Доповідь - Підсилювач на лампі біжучої хвилі типу О

1.doc (1 стор.)
Оригінал


Визначення


Лампою біжучої хвилі типу О називають електронний прилад НВЧ діапазону, в якому використовується тривалий взаємодія згрупованого потоку електронів, що рухаються в поздовжніх електричному і магнітному полях, з прямою гармонікою сигналу (хвилею, що біжить), що розповсюджується вздовж замедляющей системи. По суті ЛБВ є широкосмуговим підсилювачем з високим коефіцієнтом посилення.

Або іншими словами в приладах типу О відбувається перетворення кінетичної енергії електронів в енергію НВЧ поля в результаті гальмування електронів цим полем. Магнітне поле в таких лампах направлено вздовж напрямку поширення пучка і служить лише для фокусування останнього.


Пристрій


Лампа біжучої хвилі рис. 1 являє собою довгу скляну колбу невеликого діаметру, в одному кінці якої розміщений ряд електродів (електронна гармата), призначених для освіти вузьконаправленого пучка електронів. Електронна гармата зазвичай складається з катода, керуючого електрода, одного або двох анодів. Залежно від необхідної форми електронного пучка (циліндричної або лентообразной) ці електроди можуть відрізнятися за формою.





Рисунок 1 - Схема пристрою типовий малопотужної ЛБВ типу ПРО


На рис. 1 наведена схема пристрою типовий малопотужної ЛБВ типу О. Електронна гармата (прожектор) утворена катодом 1, керуючим електродом 2, першим анодом 3 і другим анодом 4. Ця система електродів забезпечує необхідну початкову фокусування пучка і регулювання його струму. Остання виробляється зміною потенціалу керуючого електрода або першого анода. Другий анод 4 через трубку 6 (антена) з'єднаний зі спіральною замедляющей системою 7. Трубка є елементом зв'язку замедляющей системи з вхідним хвилеводом 5, до якого підводиться підсилюваний сигнал. Така ж трубка використовується для зв'язку з вихідним хвилеводом 9. Для узгодження вхідного і вихідного хвилеводів з замедляющей системою передбачені підстроювальні елементи 11. Положення спіралі задається кварцовими стрижнями або трубками. На поверхню цих держателів наносять шар поглинача 8 для запобігання самозбудження ЛБВО. Електронний потік проходить всередині спіралі, взаємодіє з НВЧ-полем спіралі і потім потрапляє на колектор 10, який має форму стакана або конуса. Фокусирующая система (соленоїд) 12 забезпечує фокусування електронного пучка на всій довжині приладу.

На анод подається позитивна напруга. Внаслідок різниці потенціалів між електродом і анодом утворюється система електростатичних лінз, що забезпечує попереднє фокусування електронного променя. У разі застосування другого анода поле між ним і першим анодом також являє собою електронну лінзу. Таким чином, після другого анода потік електронів виявляється сфокусованим в вузький циліндричний промінь, який потім повз замедляющей системи рухається до колектора - позитивно зарядженого електроду, розташованому в протилежному кінці лампи.
Для остаточної фокусування променя використовується магнітне поле довгої котушки, намотаної на металевий каркас. Сама лампа поміщається всередині цього соленоїда. В якості замедляющей системи в підсилювальних ЛБВ найчастіше використовується спіраль. На початку і наприкінці крок спіралі поступово збільшується і спіраль плавно переходить в два циліндра, які утворюють зв'язок спіралі зі вхідний і вихідний лініями.

Досить серйозною проблемою в підсилювачах на лампах біжучої хвилі є узгодження замедляющей системи з хвильовим опором вхідного фідера і опором навантаження. При неповному узгодженні лампи з навантаженням частина енергії НВЧ коливань відбивається, з'являється відбита хвиля, що рухається від виходу до входу, і виникає зворотній зв'язок. При виконанні умов балансу фаз, який при довгій замедляющей системі може легко задовольнятися для низки частот, в підсилювачі можуть виникнути автоколивання. Щоб уникнути цього сповільнюються система узгоджується з вхідним і вихідним фідерами вельми ретельно. Зазвичай в підсилювачах на ЛБВ передбачаються спеціальні пристрої у вигляді короткозамкнутих відрізків хвилеводів або коаксіальних ліній, що включаються паралельно входу і виходу. Довжина таких відрізків може змінюватися за допомогою рухомих короткозамикающіх поршнів.


Принцип дії


СВЧ коливання, що підлягають посиленню, надходять на вхід лампи і далі поширюються уздовж замедляющей системи, утвореної спіраллю і каркасом фокусуючої котушки. Швидкість  гр поширення електромагнітної хвилі уздовж дроту, згорнутого в спіраль, дорівнює швидкості світла. Фазова швидкість  ф хвилі, тобто швидкість її руху вздовж осі спіралі, природно, в  d / t разів менше, де d - діаметр, а t - крок спіралі. Параметри спіралі t і d вибирають такими, щоб забезпечити потрібне уповільнення (10 ÷ 15), але дисперсія повинна бути невеликою, оскільки потрібно рівномірне посилення у широкій смузі частот при незмінному прискорюючій напрузі.

Для отримання ефективної взаємодії електронного потоку з хвилею потрібно зразкова рівність фазової швидкості хвилі і швидкості електронів. У міру руху електронів всередині спіралі в полі біжучої хвилі вони взаємодіють з цією хвилею. Електрони при вході в спіраль, в залежності від фази надвисокочастотного електричного поля, гальмуються або прискорюються цим полем. В результаті різниці швидкостей електронів відбувається їх групування в згустки. При правильно обраних швидкостях руху електронів і хвилі згустки утворюються в тій частині біжучої хвилі, де електрони зазнають гальмування. Таким чином, при подальшому русі електронів вони поступово гальмуються, передаючи кінетичну енергію хвилі, амплітуда якої безперервно збільшується. На виході лампи амплітуда хвилі досягає величини, що значно перевищує амплітуду сигналу на вході.


Параметри і характеристики ЛБВ


Параметр посилення - безрозмірний коефіцієнт.


,

де - Опір зв'язку, - Струм катода, - Потенціал останнього анода електронної гармати ЛБВ.

Значення С складають приблизно .

Коефіцієнт посилення

,

де ( - Довжина хвилі просторової гармоніки), С - параметр посилення.

Коефіцієнт посилення ЛБВ в лінійному режимі прямо пропорційний параметру C.

Для вираження коефіцієнта підсилення в децибелах користуються такою формулою:

.

Вище представлену формулу при наявності поглиначі можна привести до вигляду:

,

де дБ; дБ; - Враховує зменшення коефіцієнта підсилення, викликане поглиначем, а N - різниця електричної довжини ЛБВ і поглинача, так як підсилювальні властивості на ділянці поглинача вже враховані у величині А 1. Дуже важливо правильно вибрати положення і довжину поглинача. Зазвичай поглинач знаходиться на відстані приблизно (1/3) l від входу, а довжина поглинача не перевищує (1/10-1/8) l.

Реально досяжне значення коефіцієнта посилення ЛБВО середньої та великої потужності становить 25-40 дБ, тобто дещо нижче, ніж у багаторезонаторних клістронів (60 дБ). У малопотужних ЛБВО коефіцієнт підсилення може досягати 60 дБ

Діапазон частот

Особливо цінною властивістю ЛБВ є їх широкополосность. Коефіцієнт посилення ЛБВ при незмінному прискорюючій напрузі може залишатися майже незмінним в широкій смузі частот - порядку 20 - 50% від середньої частоти. У цьому відношенні ЛБВ значно перевершують підсилювальні клістрони, які можуть забезпечувати досить високу посилення, але мають значно більш вузьку смугу частот.

Вихідна потужність

У залежності від призначення ЛБВ випускаються на вихідні потужності від часток мВт (вхідні малопотужні і малошумні ЛБВ в підсилювачах НВЧ) до десятків кВт (вихідні потужні ЛБВ в передавальних пристроях НВЧ) в безперервному режимі і до декількох МВт в імпульсному режимі роботи.

У ЛБВО малої та середньої потужності застосовують спіральні уповільнюють системи, в потужних ЛБВО - ланцюжка пов'язаних резонаторів.

ККД

Електрони, пролітаючи крізь уповільнює систему, віддають частину своєї кінетичної енергії НВЧ полем, що призводить до зменшення швидкості електронів. Але при цьому порушується умова фазового синхронізму V eV ф. Звідси випливає основне обмеження ККД ЛБВО, пов'язане з неможливістю віддачі всій кінетичної енергії електронів СВЧ полю: електронні згустки зміщуються з області гальмуючого поля в область ускоряющего.

Нижня межа швидкості електронів визначається фазовою швидкістю уповільненою хвилі. Тому величина ККД повинна бути тим більше, чим значніше перевищення початкової швидкості електронів над фазовою швидкістю хвилі в замедляющей системі. Однак при збільшенні рассінхронізма погіршується групування на вхідному ділянці замедляющей системи і різко зменшується коефіцієнт підсилення. Таким чином, вимоги максимального ККД і високого коефіцієнта підсилення в ЛБВО виявляються суперечливими.




ПІДСИЛЮВАЧ НА лампи біжучої хвилі
ТИПУ Про



П
Р06-09
ервічное застосування




Довідковий №




Копіював: Формат А4

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Курносов А.




Пров.

Ізотов А.В.













Н.контр.







Утв.







160100 ДО 210301 Д


4

Листів


Лист


Літ.

Р06-09


Підпис і дата




Інв. № дубль.




Натомість. інв. №




Підпис і дата




Інв. № підлий.





Навчальний матеріал
© uadoc.zavantag.com
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації