ЛАМПА ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ

Устройство ЛОВ схематически имеет вид. В отличие от ЛБВ, электронный поток взаимодействует с одной из обратных пространственных гармоник бегущей волны, которая, как известно,характеризуется тем, что ее фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления.

Так как сопротивление связи пространственных гармоник резко уменьшается с увеличением номера гармоники, то в ЛОВ используются обычно такие замедляющие системы, в которых обратная пространственная гармоника является первой основной гармоникой.

Для эффективного взаимодействия в ЛОВ так же как и ЛБВ необходимо соблюдение условия синхронизма, т.е. V ₀ ≈ V_ф. Движение электронного потока должно совпадать по направлению с фазовой

скоростью, при этом энергия в замедляющей системе в соответствии с направлением групповой скорости распространяется навстречу электронному потоку, то есть от коллектора к пушке. Поэтому в ЛОВ вывод энергии необходимо располагать возле электронной пушки.

Рис 7

Распространение энергии в направлении, обратном движению электронного потока, создает внутреннюю положительную обратную связь между полем волны и потоком электронов. Эта связь распределена во всем пространстве взаимодействия. Часть энергии волны возвращается электронному потоку, что способствует дальнейшему группированию потока и возникновению автоколебательного режима.

Условие баланса фаз в данном случае, как и в любом автогенераторе сводится к тому, чтобы суммарный фазовый сдвиг в генераторе и в цепи обратной связи был кратен 2π.

β₁ l ₁ + β₂ l ₂ = 2π m (16)

где β₁ и β₂ постоянные распространения волны в замедляющей структуре и электронном потоке; l ₁ и l ₂ длины соответствующих участков петли обратной связи. Так как обратная связь существует на всем протяжении пространства взаимодействия, то можно считать, что l ₁ = l ₂ = l.

Для создания широкополосного генератора необходимо, чтобы условие (16) при фиксированном значении l выполнялось во всем диапазоне частот. Это возможно,если изменение с частотой β₁ будет комперсироваться изменением β₂, то есть независимо от частоты вдоль петли обратной связи будет укладываться одно и тоже число длин волн. Из Условия (16) получаем

(17)

Так как имеем V_{z 1} = V_{z 2}. Следовательно, для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы групповые скорости на обеих половинах любой петли обратной связи были равны и противоположны по направлению.

Пусть В ЛОВ электронный поток взаимодействует с полем первой обратной пространственной гармоники, фазовая скорость которой совпадает с направлением движения электронного потока и равна V ₀.

Для эффективного взаимодействия,так же как и в ЛБВ, скорость электронного потока должна немного превышать скорость волны, но мы будем считать, что V ₀ ≈ V_{ф (-1)}. Электроны группируются в сгустки, которые расположены в области тормозящего поля и отдают при торможении часть своей кинетической энергии электромагнитной волне. В результате группировки в электронном потоке возникает волна, бегущая слева направо со скоростью V ₀ и с фазовой постоянной β₀ = ω/ V ₀. Групповая скорость этой волны направлена противоположно групповой скорости первой обратной пространственной гармоники, а по величине эти скорости равны, т.е. условие (17) выполняется. При изменении частоты это условие выполняется за счет соответствующего изменения скорости электронов V ₀, т.е. изменением ускоряющего напряжения. Таким образом, частота колебаний в ЛОВ определяется с одной стороны параметром замедляющей системы β_(-1) (дисперсионной характеристикой), а с другой - скоростью электронов V ₀, которая зависит от величины ускоряющего напряжения. Зависимость частоты генерации от ускоряющего напряжения имеет вид, показанный на рис.8.

Частотная характеристика ЛОВ нелинейна. Отношение максимальной частоты рабочего диапазона к минимальной называется коэффициентом перекрытия диапазона. В некоторых современных ЛОВ он достигает 4.

Рис 8

Выведем соотношения, определяющие пусковые условия ЛОВ. Как было показано в общей теории взаимодействия пучка и поля

Если рассматривать ЛОВ как усилитель, то можно определить коэффициент усиления как

K_ус = E(0)/ E (l).

Условием генерации на обратной волне будет обращение K_ус в ∞ или обращение поля на коллекторном конце в 0 т.е. Е (l) = 0.

В первом приближении пусковые условия генератора на обратной волне имеют вид

F ₂(Ф _оп) = 0, 1 + (2π СN)³ nF_в (Ф _оп) = 0.

Использую полученные ранее выражения для F_в, и F₂ перепишем эти условия в виде

Из первого уравнения следует, что одно из решений получается при Ф_оп = -π, тогда или

Это условие означает, что для лампы определенной длины с ускоряющим напряжением U ₀ имеется значение тока пучка I_п, при котором выполняются условия возникновения генерации (баланс амплитуд).

Из первого уравнения системы так же следует, что самовозбуждение может произойти не только при Ф _оп = -π, но и при Ф _оп = -π(2 n + 1).

Это условие означает, что при одном и том же U ₀ могут одновременно существовать несколько волн с фазовыми скоростями

В общем случае в генераторе имеет место явление многочастотности, т.к. волны с различными фазовыми скоростями характеризуются различными частотами.

К сожалению, первого приближения недостаточно для расчета пусковых токов высших видов колебаний (n > 0). Точный анализ показывает, что I_{п 1} = 6,3 I_{п 0}. Итак, чтобы избежать появления высших типов колебаний следует выбирать такие значения рабочих токов, чтобы I_{п 0} < I ₀ < 6,3 I_{п 0}.

Зависимость выходной мощности от ускоряющего напряжения приведена на рисунке 9

Рис 9

Ее вид объясняется зависимостью частоты и сопротивления связи от этого напряжения. Экспериментально снятые зависимости частоты и мощности генерации как правило бывают изрезанными, что объясняется низким качеством согласования замедляющей системы с выходным волноводом и отражениями от поглотителя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Конструкция ЛОВ

2. Схема подведения постоянных напряжений к электродам ЛОВ.

3. Схема вывода усиленного сигнала.

4. Замедляющие структуры и их характеристики.

5. Принцип взаимодействия волны с электронным потоком.

6. Группировка электронного потока в сгустки.

7. Параметр группировки Х.

8. Условия самовозбуждения ЛОВ. Пусковой ток.

9. Баланс фаз в ЛОВ.

10. Зависимость частоты и мощности от напряжения на спирали.

Поиск по сайту: