11.3.3. Лампы обратной волны

Электронный пучок может двигаться синхронно и взаимодействовать с одной из высших гармоник периодической структуры. В случае линии, нагруженной штырями, как показано на рис. 11.12, электрическое поле при пролете электрона около отверстий между штырями будет находиться каждый раз в одной и той же фазе при условии

где соответствует номеру пространственной гармоники.

Электрон не может различать значения фазовой скорости для основной гармоники при для пространственной гармоники порядка Фазовая скорость гармоники,

необходимая для синхронности с электронным пучком, может быть значительно больше фазовой скорости основной волны. Таким образом, при заданной скорости пучка и рабочей частоте можно увеличить разнос элементов замедляющей системы.

В усилителях пространственных гармоник на ЛБВ [222] используется [265] гармоника В одной из таких ламп [307, 308] применяется гребневый волновод, нагруженный 100 штырями, в котором расстояние между центрами штырей равно ширина и высота 7/8 длины волны.

Для получения хорошей связи электронный пучок проходит вдоль трех аксиальных прорезей в гребенке. Параметры пучка: напряжение ток индукция фокусирующего магнитного поля На частоте усиление составляло 20 дб при выходной мощности

Рис. 11. 12. Взаимодействие электронного потока с пространственной гармоникой. имеет обратное направление.

Способ усиления, основанный на взаимодействии с пространственными гармониками, нашел применение [77] в импульсных лампах большой мощности.

В лампах обратной волны пучок взаимодействует с гармоникой, у которой или с первой обратной гармоникой. В этом случае фазовое условие синхронности имеет вид

где изменяется теперь в обратном направлении, поскольку волна в замедляющей структуре и электронный пучок движутся в противоположных направлениях.

Обратная пространственная гармоника, как это видно из разд. 10.1, обладает значительной дисперсией — фазовая скорость очень сильно зависит от частоты. Поскольку условие взаимодействия состоит в приближенном равенстве скоростей пучка и замедленной волны, то очевидно, что рабочую частоту лампы обратной волны можно менять в широком интервале за счет изменения напряжения пучка. Такие лампы [49, 173 , 253] часто называют карсинотронами.

Принципы [405, 406, 484] взаимодействия пучка с замедляющей системой у этих ламп и ЛБВ очень похожи. Анализ [99, 194, 540] Показывает, что усиление по мощности можно представить в виде

где константа, близкая к единице, значение тока, при котором возникает самовозбуждение. Таким образом, усиление быстро возрастает с приближением и происходит оно в узкой полосе частот. Более надежная работа получается в каскадном усилителе [98, 501], в котором первая замедляющая система, например спираль, модулирует электронный пучок за счет взаимодействия с обратной волной, а вторая спираль, в свою очередь, возбуждается промодулированным пучком.

Преимуществами таких устройств перед лампами с одной замедляющей системой являются большая стабильность и «холодная» изоляция между входным и выходным контурами.

Рис. 11.13. Разновидности генератора обратной волны: а — неуравновешенная бифилярная спиральная структура с трубчатым пучком; б - гребневый волновод со щелями в верхней стенке; в — гребневый волновод со щелями в гребне. (См. [437, 221, 468].)

Ширина полосы пропускания, которая обычно составляет около основной частоты, может быть немного увеличена за счет снижения усиления, если работать с несколько различными напряжениями в каждой системе. Если прибавить третью структуру, согласованную на обоих концах и синхронизованную с обратной волной, то усиление и произведение усиления на ширину полосы увеличиваются по сравнению с лампами, обладающими двумя структурами.

Лампы обратной волны имеют естественную тенденцию работать как генераторы с самовозбуждением и обычно используются в качестве таковых. Были проделаны более точные расчеты минимального значения начального тока [76, 215, 474, 528] и показано [498], что комплексность постоянной распространения можно объяснить с помощью теории [164] связи между видами. Был рассмотрен к. п. д. таких ламп в предположении, что амплитуда высокочастотного тока равна Можно показать, что в случае спиральной замедляющей системы применение тонкого трубчатого пучка дает преимущество.

В настоящее время разработано большое количество практических генераторов [15, 131, 318, 334, 433, 467]. Конструктивно они выполняются обычно следующим образом: замедляющая структура подключается к выходному волноводу тем концом, со стороны которого вводится электронный пучок, а другим концом подсоединяется к согласованной нагрузке. Отраженная от несогласованной нагрузки волна уменьшает полезную выходную мощность, но поскольку условие синхронизма у этой волны не соблюдается, то она не может взаимодействовать с электронным пучком и тем самым не влияет на рабочую частоту. В генераторе на лампе обратной волны Салливана [437], показанном на рис. 11.13, а, замедляющая система состоит в основном из коаксиальной линии, помещенной внутри спирали; часть внешнего проводника удалена для взаимодействия с трубчатым пучком. Внешняя спираль осуществляется путем фрезерования во внутреннем цилиндре канавки. Внутренний провод изолируется от этой канавки с помощью трех диэлектрических полосок и проходит вдоль оси цилиндра к коаксиальному выходу. При индукции фокусирующего магнитного поля лампа работает в диапазоне частот от напряжении пучка до напряжении пучка 40 в); выходная мощность лежит в диапазоне

Другие типы ламп [313, 333, 507] генерируют в диапазоне В одной из таких ламп [214], работающей на частотах для получения достаточно высокого сопротивления, малой себестоимости изготовления, хорошего согласования с волноводным выходом и удобного контроля микрофонных эффектов в качестве замедляющей системы использована спираль из вольфрамовой ленты, укрепленная с помощью трех кварцевых стержней. Толщина ленты выбрана минимальной, исходя из требуемой механической прочности, а ширина приближенно равна половине шага спирали для получения максимального сопротивления обратной пространственной волны. Диаметр спирали должен быть настолько большим, насколько это возможно при отсутствии аномальных эффектов настройки [425]. Шаг спирали выбран с учетом соответствия высокочастотного края рабочего диапазона напряжению пучка В лампе использован трубчатый электронный пучок. Основные параметры ее приведены в табл. 11.1.

Генераторы обратной волны конструировались с бифилярной спиралью [230], в частности [128], для диапазона Для работы в диапазонах 1—2, 2—4 и 11 Ггц были разработаны [335] лампы со встречно-штыревыми линиями (система «пальцы в пальцы»); характериски их показали, что основные идеи взаимодействия с обратной волной остаются справедливыми и в данных конструкциях. В качестве замедляющих систем успешно применялись [197] системы типа «шпильки»; рассматривались также многоконтурные системы [537, 541] и другие виды конструкций [585, 588, 589, 590].

Описанные генераторы особенно успешно работали в

Таблица 11.1 Параметры генератора обратной волны

миллиметровом диапазоне [39, 40, 169, 589]. Основная проблема для таких ламп состоит в механическом изготовлении замедляющих структур малых размеров, которые однако могли бы поглощать сравнительно большое количество тепловой энергии. В генераторе обратной волны с выходной мощностью на частотах использована [84] спираль из ленты размерами на с шагом Аналогичные лампы работают в диапазонах 17-41 Ггц [327] и 20-40 Ггц [170]. Карп [220, 211] применил систему, показанную на рис. 11.13, б, которая состоит из гребневого волновода с поперечными щелями, прорезанными в широкой стенке напротив гребня. Эта стенка со щелями может быть легко изготовлена путем намотки вокруг волновода позолоченной молибденовой ленты или травления тонкой металлической фольги. Электронный пучок проходит через центральные части щели, где аксиальное электрическое поле максимально. Чтобы обеспечить плавное согласование с волноводом, щели вместе с гребнем постепенно сужаются к выходу. Была получена генерация в диапазоне при изменении напряжения пучка от 900 до 1170 в.

Другие аналогичные лампы [442] работали на частотах до В конструкции [468], приведенной на рис. 11.13, в, электронный пучок проходит через отверстия в ряде лопаточек; несколько таких ламп перекрывают диапазон Аналогичные системы с лопаточками использованы [253] в лампе, генерирующей колебания в диапазоне при изменении напряжения пучка от 1,6 до а также в лампе [328, 329] с рабочим диапазоном

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)