Отличие от ЛБВ типа О

В ЛБВ типа М, в отличие от ЛБВО, существуют две существенные особенности:

1. наиболее благоприятное взаимодействие электронов с бегущей волной и передача энергии от электронов к полю происходят при точном равенстве средней скорости электронов и фазовой скорости волны (V_e = V_ф). Напротив, для передачи энергии от электронов к полю в ЛБВ типа О требуется, чтобы электроны двигались чуть быстрее.
2. в ЛБВО электроны отдают полю только избыточную кинетическую энергию, соответствующую разности скоростей электронов и волны. КПД ограничен допустимой разностью этих скоростей. Энергия, передаваемая полю, берется от источника ускоряющего напряжения U ₀. В ЛБВМ же кинетическая энергия электронов не меняется, а полю передается потенциальная энергия электронов.

ЛБВ состоит из следующих 5 основных элементов:

− электронная пушка, состоящая из катода и фокусирующего электрода, которая формирует электронный луч;

− магнитная фокусирующая система, С помощью фокусирующей системы, создающей продольное магнитное поле, обеспечивается необходимое поперечное сечение пучка на всем пути вдоль замедляющей системы.

Cоздается тонкий цилинрический луч.используется периодическая система постоянных магнитов, соленоид состоящий из двух секций);

− Замедляющая система, снижающая скорость бегущей волны вдоль оси Л. б. в. до скорости, близкой к скорости электронов, для синхронного движения волны с электронным потоком. Так как сигнал проходит через провод со скоростью света поэтому основное назначение спирали замедлить осевую скорость сигнала чтобы синхронизировать среднюю скорость луча с ВЧ сигналом (обычно используется металлическая спираль, жестко закрепленная продольными диэлектрическими опорами и отличающаяся слабой зависимостью скорости бегущей вдоль неё волны от частоты, благодаря чему достигается эффективное взаимодействие волны с электронным потоком в широкой полосе частот);

− электрод, называемый коллектором, который соединен с цепью постоянного напряжения. Задачей коллектора является сбор и восстановление кинетической энергии электронов луча.

- кожух, защищающий ЛБВ от внешних воздействий.

Также на входе и выходе замедляющей системы есть специальные устройства для согласования ее с линиями передачи. Последние могут быть либо волноводными, либо коаксиальными. На вход поступает СВЧ сигнал, который усиливается в приборе и с выхода передается в нагрузку.

Трудно получить хорошее согласование во всей полосе усиления лампы. Поэтому есть опасность возникновения внутренней обратной связи из-за отражения электромагнитной волны на концах замедляющей системы, при этом ЛБВ может перестать выполнять свои функции усилителя. Для устранения самовозбуждения вводится поглотитель, который может быть выполнен в виде стержня из поглощающей керамики или в виде поглощающих плёнок.

В ЛБВ электронная пушка, спиральная замедляющая система и коллектор размещаются в металлостеклянном или металлическом баллоне, а фокусирующий соленоид располагается снаружи.

Катод электронной пушки испускает электроны, которые под воздействием напряжений на ускоряющих электродах, спирали и коллекторе образуют электронный поток, движущийся внутри спирали со скоростью υС<<С.

Принцип действия усилителя на ЛБВ основан на модуляции по скорости. При отсутствии ВЧ сигнала на спирали плотность потока электронов луча во время прохождения от катода к аноду постоянна.

Однако в зависимости от фазировки ВЧ сигнал будет взаимодействовать с лучом вызывая увеличение скорости электронов на одних участках спирали и уменьшение на других. Это вызывает пучкование (группирование электронов) так как электроны скорость которых замедлилась будет захватываться теми электронами, скорость которых увеличилась, заставляя плотность потока электронов возрастать на определенных участках вдоль спирали. Пучки высокой и низкой плотности будут перемежаться. Если ВЧ поле увеличивает скорость луча, это отнимает часть энергии поля, но если ВЧ поле уменьшает скорость луча, тогда энергия переносится от луча к ВЧ сигналу. Когда средняя скорость луча сравнима с осевой скоростью ВЧ волны а пучки электронов замедляются (тормозятся) в дальнем конце спирали лампа бегущей волны становится эффективным усилителем. Осевая скорость спирали зависит от отношения длины окружности к шагу спирали и обычно составляет около одной десятой скорости света.

Электроны, синхронно двигаясь вместе с волной, под воздействием ускоряющих (положительная полуволна) и тормозящих (отрицательная полуволна) участков её электрического поля группируются в сгустки. Последние располагаются в тех местах поля, где ускоряющая электроны полуволна переходит в тормозящую. В случае равенства скоростей волны и электронов обмена энергией между ними нет, усиление отсутствует. Если скорость электронов немного превышает скорость волны, сгустки электронов, обгоняя волну, входят в тормозящие участки поля и под их действием тормозятся. Кинетическая энергия, потерянная электронами при торможении, переходит в энергию бегущей волны.