ГЛАВА 11. ЛАМПЫ С СЕТОЧНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И ЛАМПЫ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ЗАРЯДОМ

11.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ

11.1.1. Рабочие параметры

На сверхвысоких частотах применяются как обычные электронные вакуумные лампы, так и лампы специального вида [186, 187, 204, 353, 527], представляющие особый интерес для этих частот. Усиление может осуществляться при высоком уровне мощности (например, для повышения передаваемой мощности) или при низком уровне (для обеспечения возможности детектирования слабых сигналов). При этом желательно иметь малый уровень собственных шумов. В обоих случаях требуется равномерное усиление в заданной полосе частот. Такие усилители можно применять для генерации мощности; они будут работать как генераторы с самовозбуждением, если на вход подать сигнал обратной связи с правильно подобранными фазой и амплитудой.

Лампы с сеточным управлением, работающие на сверхвысоких частотах, подвержены действию трех главных эффектов.

Первый эффект обусловлен межэлектродной емкостью; если эта емкость объединяется с индуктивностью, то напряжение на выходе равно

Усиление, определяемое формулой

уменьшается на 3 дб от резонансного значения при частотах, удовлетворяющих уравнению

Поэтому ширина полосы пропускания

Произведение называемое показателем качества, может применяться для характеристики многих типов ламп. Для лампы типичного пальчикового пентода, его значение равно гц.

Второй эффект [551] обусловлен индуктивностью катодного вывода и емкостью сетка — катод; определяемая ими проводимость входа лампы на частоте составляет около Этот эффект может быть уменьшен путем подключения [380] соответствующей индуктивности к выводу экранирующей сетки или использования раздельных выводов катода во входном и выходном контурах.

Третий эффект обусловлен временем пролета электронов [550, 553], которое в стационарном режиме составляет

При расстоянии 0,05 см и плотности тока с катода в время пролета, равное сек, составляет четверть периода для частоты Если время пролета между сеткой и катодом равно существенной части периода высокочастотного колебания, то в сеточном контуре может поглощаться мощность даже при отсутствии электронного тока.

Входная проводимость, обусловленная этой мощностью, пропорциональна и для лампы на частоте составляет Этот эффект несколько видоизменяется при наличии сигнала с большой амплитудой [196]. Расширение области применения электронных ламп на сверхвысокие частоты вначале вело к развитию [548] улучшенных типов ламп [571, 573], включая триоды [549, 572] и тетроды [554], в то время как в качестве радиочастотных контуров [552] стали применяться объемные резонаторы [559, 565]. В экспериментальных лампах новых типов использовались принципы действия диодов [556, 567], отклонение пучка [569] и работа с тормозящим полем [555, 557, 558].

Частота колебаний генераторов диапазона сверхвысоких частот имеет нестабильный характер. Изменение частоты, вызываемое перепадом температуры окружающей среды, на частоте для медного объемного резонатора составляет около на каждые 20° С. Поскольку частота зависит от отношения электронной проводимости к действующей емкости резонансного контура, то она

меняется с изменением напряжения на электродах; это так называемое электронное смещение частоты.

Изменение частоты, обусловленное нагрузкой, может быть исследовано с помощью эквивалентной схемы, приведенной на рис. 11.1, а. Резонансный контур, связанный с лампой, характеризуется величинами а связь с нагрузкой — величинами На рис. 11, 1, б приведена упрощенная схема в предположении идеального трансформатора с коэффициентом трансформации с индуктивностью включенной последовательно с первичной обмоткой, и с индуктивностью включенной параллельно вторичной обмотке.

Рис. 11.1. Эквивалентная схема СВЧ генератора: а — эквивалентная схема; б - упрощенная эквивалентная схема.

Приведенное сопротивление нагрузки.

Для частот, близких к резонансной, полная электронная проводимость равна

где

Подставив в уравнение (11.7)

имеем

При отсутствии колебаний в лампе равно нулю и параметры контура и связь с нагрузкой могут быть определены [132] измерением так называемого «холодного» импеданса.

В диапазоне сверхвысоких частот мощность на выходе и частота электронного генератора обычно зависят от амплитуды и фазы

коэффициента отражения нагрузки и часто представляются с помощью круговой диаграммы или диаграммы Рике. Типичная диаграмма приведена на рис. 11.2,а, откуда можно видеть, что нагрузка с постоянным КСВН, но с переменной фазой вызывает периодическое изменение частоты, которое мало в верхней части диаграммы, но значительно больше в нижней. Действие длинной линии передачи можно учесть, вращая каждую точку диаграммы на соответствующий угол по часовой стрелке или против нее.

Из рис. 11.2, 6, на котором учтено действие передающей линии с длиной, равной десяти длинам волн, видно, как сильно изменяется нижняя часть диаграммы.

Рис. 11. 2. Типичные зависимости мощности от частоты. Изменения мощности Р выражены в значениях максимальной мощности, а девиации частоты отсчитываются от среднего значения а — нагрузка находится непосредственно около генератора; б - нагрузка удалена от генератора на 10 длин волн.

Для некоторых значений коэффициентов отражения колебания невозможны, тогда как при других величинах происходят скачки частоты колебаний. Эти нежелательные эффекты, обусловленные длинными линиями, могут быть уменьшены с помощью невзаимных ферритовых устройств [88], описанных в гл. 8.