То в статическом режиме (без СВЧ поля) электроны движутся далее прямолинейно с той же скоростью

При переходе в подвижную систему координат скорость электронов уменьшается на величину , что эквивалентно уменьшению магнитной силы на величину . Для того, чтобы движение электронов осталось прямолинейным, необходимо уменьшить на это же значение и электрическую силу, т.е. уменьшить напряженность электрического поля до некоторого эквивалентного значения:

(14)

Таким образом, для того, чтобы в подвижной системе координат можно было использовать выводы, полученные выше для статических полей, необходимо вместо напряженности поля брать сумму напряженности эквивалентного поля и напряженности СВЧ поля Е, составляющие которого показаны на рис. 3 как .

Рассмотрим частный случай, когда , т.е. относительная начальная скорость электронов в подвижной системе координат равна нулю и . В этом случае в подвижной системе координат останутся только составляющие СВЧ поля. Движение электронов при этом можно представить суммой поступательного движения со скоростью и вращения по окружности радиуса с угловой циклотронной частотой . Поскольку направление (показано на рис. 4) совпадает с направлением векторного произведения [Е х В], то электроны будут перемещаться по циклоидам (рис.5), расположенным вдоль эквипотенциальных линий электрического поля волны (нормали к силовым линиям поля).

Как показано на рис. 5, в положительном полупериоде продольной составляющей СВЧ поля () происходит группировка электронов (1, 2, 3) и их смещение к аноду.

В отрицательном полупериоде электроны (4,5,6) разгруппировываются и смещаются к катоду.

ПОЛУПЕРИОД НАЗЫВАЮТ ТОРМОЗЯЩИМ ПОЛУПЕРИОДОМ СВЧ ПОЛЯ, ПОЛУПЕРИОД - УСКОРЯЮЩИМ ПОЛУПЕРИОДОМ СВЧ ПОЛЯ.

Для объяснения особенностей энергообмена электронов с СВЧ полем вернемся к неподвижной системе координат (рис. 6).

Рис.6

В неподвижной системе циклоидальные траектории движения электронов вытягиваются по сравнению со случаем подвижной системы вправо из-за пересчета скорости.

В тормозящем полупериоде электроны, перемещаясь по циклоидам, смещаются к аноду; в ускоряющем - остаются у катода (ленточный поток электронов вводится вблизи его поверхности). На каждом циклоидальном участке траектории движения электронов происходит периодическое изменение их скорости и кинетической энергии, но в среднем эти величины остаются постоянными.В результате передача энергии от электронного потока СВЧ полю происходит лишь в тормозящем полупериоде СВЧ поля за счет уменьшения потенциальной энергии электронов (последняя максимальна на катоде и минимальна на аноде). Кинетическая энергия, участвуя в процессе взаимодействия электронов с СВЧ полем, служит лишь посредником, так как ее значение периодически восстанавливается. В этом состоит принципиальное отличие приборов типа М от приборов типа О.

УСЛОВИЕ СИНХРОНИЗМА. При анализе движения электронов предполагалось, что:

(15)

При этом условии электроны, начавшие движение в тормозящем полупериоде, все время остаются в благоприятной фазе и передают свою энергию СВЧ полю. Поэтому соотношение (15) называют условием фазового синхронизма для приборов типа М.

ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ ТИПА М

По конструкции данные лампы делятся на плоские и цилиндричные. На рис.7 показана плоская лампа.

1-подогреваемый катод 2-управляющий электрод 3-электронный поток 4-волноводный вход 5-поглотитель 6-замедляющая система-анод 7-волноводный выход 8-коллектор 9-холодный катод

Рис.7

Работа

Лампа имеет две основные части: инжектирующее устройство и пространство взаимодействия. Инжектирующее устройство, состоящее из подогреваемого катода 1 и управляющего электрода 2, обеспечивает создание ленточного электронного потока 3 и ввод его в пространство взаимодействия, состоящее из волноводного входа 4, поглотителя 5, замедляющей системы-анода 6, волноводного выхода 7, коллектора 8 и холодного катода 9, обеспечивающих взаимодействие электронов с СВЧ полем. Для создания такого взаимодействия необходимо выполнение условия , поэтому величины и выбираются такими, чтобы

(16)

При выполнении условия (16) электроны, в отсутствие СВЧ поля, прямолинейно движутся к коллектору. Параметры прибора выбирают таким образом, чтобы при появлении на входе замедляющей системы СВЧ сигнала на одной из его пространственных гармоник выполнялось условие (15) фазового синхронизма приборов типа М. В этом случае в тормозящих полунериодах электрического поля этой гармоники будет происходить увеличение энергии СВЧ сигнала за счет уменьшения потенциальной энергии электронов по рассмотренному выше (рис.5 - 6) механизму взаимодействия электронов с переменными скрещенными полями. Усиленный СВЧ сигнал поступает на выход замедляющей системы, а электроны оседают на коллекторе.

Лампа бегущей волны типа М, также, как и лампа бегущей волны типа О, является широкополосным усилителем, и поэтому в ней возможно самовозбуждение за счет отражения усиливаемого сигнала от выхода замедляющей системы. Для предотвращения
самовозбуждения применяется поглотитель.