Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Отражательный клистрон является маломощным автогенератором сантиметровых и дециметровых волн. Отражательный клистрон был разработан В.Ф.Коваленко в 1940 г. Он состоит из электронной пушки, одного резонатора и отражателя. В электронную пушку обычно вводят катод и ускоряющий электрод.
Как генератор отражательный клистрон характеризуется двумя особенностями. Во-первых, его КПД очень мал и лежит в пределах 0,03-3%. Это не позволяет его использовать в качестве мощного генератора, но не является препятствием для использования в качестве маломощного генератора. Во-вторых, отражательный клистрон может до 107 раз в секунду изменять частоту при изменении напряжения на отражателе. При этом мощность расходуется на управление меньше, чем при любом другом способе. Конструкция отражательного клистрона показана на рисунке 2.24.
1 - рефлектор (отражатель); 2 - объемный резонатор; 3 – катод;
4 - сетки резонатора; 5 - настроечный винт; 6 - ускоряющий электрод;
7 – выход.
Принцип действия.
Источником электронов является катод. Ускоряющее напряжение подводится к ускоряющему электроду. К рефлектору подводится отрицательное относительно катода напряжение.
При включении источников питания электроны, сфокусированные в узкий луч, ускоряются постоянным электрическим полем и движутся к сеткам резонатора равномерным потоком.
Ускоряющее поле сообщает электронам кинетическую энергию, они пролетают сетки резонатора равномерным потоком и по инерции движутся к отражателю. Скорость их под действием тормозящего поля рефлектора уменьшается и, не долетев до рефлектора, электроны возвращаются назад к сеткам. Первые электроны, пролетающие сетки резонатора, наводят в них импульс тока и возбуждают в резонаторе колебания (в дальнейшем колебания в резонаторе поддерживаются пульсирующим потоком электронов и превращаются в устойчивые и незатухающие колебания, если сохраняется условие самовозбуждения). В результате возникших СВЧ-колебаний между сетками возникает переменное напряжение и электрическое поле СВЧ.
Последующие электроны при движении от катода к рефлектору взаимодействуют с электрическим полем резонатора. Под действием переменного напряжения на сетках резонатора происходит модуляция скорости электронов. Положительное напряжение ускоряет электроны, движущиеся к отражателю, а отрицательное - тормозит.
Резонатор не расходует мощность на модуляцию скорости электронов, т.к. число ускоренных за период электронов равно числу замедленных электронов, т.е. суммарный баланс мощности равен 0. В пространство отражения (группирования) электроны входят с различными скоростями, поэтому проходят в нем различные пути. Причем, ускоренные электроны проходят наибольший путь, а замедленные, соответственно, меньший.
При обратном движении ускоренные догоняют замедленные и образуется сгусток электронов. При выполнении условия самовозбуждения сгустки электронов попадают в промежуток между сетками в тот момент времени, когда поле для них является тормозящим, отдают свою кинетическую энергию резонатору и поддерживают незатухающие там колебания. Процесс образования сгустков удобно рассматривать с помощью пространственно-временной диаграммы (рис.2.25).
Рис. 2.25. Образование сгустков электронов в отражательном клистроне
Электроны группы 1 пролетают в максимально ускоряющем поле сеток, поэтому проходит наибольший путь x1, и возвращаются обратно к сеткам в момент t5. Электроны первой группы - ускоренные.
Электроны группы 2 проходят меньший путь x2 и возвращаются к сеткам в тот же момент t5.
Электроны группы 3 проходят путь х3. Поле сеток для них максимально тормозящее.
Возвращение всех трех групп электронов к сеткам в один и тот же момент времени ts, когда поле, для образовавшегося сгустка максимально тормозящее, обеспечивается правильным выбором напряжений отражателя и резонатора - U0 и Up.
Электроны сгустка, отдав часть энергии полю резонатора, частично попадают на его сетки и создают ток в ее цепи.
Оно заключается в том, что плотность электронов в сгустках должна быть достаточной для компенсации всех потерь в резонаторе. Это обеспечивается требуемой плотностью электронов в луче, которая зависит от U0 и Up.. Выполнение амплитудного условия обеспечивается, если ток луча больше некоторого минимального значения. При нормальной эмиссии катода и нормальном значении напряжения Еа амплитудное условие автоматически выполняется при выполнении фазового условия. Поэтому рассмотрим фазовое условие более подробно. Оно состоит в том, что сгустки электронов должны пролетать зазор резонатора в тормозящем поле. На рисунке 2.25 видно, что сгустки электронов попадают в максимум тормозящего поля сеток в том случае, если среднее пролетное время электронов (т.е. время пролета центров группирования) tпр
tпр = Т; Т; Т и т.д.
tпр = Т×(n- ) - фазовое условие самовозбуждения.
где: Т - период переменного напряжения на сетках.
Вывод: при небольшом КПД своей работы отражательные клистроны способны генерировать колебания СВЧ – диапазона в широком спектре частот, при этом потребляемая ими мощность сравнительно невелика.
Дата публикования: 2014-10-30; Прочитано: 4538 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!