11.2.3. Отражательные клистроны

Усилительный клистрон можно превратить в генератор высокочастотных колебаний, если часть выходной мощности подать на входной контур и, регулируя угол пролета электронов, сделать его равным

где целое число.

Однако обычно для этой цели входной и выходной зазоры, через которые осуществляется взаимодействие с пучком, совмещают в одном резонаторе, получая отражательный клистрон, показанный на рис. 11.6, а. Электронный пучок после первого пролета через резонатор попадает в область торможения, поворачивается назад с помощью отражателя [315] соответствующей формы и проходит резонатор вторично. Максимальная мощность от вторично проходящего сгруппированного пучка отбирается при таком угле пролета, регулируемом напряжением на отражателе, когда электрическое поле в зазоре имеет в этот момент наибольшее значение и направо лено таким образом, что пучок тормозится.

Как видно из рис. 11.6, б, оптимальные значения угла пролета равны и разным значениям и соответствуют различные гармоники колебаний [180, 359, 544].

Мощность, отбираемая резонатором от пучка при малых плотностях пространственного заряда [20, 21], равна

При заданных значениях и выходная мощность имеет максимальное значение:

Поскольку входная мощность пучка равна , то электронный к. п. д. [275, 417] будет

Из уравнения (11.26) следует, что максимальная мощность на выходе получается при малых значениях т. е. при наибольших значениях отрицательного напряжения на отражателе; это хорошо видно из рис. 11.6, б.

Влияние пространственного заряда [83] на характеристики отражательного клистрона усложняется наличием отраженного пучка. Общие данные об условиях работы таких ламп имеются у многих авторов [57, 58, 157, 185, 514]. При отклонении напряжения на отражателе от оптимального значения полная проводимость пучка становится комплексной, и поэтому происходит изменение частоты колебаний [41]. Это так называемая электронная настройка, которая показана на рис. 11.6, в; легко видеть, что она сопровождается изменением выходной мощности. Оптимальное напряжение может быть сделано постоянным при механической настройке частоты с помощью соответствующего размещения отражателя относительно резонатора [530].

Было разработано большое количество отражательных клистронов [191, 288, 350, 355, 384]; во время проводимых на них измерениях исследовались такие параметры, как эффективность группировки пучка [28, 29], эффект гистерезиса [314] и работав импульсном режиме [105, 450]. Для частот 2—4 Ггц резонатор обычно расположен вне самой лампы [48]. В клистронах от части резонатора [349], расположенной внутри стеклянного баллона, делаются дисковые выводы. Указанный способ позволяет работать в широком диапазоне частот. Такие лампы с выводами для подсоединения внешнего резонатора были разработаны [290, 351] для частот

вплоть до Отражательные клистроны используются при больших мощностях [312] и для синхронной работы [150].

Изготовление отражательных клистронов для волн миллиметрового диапазона 1263, 264, 292] затруднительно из-за малых размеров отдельных элементов лампы. Резонатор обычно размещается внутри вакуумного баллона, а выходная мощность отводится к внешнему волноводу через герметически закрытое окошко. В двух лампах, которые совместно перекрывали диапазон при выходной мощности использовался резонатор тппа коаксиальной линии [209]. В конструкции отражательного клистрона на рабочую частоту применялся [509] резонатор для основного вида колебаний. При входных параметрах пучка выходная мощность составляла Помещая в зазор резонатора управляющую сетку, рабочее напряжение можно было снизить; в литературе описаны лампы такого типа, работающие на частотах [385]. Очень высокие частоты могут быть получены при настройке резонатора на высшие гармоники частоты группирования.

Рис. 11.6. Работа отражательного клистрона: а — типичное поперечное сечение лампы; б - оптимальное время дрейфа; в — изменения частоты и мощности в зависимости от потенциала на отражателе.

В большинстве отражательных клистронов механическая перестройка частоты осуществляется путем изгиба диафрагмы, являющейся одной из стенок резонатора. Например, в клистроне типа это движение производится с помощью регулировочного винта, но в клистроне типа оно достигается термическими методами [359], причем стойка, являющаяся анодом вспомогательного триода, изменяет под действием управляющего тока свои линейные

размеры из-за температурного расширения. Посредством биметалли ческой комбинации стойка деформирует резонатор и изменяет частоту колебаний.

Клистроны, работающие с внешними резонаторами, могут быть перестроены по частоте либо с помощью плунжеров, либо путем использования переменной магнитной проницаемости намагниченных ферритов [7,68]. Например, в клистроне типа к резонатору подсоединен волновод [160], нагруженный фгрритовым фазовращателем. При установке оптимального (по выходной мощности) напряжения на отражателе была достигнута перестройка по частоте в диапазоне при уровне выходной мощности

Рис. 11.7. Генератор с тормозящим полем. (См. [71].)

Видоизменением отражательного клистрона является лампа с многократным отражением [298], в которой для увеличения к. п. д. используется несколько пролетов электронов. Важно, конечно, чтобы хорошо сгруппированный пучок имел нужную фазу; к. п. д. на частотах до такой лампы обычно равен 20%. Типичный клистрон с многократным отражением, работающий на частота отдает выходной мощности при диапазоне механической перестройки Другая лампа, работающая в миллиметровом диапазоне, состоит [25, 78] по существу из клистрона, единственный резонатор которого имеет два зазора, и плавающей дрейфовой трубки. Лампа работает подобно отражательному клистрону; при подаче отдельного напряжения на дрейфовую трубку угол пролета изменяется таким образом, что возможно осуществить перестройку по частоте. В монотроне дрейфовая трубка отсутствует, и группирование пучка происходит во время длительного пролета через резонатор.

В генераторах с тормозящим полем [73, 195] группирование осуществляется в специальной области, где имеются как

высокочастотное, таки постоянное поле. Отражатель, как показанона рис. 11.7, а, является частью резонатора, что в значительной степени упрощает конструкцию и увеличивает диапазон механической перестройки. При попадании электронов в это комбинированное ноле модуляция но скорости, группирование и передача высокочастотной энергии в контур происходят в одном и том же пространстве взаимодействия. В лампе 171, 72], работающей на частоте диаметр и высота резонатора равны соответственно Длина коаксиальной линии составляет а ее внешний и внутренний диаметры соответственно Для улучшения фокусировки возвращающегося к аноду пучка в отражателе применен остроконечный штырь, находящийся под потенциалом отражателя. Диаметр формируемого электронной пушкой пучка составляет с проводимостью при первеансе Из приведенной на рис. кривой выходной мощности видно, что в диапазоне частот она превышает . У других типов ламп мощность на выходе составляет причем даже на частоте она достигает