лооных, является спиральная линия (рис. 10.13, б). Электромагнитное поле проходит по виткам спирали за одно и то же время больший путь, чем вдоль оси г. ЭП чаще всего направлен вдоль оси спирали. В мощных ЛЕВ иногда используют замедляющую систему, состоящую из связанных резонаторов (рис, 10.13, в). Каждая ячейка этой системы напоминает клистронный резонатор. Связь между резонаторами происходит через широкие щели в стенках. ЭП направлен так же, как в клистронах. Уменьшение скорости передачи энергии поля вдоль оси г

вызвано конечным временем поочередного возбуждения колебаний в резонаторах.

Характер взаимодействия поля с ЭП в коленчатом волноводе и реальных замедляющих си-

Нагрузка.

стемах аналогичны. В первом случае взаимодействие происхо-Рис. 10.14 дит периодически в те интерва-

лы времени, когда электроны движутся внутри волновода и встречаются с полем. Во втором случае взаимодействие также происходит периодически, так как сами структуры и форма поля периодичны в пространстве. На равном расстоянии расположены штыри и стенки резонаторов. Как показывает анализ, в таких замедляющих системах может существовать лишь несинусоидальное нространственно-периодическое поле, которое может быть представлено с помощью ряда Фурье в виде бесконечной суммы пространственных гармоник. Такие гармоники представляют собой гармонические во времени и пространстве волны, обладающие различными фазовыми скоростями и амплитудами, но единой групповой скоростью. Различают прямые (ПГ) и обратные (ОГ) гармоники. Фазовые скорости ПГ совпадают по направлению с групповой скоростью. Фазовые скорости ОГ направлены в противоположную сторону (рис. 10.14). Изменяя направление ЭП и выбирая значения скорости электронов из условия синхронизма с ПГ или ОГ, можно получить усиление поля способами прямой и обратной волн Оба способа нашли широкое применение, в частности способ прямой волны используют в ЛЕВ, а способ обратной волны - в ЛОВ.

§ 10.6. Лампы бегущей волны типа О

На рис. 10.15 показано устройство ЛБВО. Подогреватель /, катод 2, фокусирующий или управляющий электрод 3, первый 4 и второй 5 аноды входят в состав электронной пушки Конструкция электронной пушки обеспечивает возможность предварительной электростатической фокусировки электронного луча, а также регулирования его тока изменением напряжения между катодом 2 и управляющим электродом 3. Фокусировка ЭП предотвращает попадание электронов, движущихся с большой скоростью, на элементы замедляющей системы 6 (спираль) и ее нагревание. Кроме того, фокусировка улучшает эффективность взаилюдействия ЭП с ВЧ-полем. Последующая

фокусировка электронного луча осуигествляегся продольным маг-ЛИ1НЫМ полем, создаваемым с помонгыо внешнего электромагнита (соленоида С), или периодическим магнитным полем системы постоянных магнитов, установленных заводом-изготовителем внутри лампы. В последнем случае ЛБВ называют пакетированной. Поскольку в процессе работы коллектор 8 подвергается электронной бомбардировке, следует обеспечить отвод тепла от него. Охлаждение коллектора,

Рис. 10.15

соединенного с внешним радиатором, может быть воздушным или жидкостным Замедляющая снс1екш 6 уменьшает фазовую скорость поля до значения, равного скорости ЭП. Усиление поля в направлении оси г достигается способом прямой волны. В этом же направлении в результате процессов группирования увеличивается амплитуда первой гармоники в токе/i (рис. 10.16) При взаимодействии электронов с полем за счет влияния электронного луча изменяются параметры замедляющей системы, что приводит к ее рассогласованию и появлению отраженной волны. Такие волны могут возникнуть и в результате плохого согласования замедляющей системы с линией и линии с нагрузкой. Поле, движущееся в направлении, противоположном оси 2, может вновь отразиться от начала замедляющей системы

н попасть на вход усилителя. Таким образом в ЛБВ возникает обратная связь, которая может вызвать самовозбуждение усилителя. Для уменьшения вероятности самовозбуждения служит поглотитель СВЧ-поля 7 (см рис. 10.15). Поглощающее графитовое покрытие наносится на кварцевые стержни, поддерживающие спираль.

Выбор типа ЛБВ осуществляют по следующим электрическим параметрам: рабочему диапазону частот, выходной мощности, к. п. д , коэффициенту усиления и напряжению на электродах.

Рис. 10.16

Рис. J0.17

Рабочий диапазон частот и ширину полосы пропускания определяют при тех же условиях, что и для усилительного клистрона (см. § 10.4). Ширину полосы пропускания находят по амплитудно-частотной характеристике (рис. 10.17, а). Изменение частоты возбуждения обусловливает изменение фазовой скорости рабочей пространственной гармоники (рис. 10.17, б). Усиление поля возможно при Уф внутри области допустимого рассинхронизма (заштри.хована

на рисунке). При изменении ускоряющего напряжения Ео. влияющего на скорость Уо, иногда происходит электронная перестройка рабочего диапазона частот: изменяется положение интервала частот, в пределах которого выполняется условие допустимого рассинхронизма. В широкополосных лампах, где зависимость Уф от частоты мала, электронной перестройки не происходит, а ширина полосы пропускания зависит от качества согласования замедляющей системы с волноводным трактом. Относительная ширина полосы пропускания для спиральной замедляющей системы не превышает 30%. В мощных лампах, где в качестве замедляющей системы используют связанные резонаторы, нерав-нзмер1юсть частотной характеристики получается больше, а ширина полосы пропускания - в два-три раза меньше.

Алшлитудная . характеристика ЛБВО-зависимость выходной мощности Рвых от входной мощности Рвх

(рис. 10.18) - аналогична амплитудной характеристике усилительного клистрона, С ростом Рвх увеличивается напряженность поля, осуществляющего группирование и торможение электронов, растет энергия, передаваемая полю, а также выходная мощность. При больших значениях выходной мощности группирование электронов и уменьшение их средней скорости происходят настолько быстро, что в конце замедляющей системы (в плоскости выходного волновода) не выполняется условие синхронизма для поля первой гармоники (Уо < Уф), Большая часть электронов оказывается в ускоряющем поле; электроны увеличивают свою скорость и отбирают энергию от поля СВЧ. При этом на выходе лампы уменьшается мощность первой гармоники и возрастает содержание высших гармоник.

На рис. 10.18 римскими цифрами обозначены области: максимального усиления (область /), максимальной мощности (область ) и нелинейного режима (область /). Значения выходной мощности, указываемые для импульсных ЛБВ и ламп непрерывного действия, соответствуют обласи! . Существуют и двухрейИ)лшые ЛБВ, преднаэ-

Рис. 10.18