Максимальный электронный КПД

Коэффициент усиления

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛБВМ

- параметр усиления;

- электрическая длинна замедляющей системы;

- геометрическая длина замедляющей системы.

где - максимальная потенциальная энергия, которую электрон может передать ЭМП СВЧ;

- потенциал замедляющей системы – анода;

- кинетическая энергия электрона, рассеиваемая в виде тепла на поверхности замедляющей системы или коллектора;

- напряженность электрического поля;

- магнитная индукция поля.

3. Амплитудная характеристика. Зависимости коэффициента усиления (Кр), выходной мощности (Рвих) и коэффициента полезного действия (hэл) от входной мощности (Рвх) показаны на рис. 8.

Рис.8

4. Выходная мощность ЛБВМ в непрерывном режиме достигает нескольких киловатт, в импульсном - нескольких мегаватт.

5. Полоса рабочих частот в усилителях на ЛБВМ достигает 30 % от средней рабочей частоты и определяется дисперсионной характеристикой замедляющей системы.

6. Коэффициент шума. Вследствие паразитных колебаний в области формирования электронного луча, а также взаимодействия электронов с отраженной волной уровень собственных шумов в усилителях на ЛБВМ весьма велик. В большинстве приборов отношение мощности полезного сигнала к мощности шумов не превышает
40 дБ.

7. Применение ЛБВМ. Высокий уровень собственных шумов исключает возможность применения ЛБВМ для усиления маломощных сигналов. Основное применение эти приборы нашли в качестве мощных импульсных выходных усилителей в дециметровом и сантиметровом диапазоне длин волн.

Лампа обратной волны типа М (ЛОВМ)

В лампах обратной волны типа М, которые могут быть как усилительными, так и генераторными устройствами, взаимодействие электронов осуществляется с обратной пространственной гармоникой СВЧ поля. В этих приборах обычно используются цилиндрические электроды. Схема устройства цилиндрической генераторной ЛОВМ показана на рис.9. Устройство ЛОВМ сходно с устройством ЛБВМ:

	1 - подогреваемый катод 2 - управляющий электрод 3 - электронный поток 4 - волноводный выход 5 - замедляющая система- анод 6 - холодный катод 7 - поглотитель 8- второй волноводный выход 9 - коллектор В - постоянное магнитное поле.

Рис.9

Работа

Инжектирующее устройство (1-2) создаёт поток электронов (3). движущийся к коллектору (9). Электронный поток создаст в замедляющей системе (5) наведенный ток и электромагнитное поле пространственных гармоник. На одной из пространственных гар-
моник, для которой выполнено условие фазового синхронизма () начинается взаимодействие электронного потока с полем волны. при котором в тормозящих полупериодах электрического поля гармоники будет происходить увеличение её энергии за счет уменьшения потенциальной энергии электронов. В отличие от ЛБВМ, в
ЛОВМ электронный поток взаимодействует с обратными пространственными гармониками, для которых направления фазовой и групповой скоростей противоположны, поэтому электроны движутся к коллектору, а энергия волны им навстречу к волноводному выходу прибора (4). В результате возникает положительная обратная связь между полем волны и электронным потоком, при которой волна, отдавая часть своей энергии на группировку электронов, приобретает большее её количество за счет уменьшения потенциальной
энергии сгруппированных электронов.

В результате в ЛОВМ устанавливаются колебания стационарной амплитуды, определяемой балансом мощностей. Вследствие трудностей широкополосного согласования волиоводного выхода ЛОВМ с замедляющей системой в ЛОВМ возможны отражения от нагрузки. Для устранения этого эффекта в ЛОВМ, как и в ЛОВО. применяют поглотитель (7). Так же. как и ЛОВО, ЛОВМ может быть использована в режиме регенеративного усиления, для чего в приборе предусмотрен второй волноводный выход (8).

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ НА ЛОВМ

1. Диапазон рабочих частот. Как и в ЛОВО, параметры замедляющей системы и электронный режим генераторов на ЛОВМ рассчитываются на рабочую частоту генерируемых колебании с учетом необходимости электронной перестройки частоты. Обычно они используются в диапазоне от 200 МГц до 20 ГГц с диапазоном электронной перестройки частоты до 40 %.

2. Выходная мощность. Современные генераторы на ЛОВМ способны обеспечивать выходную мощность в непрерывном режиме порядка десятков киловатт в дециметровом и единиц киловатт в сантиметровом диапазонах. В настоящее время они являются самыми мощными генераторами СВЧ колебаний с электронной перестройкой частоты. Синхронизированные генераторы на ЛОВМ обладают высокой стабильностью частоты и низким уровнем шумов, что позволяет их использование в системах связи с
ч астот ной м од у л я ц и е й.

3. Электронный коэффициент полезного действия генератора на ЛОВМ может быть в силу идентичности процессов определён по формуле

В реальных приборах его величина достигает (50-60)%.

Основные характеристики генераторов на ЛОВМ отображают зависимости выходной мощности, частоты и электронного КПД от напряжения .

Рис.10

МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОН

Устройство. Многорезонаторный магнетрон - генераторный прибор типа М, устройство которого показано на рис.11.

1 - цилиндрический катод 2 - цепочка объемных резонаторов 3 - корпус анодного блока 4 - щели 5 -кольцевой зазор 6 - выход 7 –кольцевые проводники связки

Рис.11

Цилиндрический катод 1 эмитирует электроны со всей поверхности и создает замкнутый электронный поток, который движется с переносной скоростью в кольцевом зазоре 5 между катодом и замедляющей системой - анодом. Замедляющая система магнетрона представляет собой цепочку объёмных резонаторов 2. размещенных в корпусе анодного блока 3 и связанных с кольцевым зазором через щели 4. Этот зазор является пространством взаимодействия электронов с СВЧ полем, энергия которого выводится через
выход 6. Резонаторы сегментарно, через один сегмент, соединены между собой кольцевыми проводниками связками 7.

Принцип действия.Механизм возникновения незатухающих колебаний в магнетроне такой же, как и в любом автогенераторе. Начальные колебания в резонаторах магнетрона возникают благодаря флуктуациям электронного потока. Если на одной из пространственных гармоник этих колебаний будет выполнено условие фазового синхронизма для приборов типа М, то в тормозящих полупериодах электрического поля гармоники начнется группировка электронов в сгустки, их смещение к аноду и передача потенциальной энергии от электронов СВЧ полю. Рост поля будет далее интенсифицировать процесс энергообмена, и при выполнении условий баланса фаз и амплитуд в магнетроне установится стационарный режим автоколебаний, при котором в пространстве взаимодсйствия возникают пульсации границ пространственного заряда электронов, достигающие анода. Динамический пространственный заряд приобретает форму «спиц», вращающихся вокруг катода с постоянной переносной скоростью. Число спиц пространственного заряда равно числу тормозящих областей СВЧ поля, в пределах которых электроны, смещаясь от катода к аноду, поддерживают СВЧ колебания за счет потери своей потенциальной энергии.

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНЕТРОНОВ

1.Диапазон рабочих частот. Различные но назначению магнетроны перекрывают диапазон частот 300 МГц -300 ГГц. В мощных магнетронах применяют механическую перестройку частоты в пределах 10 - 15 % за счет введения стержней в резонатор (индуктивная настройка) или за счет перемещения колец у торцов резонаторов (емкостная настройка). Электронная перестройка частоты у магнетронов мала и используется только в маломощных приборах.

2.Выходная мощность магнетронов непрерывного действия составляет от долей ватта до нескольких десятков киловатт, а импульсного действия - до десятков мегават.

3.Электронный коэффициент полезного действия магнетрона
определяется аналогично ЛБВМ и ЛОВМ и его величина в современных многорезонаторных магнетронах может достигать 70 % и более.

4. Применение магнетронов. Магнетроны используют в передатчиках радиолокационных станций, в ускорителях заряженных частиц и в установках для высокочастотного нагрева.