Материал: 1210

46

колебания. Рассмотрим более подробно условие синхронизма в ЛОВ, которая в данном случае по аналогии с ЛБВ называется ЛОВ типа “О”.

Взаимодействие пучка электронов с волной происходит периодически только во время пробега пучка через пространство между стенками резонаторов (рис. 1.26), где в качестве замедляющей системы использована структура "гребенка". Рассмотрим мгновенное состояние электромагнитного поля волны. Полагаем, что на каждой ячейке замедляющей системы укладывается четверть волны, т. е. за период Т волна пробегает четыре резонатора и расстояние, равное 4l. В точках а и д поле максимально и имеет тормозящую фазу,

Рисунок 1.25 - Лампа обратной волны

Рисунок 1.26 - Взаимодействие обратной электромагнитной волны с электронами

т. е. электроны отдают свою энергию полю. Скорость их движения уменьшается в результате торможения. В точке в электроны ускоряются и вследствие этого уходят из ускоряющего поля, нагоняя приторможенные электроны и группируясь возле них, образуют электронные сгустки, продолжающие дви-

47

жение по пучку электронов навстречу волне. Если установить скорость дальнейшего движения электронных сгустков такой, чтобы в каждой последующей ячейке электрическое поле волны оказывалось в тормозящей фазе, то встречная волна будет усиливаться электронным потоком.

Пусть сгусток начинает свое движение с резонатора 1 в максимальной тормозящей фазе. Время прохождения сгустка в резонатор te lVe . Чтобы в

резонаторе 2 сгусток оказался в максимальном тормозящем поле, волна за то

Следовательно, скорость движения электронного пучка в ЛОВ существенно меньше, чем в ЛБВ. Как и ЛБВ, ЛОВ может быть типа “М”, т. е. когда ЛОВ помещают в скрещенные магнитное и электрическое поля. Такую ЛОВ сворачивают в кольцо, где наличие поперечного магнитного поля позволяет придать потоку электронов кольцевую форму. Система, в отличие от магнетрона, разомкнута и, следовательно, более широкополосна. Зависи-

мость изменения частоты в функции от анодного напряжения здесь почти линейная. Электронный поток взаимодействует не с продольной, а с поперечной составляющей напряженности электрического поля, это приводит к резкому ослаблению влияния пучка на поле волны и не вызывает постепенного торможения сгустков электронов и нарушения синхронизма, как в ЛБВ и ЛОВ типа “О”. Скорость здесь поддерживается постоянной.

Существенным недостатком ЛОВ типа “М” является то, что зависимость частоты генерации от напряжения питания требует очень высокой степени стабильности источников питания. При импульсной работе должно быть очень высокое постоянство напряжений во время действия импульсов, поэтому на импульсный модулятор налагаются соответствующие ограничения.

Современные ЛОВ типа “М” конструктивно несколько видоизменены. Вместо электронной пушки и коллектора применен цилиндрический катод, как в магнетроне, располагаемый внутри анодной замедляющей системы, которая часто выполняется в виде структур типа “гребенка” либо “палец в палец”. В рамках таких модификаций был разработан прибор СВЧ - платинотрон (рис. 1.27), в настоящее время широко распространенный в различных радиолокационных системах.

Около начала замедляющей системы вместо поглощающей слабоотражающей насадки предусматривается второй согласованный ввод, который является входным. Таким образом в платинотроне оба конца замедляющей системы соединяются через согласующие устройства с двумя внешними коак-

48

сиальными фидерами или волноводами, один из которых является входным, а другой - выходным.

Используется замедляющая система лопаточного типа с кольцевыми связками, назначение которых такое же, как и в магнетроне. При подаче на вход платинотрона достаточно мощных колебаний от внешнего возбудителя возникает принудительная синхронизация (захватывание) частоты автогенерации, имеющей место в платинотроне в силу взаимодействия электронов с обратной волной.

Процесс принудительной синхронизации рассмотрим более подробно на примере обычного автогенератора, так как физическая суть этого процесса не меняется при переходе от одного диапазона частот к другому.

Пусть некоторый автогенератор находится в режиме автоколебаний. Если на автогенератор подать некоторый внешний сигнал с частотой 0 ( 0 -

частота автоколебаний), то следовало бы ожидать возникновения биений с частотой | 0 | .

Однако этот случай будет тогда, когда два гармонических колебания складываются в линейной системе. Автогенератор представляет собой существенно нелинейное устройство, поэтому картина взаимодействия двух гармонических колебаний будет иной. Рассмотрим это взаимодействие.

Пусть автогенератор вырабатывает автоколебания с амплитудой U и ча-

стотой 0 при отсутствии внешнего сигнала. Значение стационарной амплитуды колебаний определяется условием

SCP U rCV 0,

где SCP U - средняя крутизна активного элемента как функция от U ; r - ак-

тивное сопротивление колебательной системы; С - емкость колебательной системы; М - взаимная индуктивность (если рассматривается автогенератор с индуктивной обратной связью).

Из уравнения получаем

r SCP U M . C

Известно, что в стационарном режиме автогенерации среднее “отрицательное” сопротивление r , вносимое в колебательный контур, равно по абсолютному значению активному сопротивлению контура,

49

rCP UB MSCP UB ,

C

где U B - напряжение, действующее на входе активного элемента. Следовательно, если взять систему координат: rCP - ось ординат, UВ -

название “захватывания” частоты, а полоса частот, в которой оно прояв-

ляется, называется полосой “захватывания”.

Можно показать, что выполняется соотношение

ЗАХ 0 EU ,

50

где ЗАХ - ширина полосы “захватывания”; Е - амплитуда сигнала внешнего

воздействия.

Из приведенного соотношения следует, что ширина полосы “захватывания” прямо пропорциональна амплитуде внешнего воздействия Е и обратно пропорциональна амплитуде напряжения на входе активного элемента, когда

Е = 0.

Частота биений , образующихся в автогенераторе, зависит от частоты внешнего сигнала (рис. 1.29). Если бы система была линейной, частота биений должна бы быть равной | 0 | (штриховая линия на рис. 1.29).

При больших расстройках внешнего сигнала относительно резонансной частоты значение близко к резонансной частоте | 0 | . По мере

приближения к 0 изменение все более отклоняется от пунктирной линии. В пределах полосы ЗАХ частота биений становится равной нулю, т. е.

биение исчезает и частота генерации автогенератора соответствует частоте внешнего воздействия.

Именно это явление используется в платинотроне для построения мощных усилителей на базе применения автогенератора.

Полоса частот области синхронизации в платинотроне получается достаточно широкой (до 10 %). Следовательно, платинотрон может быть использован как усилитель, работающий по принципу принудительной син-

хронизации частоты. В этом случае платинотрон называется амплитроном

и в этом качестве получил широкое распространение в современных РЛС. Амплитрон позволяет получить очень большие мощности и высокий

коэффициент полезного действия, но в отличие от магнетрона еще обеспечивает перестройку по частоте в пределах полосы принудительной синхронизации от внешнего возбудителя.

Амплитудные характеристики амплитрона показаны на рис. 1.30, где P0 -

мощность, потребляемая от источника питания.

При недоста-

точной входной мощности PBX амплитрон самовозбуждается на паразитных видах колебаний, и выходной сигнал PВЫХ имеет случайный шумовой харак-