Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

10-6. 

ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН

В клистроне для получения скоростной модуляции на электроны оказывает кратковременное, но относительно сильное воздействие поле резонатора. Тот же эффект может быть получен, когда на электроны будет действовать во много раз меньшее поле, если во столько же раз увеличить время его воздействия. То же можно сказать и о взаимодействии сгруппированного потока с полем выходной колебательной системы.

Эти соображения кладутся в основу создания мощных генераторов очень коротких волн и решения важной проблемы разработки генераторов с большой полосой электронной перестройки. Последняя задача не могла быть решена с помощью клистронов, поскольку их колебательная система образуется высокодобротными узкополосными резонаторами. Очевидно, что ее решение следует искать в применении широкополосных или еще лучше апериодических (не резонансных) электромагнитных систем. Как в тех, так и в других поля много слабее полей высокодобротных резонаторов.

Из гл. 5 нам известно, что идеально широкополосной апериодической системой является согласованная на конце линия передачи, вдоль которой распространяются бегущие волны. Если вдоль линии, в которой слабый входной сигнал возбудил бегущую волну, пропускать поток электронов, движущийся в том же направлении и с той же скоростью, что и волна, то одни электроны будут на протяжении всего полета находиться в тормозящем, а другие - в ее ускоряющем поле. Это приведет к скоростной модуляции потока, и на некотором расстоянии от входа все электроны, как в клистроне, соберутся в сгустки около невозмущенных электронов.

Однако при этом еще не появится возможность передачи электронами энергии полю волны, потому что сгустки все время будут лететь в ее нулевом поле (рис.10-44, а). Положение будет иным, если скорость потока ve хотя и мало отличается от фазовой скорости волны vв, но несколько превышает ее. В этом случае, как и раньше, из-за малой разности скоростей часть электронов будет лететь относительно долго в тормозящем, а часть - в ускоряющем поле. Произойдет скоростная модуляция потока и образование сгустков около невозмущенных электронов. Но постепенно эти сгустки, опережая волну, попадут в ее тормозящее поле (рис.10-44, б). И опять-таки из-за малой разности скоростей они значительное время будут находиться в тормозящем поле, отдавая ему свою энергию. Когда сгустки начнут переходить в ускоряющее поле, они будут отбирать энергию у волны. Поэтому и существует некоторая оптимальная длина системы, зависящая от разности скоростей потока и волны и от частоты.

Рис. 10-44. Взаимодействие бегущей волны с электронным потоком:
а - при равенстве скоростей потока и волны;
б - при скорости потока, немного превышающей скорость волны.

Вы можете сказать, что идея понятная, но на пути ее осуществления лежат принципиальные трудности. Во-первых, вдоль воздушных линий электромагнитные волны распространяются практически со скоростью света, а электроны, как известно из теории относительности, не могут двигаться выше этой скорости. Во-вторых, из гл. 5 мы знаем, что электрическое поле линий перпендикулярно направлению распространения волны, поэтому оно не может взаимодействовать с электронами, летящими вдоль проводов.

Все это, безусловно, справедливо. И можно даже добавить, что, если бы взаимодействие происходило даже при скорости электронов несколько меньшей скорости света, то и тогда возникли бы огромные трудности, связанные с использованием напряжений в сотни тысяч вольт, необходимых для придания электронам столь большой скорости. Следовательно, нужно применить такие линии, в которых, во-первых, скорость распространения электромагнитных волн была бы много меньше скорости света, т.е. создать системы, замедляющие скорость волн, и, во-вторых, электрическое поле волны должно иметь в них продольную составляющую.

Роль таких замедляющих систем могут, например, играть коаксиальные линии, в которых средний провод свит в спираль (рис.10-45). Несколько упрощенно появление нужных нам свойств у такой линии можно понять, представив, что волна обегает витки спирали. При этом ее распространение в направлении оси спирали замедляется (практически можно получить "замедление" до 10 раз). Обежав виток, волна изменяет свою фазу, вследствие чего между соседними витками создается разность потенциалов, что и приводит к появлению в поле волны составляющей, направленной вдоль оси спирали. Эта составляющая и будет воздействовать на поток.

Рис. 10-45. Коаксиальная спиральная замедляющая система.

Теперь уже нетрудно представить конструкцию лампы бегущей волны (рис.10-46). В левой стороне баллона лампы размещается электронный прожектор. По волноводу или фидеру на вход спирали подается усиливаемый сигнал, возбуждающий бегущую волну в замедляющей линии, вдоль которой движется пучок электронов. В начальной части замедляющей системы волна производит скоростную модуляцию потока, которая благодаря его однородности не требует большой затраты энергии. В дальнейшем поток собирается в сгустки и отдает свою энергию волне, амплитуда которой многократно возрастает на пути к выходу. Электроны, прошедшие замедляющую систему, собираются коллектором.

Рис. 10-46. Лампа бегущей волны-усилитель:
1 - катод; 2 - первый анод; 3 - второй анод; 4 - конический широкополосный приемный вибратор; 5 - входной волновод; 6 - поглотитель; 7 - фокусирующая катушка; 8 - спираль; .9 - согласующий шлейф; 10 - выходной волновод; 11 - коллектор.

В сгустках действуют значительные силы электростатического расталкивания; на большом пути пролета их действие может привести к расхождению электронного пучка и оседанию электронов на спирали. Чтобы предотвратить расхождение пучка, лампу помещают в продольное магнитное поле электромагнита или постоянного магнита. Допустим, что под действием сил расталкивания электрон отклонится от оси спирали. Но тогда на него начнет действовать отклоняющая сила магнитного поля, направленная по правилу правой руки в перпендикулярном к оси направлении, и изменит направление его движения (рис.10-47). Если проследить последовательно за движением электрона под действием поля катушки, то окажется, что он по сложной винтообразной траектории будет приближаться к оси спирали. Следовательно, катушка собирает (или, как говорят, "фокусирует") электронный поток в узкий пучок у оси прибора.

Рис. 10-47. Фокусирующее действие продольного магнитного поля соленоида.

Усилители на лампах бегущей волны обладают большим коэффициентом усиления, достигающим нескольких тысяч и более. Как и всякий усилитель, лампа бегущей волны может использоваться в качестве автогенератора, если связать ее вход с выходом. Это можно осуществить с помощью специальной линии связи, но можно и просто создать некоторое рассогласование на выходе (конце) линии, и тогда часть энергии будет отражаться и возвращаться на ее вход. Если отраженная волна будет достаточно интенсивна и совпадет по фазе с волной на входе, то произойдет самовозбуждение. В усилителях же, где самовозбуждение необходимо устранять, а некоторое рассогласование практически всегда имеется, в средней части замедляющей системы лампы ставят специальный поглотитель, гасящий отраженные волны.

Благодаря отсутствию резонансных систем лампы бегущей волны являются усилителями с очень широкой полосой пропускания, крайние частоты которой у некоторых образцов относятся как 1:4, Область их использования - дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. В качестве автогенераторов лампы бегущей волны используются довольно редко, так как упомянутое выше условие самовозбуждения, требующее наличия определенной фазы отраженной волны, сильно сужает рабочий диапазон генератора. Гораздо большие возможности широкополосной работы создаются в лампах обратной волны.

В этой главе:
10-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
10-2. ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (УСИЛИТЕЛИ)
10-3. ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
10-4. ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
10-5. КЛИСТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ
10-6. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН
10-7. ЛАМПЫ ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ
10-8. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН КЛАССА М
10-9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ
10-10. ГЕНЕРАТОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
10-11. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ С РЕАКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ОДНОГО ЗНАКА
10-12. ЗАТЯГИВАНИЕ ЧАСТОТЫ В АВТОГЕНЕРАТОРАХ
10-13. ЗАХВАТЫВАНИЕ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
10-14. ГЕНЕРАТОРЫ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ДИНАМО-МАШИНА - походное зарядное устройство!

До пяти минут связи хватает подзарядки мобильного телефона если вращать ручку динамо-машины в течение...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru