диапазона основана на том, что электроны приобретают кинетическую энергию от постоянного электрического поля, созданного источником питания, и передают часть своей энергии электромагнитному полю СВЧ за счет торможения в этом поле. Иначе говоря, принцип работы СВЧ - приборов основан на полезном использовании времени движения электронов, которое может быть равно единицам и даже десяткам периодов рабочей частоты.

Если в обычных электронных лампах управление потоком электронов -статическое, где с изменением переменного напряжения на сетке меняется плотность электронного потока, то в СВЧ - приборах поток электронов управляется динамически. Электрическое СВЧ - поле используется здесь для изменения скорости электронного потока, а не его плотности. И лишь со временем, в процессе дальнейшего движения электронов, в результате разности их скоростей в электронном потоке образуются сгущения и разрежения.

Пролетные клистроны в настоящее время являются самыми мощными источниками СВЧ колебаний. Они позволяют генерировать колебания мощностью:

а) Сотни кВт в непрерывном режиме;

б) Десятки МВт в импульсном режиме.

Пролетные клистроны применяются в основном в многокаскадных радиопередающих устройствах как мощные усилители, а также как умножители частоты СВЧ колебаний. Это приборы, которые используют принцип скоростной модуляции электронного потока и содержащие один или несколько объемных резонаторов. Увеличение числа объемных резонаторов повышает КПД и коэффициент усиления, но усложняет и удорожает конструкцию.

Рассмотрим устройство 2-резонаторного пролетного клистрона (рис. 2.20).

1 - подогреватель; 7 - коллектор;

2 - катод; 8 - пространство группирования (дрейфа);

3 - фокусирующий электрод; 9 - коаксиальная входная линия с петлей связи;

4 - ускоряющий электрод; 10 - петля связи 2-го объемного резонатора (выход на

5-1-й объемный резонатор нагрузку);

(группирователь); 11 - гибкие стенки резонаторов.

6 - 2-й объемный резонатор

(улавливатель);

Рис. 2.20. Конструкция пролетного клистрона.

Подогреватель, катод, фокусирующий и ускоряющий электроды образуют электронную пушку. На фокусирующий и ускоряющий электроды подается напряжение -Еу и +Ek, соответственно, от источников питания.

Первый объемный резонатор называется группирователем. К нему через коаксиальную входную линию с петлей связи или волновод подводятся СВЧ колебания, подлежащие усилению. Второй объемный резонатор называется улавливателем. С помощью петли связи усиленные колебания отводятся из улавливателя в нагрузку. Электронный поток, сформированный и ускоренный электронной пушкой, движется через сетки C1 и C2 группирователя в пространстве группирования (дрейфа), через сетки Сз и С4 улавливателя и попадают на коллектор. Ускоряющий электрод, резонаторы и коллектор имеют обычно один и тот же потенциал относительно катода. Для удобства эксплуатации их заземляют. Колебательная система (объемные резонаторы) клистрона - узкополосная. Настрой­ка резонаторов на частоту усиливаемых колебаний производится изменением их объема с помощью гибких стенок или специальными плунжерами, вводимыми внутрь резонаторов.

Вывод: Пролетные клистроны это приборы, которые используют принцип скоростной модуляции электронного потока и содержащие один или несколько объемных резонаторов.