. Входной болнобод

Выходной. Волновод

Рис. 15.11. Лампа бегущей волны

зуют коаксиальные дроссели, предотвращающие излучение высокочастотных колебаний с концов лампы.

Принцип действия. Усиливаемые электромагнитные колебания подаются во входной волновод и через согласующий волноводно-спиральный переход, настраиваемый поршнем 12, распространяются вдоль спирали. Спираль увеличивает траекторию (замедляет скорость) распространения электромагнитной волны до величины, примерно равной скорости электронов, идущих с катода вдоль оси спирали. Необходимое замедление получается за счет того, что длина витка спирали значительно больше ее шага. Поэтому, хотя электромагнитная волна движется по проволоке спирали с большой скоростью, равной скорости света с, однако фазовая скорость распространения волны вдоль оси спирали оказывается меньше во столько раз, во сколько шаг спирали меньше длины одного витка. Коэффициент замедления спирали

*з = с/гф A/itrf,

где Vф - фазовая скорость электромагнитной волны по оси спирали; А и d - соответственно шаг и диаметр витка спирали.

В результате взаимодействия электронного потока, распространяющегося вдоль оси спирали с электромагнитной волной, идущей в том же направлении, происходит сначала модуляция (изменение) скорости электронов, а затем она превращается в модуляцию потока по плотности.

Обычно ускоряющее напряжение на втором аноде А2 и соединенной с ним замедляющей системе устанавливается такого значения, чтобы начальная скорость движения электронов была несколько больше фазовой скорости волны. В этом случае электроны, влетающие в область А (рис. 15.12) ускоряющего поля спирали, будут двигаться более быстро и частично по инерции попадать в

Рис. 15.12. Распределение поля бегущей волны в спирали

область тормозящего поля Б. Здесь движение электронов замедляется и они более длительное время будут находиться под воздействием этого поля.

Такая модуляция скорости приводит к тому, что в область тормозящего поля входит больше электронов, чем выходит из нее. Вследствие этого в тормозящей области образуется сгусток электронов, а в ускоряющей области-разрежение, т. е. про-зойдет модуляция плотности электронного потока.

Электроны, испытывающие торможение, отдают свою энергию полю бегущей волны; их количество превышает число электронов, испытывающих ускорение и отбирающих -энергию поля волны; поэтому энергия поля,волны и ее амплитуда (по мере распространения вдоль спирали) будут нарастать. Увеличение амплитуды волны способствует лучшему группированию электронов в сгустки, что в свою очередь увеличивает амплитуду поля волны. В результате на выходе замедляющей системы получают усиленный сигнал, который через согласующий волноводно-спи-ральный переход поступает в выходной волновод, откуда подается в нагрузку. Таким образом, в ЛБВ используется передача энергии эмиттированных катодом электронов полю электромагнитной волны, которая распространяется в направлении движения электронного потока.

С увеличением частоты колебаний электрическое поле концентрируется вблизи витков спирали, поэтому интенсивность поля по оси спирали уменьшается. Вследствие этого уменьшается взаимодействие электронного потока с полем волны и общее усиление, даваемое лампой.

Параметры. Коэффициент усиления в современных ЛБВ

Ку = 10 Ig {P.JP) « 20 -f- 50 дБ.

По мощности различают ЛБВ маломощные (Рвых<1 Вт), средней мощности (Рвых от 1 Вт до десятков ватт) и мощные, позволяющие получить в импульсе выходную мощность до 10 МВт.

Затухание замедляющей системы ЛБВ оценивают коэффициентом затухания = 10 lg(PBbix/-PBx). который определяют при выключенном электронном потоке в лампе.

Ширина полосы пропускания ЛБВ зависит от ширины полосы пропускания входного и выходного устройств, а также свойств замедляющей системы. Диапазон электронной настройки превышает 50% средней частоты диапазона.

Коэффициент полезного действия ЛБВ мал (10-20%). Объясняется это тем, что электронный поток, теряя часть своей кинетической энергии, замедляется и постепенно выходит из взаимодействия с бегущей волной.

Коэффициент шума ЛБВ

/Сш = 10 Ig [(Яв„х швых)/(Явх/швх)].

где Рш вх

и Рш в ых

- соответственно мощность тепловых шумов на входе и выходе ЛБВ.

Типы и область применения. ЛБВ используют для усиления колебаний СВЧ во входных, промежуточных и выходных каскадах приемно-передающих устройств. Во входных каскадах приемников диапазона 3400-4200 МГц применяют малошумящие лампы (с малыми /Сш~10 дБ и /Су=20 дБ). В промежуточных каскадах приемников СВЧ устанавливают лампы малой и средней мощностей с большим коэффициентом усиления (например, УВ-6 с /Су=35 дБ). В выходных каскадах СВЧ передатчиков используют мощные лампы (например, УВ-7, УВ-229 с/Cy=30-f-35 дБ и Рвых=3-6 Вт).

ЛБВ могут работать в качестве генераторов колебаний СВЧ. Для этого часть энергии с выхода лампы с соответствующей амплитудой и фазой необходимо подать на вход, этим обеспечив условие самовозбуждения.

§ 15.5. Магнетроны

Магнетроны служат для генерирования электромагнитных колебаний СВЧ в основном сантиметрового и миллиметрового и отчасти дециметрового диапазонов. В электрическом отношении магнетрон представляет собой двухэлектродный электровакуумный прибор, в котором электронным потоком управляют при помощи ортогональных электрического и магнитного полей.

Принцип работы магнетрона с коаксиальными электродами. Простейший прибор магнетронного типа содержит сплошные коаксиальные электроды - анод А и катод Б (рис. 15.13, а), между которыми действуют радиальное электрическое и продольное (вдоль оси катода) магнитные поля. Когда магнитное поле отсутствует (В=0), эмиттированные катодом электроны под действием ускоряющего электрического поля движутся по радиальным траекториям и попадают на анод (рис. 15.13, б). При наличии магнитного поля траектория электронов искривляется При малой индукции (В<Вкр) кривизна траекторий невелика (рис. 15.13, е), а при некотором ее критическом значении (В=Вкр) траектории электронов близки к круговым и касательны к поверхности анода (рис. 15.13, г).

б) в-0 В) вБр г) в=Вцр д) в-Б

Blip Вкр Sftp

Рис. 15.13. Схемы включения, траектории электронов и характеристики магнетрона