..:: | Назад | Содержание | Далее | ::..
Для получения мощностей от долей ватта до нескольких мегаватт в СВЧ-диапазоне используют электровакуумные приборы — клистроны. Клистрон - это электронный электровакуумный прибор, представляющий собой сочетание объемного СВЧ-резонатора с электронной лампой. Клистроны делятся на отражательные и пролетные. Первые — маломощные, используются как задающие генераторы и гетеродины; вторые — мощные усилительные приборы.
В клистронах применяют специальные тороидальные резонаторы, которые являются конструктивным развитием обычных резонансных контуров (рисунок 2.18, а), когда индуктивность L уменьшается в связи с увеличением резонансной частоты (рисунок 2.18, б). При этом по форме катушка индуктивности превращается в тор для уменьшения излучения (рисунок 2.18, в).
Рисунок 2.18 - К тороидальному резонатору: а, б – контур; в - резонатор
Обкладки конденсатора выполняются в виде сетки, через которую может проходить поток электронов.
В физическую структуру отражательного клистрона входят: катод с нагревателем, ускоряющий электрод, отражатель, объемный резонатор со встроенными в него сетками, источники ускоряющего напряжения U0 и отражателя Uотp. В клистроне происходит динамическое управление электронным потоком, т. е. управление скоростями полета отдельных электронов (рисунок 2.19). Режим динамического управления потоком электронов используется в случае, когда время их пролета в пространстве управления оказывается соизмеримым со временем изменения сигнала (т. е. пока электроны находятся в зоне воздействия электрического поля, оно может менять свою величину и знак).
Рисунок 2.19 - Упрощенная схема отражательного клистрона
Если в зоне управления (зона d) воздействовать на пучок быстро летящих электронов электрическим полем, то скорость их полета 6удет изменяться в зависимости от времени нахождения в поле и от того, каким оно было в этот момент. Под действием положительного напряжения U0, приложенного к ускоряющему электроду и резонатору, электронный поток вылетает из нагретого катода и пронизывает промежуток между сетками резонатора. В результате действия флуктуации потока в резонаторе на резонансной частоте наводится слабое СВЧ - напряжение. Это напряжение, возникшее в результате флуктуации, будет изменять скорость электронов.
Данное изменение скорости электронов происходит в пространстве зоны управления d между сетками объемного резонатора. За резонатором, в пространстве дрейфа D, модулированный по скорости поток электронов постепенно превращается в поток, модулированный по плотности. Эти сгустки электронов попадают в тормозящее поле отрицательно заряженного отражателя, которое поворачивает электроны назад и они снова проходят зазор между сетками объемного резонатора. Обратное прохождение потока электронов между сетками увеличивает энергию СВЧ-колебаний, если отраженный пучок электронов возвращается в резонатор через интервалы времени 3 T/4, (3T/4 + T) , (3T/4 + 2T) и т. д. Это время можно изменять в небольших пределах напряжениями U0 и Uотp. Следовательно, также можно изменять в малых пределах частоту генерации клистрона (f=1/T).
Двухрезонаторный пролетный клистрон изображен на рисунке 2.20.
Рисунок 2.20 - Двухрезонаторный пролетный клистрон
Поток электронов из раскаленного катода летит к первому резонатору под действием напряжения на аноде U0. В резонаторе существует электромагнитное поле, возбуждаемое волной, поступающей по коаксиальной линии. Коаксиальная линия связана с резонатором петлей связи. Между сетками резонатора возникает напряжение ΔU. При этом, как и в отражательном клистроне, производится модуляция скорости движущихся электронов. В пространстве между двумя резонаторами — в пространстве дрейфа — «быстрые» электроны догоняют «медленные» электроны. Происходит модуляция потока электронов по плотности — возникают сгустки электронов. Эти электронные сгустки — импульсы тока — пронизывают второй резонатор и возбуждают в нем мощные колебания, которые через петлю связи и вторую коаксиальную линию отводятся в нагрузку (антенну). Клистронами обеспечиваются миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны электромагнитных волн.
..:: | Назад | Содержание | Далее | ::..