как отношение выходной мощности к падающей входной, второй - как отношение выходной мощности к проходящей входной (равной разности мощностей падающей и отраженной волн). Различия между ними нет лишь в случае идеально согласованной входной цепи. Максимальный коэффициент усиления получают при малых входных сигналах и синхронной настройке резонаторов (кривая а на рис. 10.7). Он будет тем больше, чем эффективнее процесс группирования. Процессу группирования электронов препятствуют силы взаимного отталкивания электронов - силы пространственного заряда, Особенно сильно сказывается действие пространственного заряда в двухрезонаторном клистроне, а котором велико расстояние между резонаторами. Здесь коэффициент усиления по падающей мощности не превышает 15 дБ. Действие поля холостых резонаюров улучшает группирование. Добавление каждого холостого резонатора увеличивает коэффициент усиления примерно на 20 дБ. Поэтому для клистрона, содержащего N резонаторов, коэффициент усиления

К\Ъ + 20 {N - 2), где К - в дБ.

Рис. 10.8 Сдвиг фаз между переменными напряжения-

ми на выходе и входе клистрона велик и может достигать сотен или тысяч градусов. Вид фазочастотной характеристики клистрона, т. е. зависимости изменения сдвига фаз Аф от изменения частоты усиливаемых колебаний А/* (рис. 10.8), определяется формой фазочастотной характеристики резонаторов и зависит от их настройки. Линейность характеристики сохраняется в пределах малых А/. На величину Аф влияют напряжение и входная мощность.

Напряжение Е влияет на сдвиг фаз между t7i и V (см. рис. 10.5). С увеличением Eq растут скорость движения э.чектронных сгустков в клистроне и угол наклона прямых к оси t. В результате уменьшается сдвиг фаз ,eждy и U< на входном и холостом резонаторах. Эти рассуждения можно повторить и для последующих резонаторов. Таким образом, с ростом анодного напряжения уменьшается вносимый усилителем сдвн! фаз. Сдвиг фаз возрастает на 6-12° при уменьшении Ео на 1%.

Уровень входной мощности влияет на среднюю скорость движения электронов. В § 10.2 было показано, что средняя скорость движения электронов после входного резонатора незначительно возрастает, на что расходуется энергия ВЧ-поля. Чем больше напряжение между сетками резонатора, тем выше средняя скорость движения электронов и тем меньше вносимый сдвиг фаз.

Рассмотрим особенности эксплуатации клистронов. При усилении гармонических колебаний и сигналов с фазовой или частотной модуляцией мощность возбуждения выбирают с учетом полу-

* Изменение частоты Л/ при синхронной н.стройке соотретствует абсспют-кой расстройке резонаторов относительно их собстрснной частоты /о- М = f - /о-

SMiT

чения максимума выходкой мощности и к. п. д. Усиление АМ-колеба-ний происходит на линейном участке амплитудной характеристики, где не достигается максимальный к. п. д. В отсутствие возбуждения коллектор клистрона нагревается наиболее сильно.

Искажения сигналов в клистроне возникают из-за неравномерности амплитудно-частотной, нелинейности фазочастотной и амплитудной характеристик, а также амплитудно-фазовой конверсти* - зависимости сдвига фаз от входной мощности. При усилении АМ-колебаний эта завнси1МОСть приводит к возникновению паразитной угловой модуляции и, CJeдoвaтeльнo, к до-полнительньн нелинейнььм искажениям.

А.мплитудная и фазовая модуляции в усилительных клистронах осуществляются изменением напряжения Eg. Импульсньй режим работы создается при импульсной модуляции в цепи резонаторов. При изменениях напряжения Ео изменяется сопротивление, вносимое электронным потоком во входной резонатор, а также входное сопротивление клистрона и согласование входной цепи. Во избежание

нежелательного влияния отраженной мощности на работу предыдущего каскада предусматривают развязку каскадов с помощью фер-ритового вентиля.

Особое внимание при конструировании усилителя на мощном клистроне уделяется согласованию клистрона с линией и линии с нагрузкой. Плохое согласование может не только уменьшить мощность в нагрузке, но и привести к росту напряженности электрического поля и возникновению разряда вблизи фланца выходного волновода пли окна** клистрона. Разрушение диэлектрика в окне приводит к потере вакуума и выходу клистрона из строя.

Напряжения и режим охлаждения клистрона устанавливают в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя. На рис. 10.9 показана упрощенная схема подключения источников питания к четы-рехрезонаторному*** клистрону. Фокусировку электронного луча осуществляют с полющью внешнего электромагнита ЭМ (фокусировка продольным магниттшгм полем) и фокусирующего электрода (электростатическая фокусировка). Питание фокусирующих цепей происходит от источников с напряжениями и Еф. Резонаторный блок прибора

Рис. 10.9

* Конверсия - преобразование

** Клистрон является электровакуумным прибором. В выходном волновода Клистрона находится окно, закрытое диэлектриком и препятствующее проникновению воздуха внутрь баллона

*** Цифра 2 указывает число холостыл реоч ii>..poB.

(резонаторы и пролетные трубы) вместе с высокочастотным трактом заземЛ5!ется для создания условий безопасной работы. Высокое напряжение Ео прикладывают между катодом и корпусом. В цепи питания подогревателя мощного клистрона (цепи накала И) предусматривают ограничение тока в момент включения цепи накале, таи как сопротивление холодного подогревателя мало. С помощью источника напряжения Е постепенно увеличивают постоянное наиржение на резонаторах, Стабильность напряжений источиинов питав я фокусирующих цепей должна быть высокой, чтобы подаерживать относительно малый ток в цепи ре,зонаторов или ток корп /нор, вьшван-ный оседанием электронов, и не допустить перегрева элементов блока. В схему включают устройства блокировки и заш,иты кли-строна. Устройство защиты отключает анодное напряжение при оталонении напряжений и токов фокусирующих цепей Еф, /ф от заданных значений или увеличении тока /кор. ухудшении условий охлаждения, большой напряженности ВЧ-поЛя или возникновении разового разряда в выходном волноводе. Последовательность включения питающих напряжений также обеспечивает защиту юшстрона. В частности, в клистроне нельзя допустить бомбап;ировки электронам сеток резонаторов и сеток пролетных труб. Поэтому придерживаются такой последовательности включения источников питания: сначйла включают цепи охлаждения и фокусировки, затем подают иа ряжение на подогреватель, после чего постепенно создают на резонаторах напряжение £о- Выключение клистрона происходит в обратной последовательности.

§ 10.5. Механизм и способы усиления поля СВЧ в приборах бегущей волны типа О

ЛБВО и ЛОВО основаны на длительном взаимодействии электронного потока с полем СВЧ. Пусть вдоль некоторого волновода в направлении г одновременно распространяются электромагнитная волна (ЭМВ) и электронный поток (ЭП).

В волноводах могут существовать различные типы волн. Допустим, что электрическое СВЧ-поле бегущей волны имеет продольную составляющую (направленную параллельно г), вшяющую на скорость электронов. Если ее направление противоположно напраьдению оси г, то поле ускоряет движение электронов, если ее направление совпадает с осью г, ю поле тормозит двии<сние электронов

Пусть скорость движения электронов Уд. Движение ЭМВ характеризуют фазовой и групповой скоростями. Фазовой скоростью Уф называют скорость перемещения фазы или состояния ноля. Например, существует скорость перемещения состояния, в котором напряженность тормозящего поля максимальна Групповая скорость - скорость распространения энергии.

В процессе взаимодействия бегущей ЭМВ и ЭП может произойти усиление поля. Для того чтобы выяснить механизм и условие получения усиления, определим характер движения электронов в поле при