Главная страница  Волноводы миллиметрового диапазона 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [ 56 ] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132

нанса диода на резонансной частоте при низком уровне мощности. Б этом случае малое сопротивление диода с помощью отрезка линии fe=W4 трансформируется в большое сопротивление в месте соединения. Емкостным винтом устанавливается Ск так, чтобы наступил параллельный резонанс диода на рабочей частоте при высоком уровне мощности, что приведет к росту сопротивления диода, которое трансформируется в малое сопротивление в месте соединения.

Подобные конструкции диодных ограничителей обеспечивают в сантиметровом диапазоне затухание в режиме ограничения порядка 20 дБ. При необходимости увеличить затухание используют два последовательно включенных ограничителя.

Включение полупроводниковых элементов в прямоугольный волновод. Элементы типа pin-диодов включаются в волновод с помощью щтырей либо выступов, являющихся эквивалентными ин-дуктивностями, которые соединяются в линию последовательно с емкостью полупроводниковой структуры. Разновидностью включения pin-диода является использование в месте включения низко-омных Н-образных волноводов, что обеспечивает получение индуктивности порядка 0,12 нГн. Широкое распространение получил способ включения полупроводникового элемента в центре резонансной диафрагмы, что позволяет на резонансной частоте полностью скомпенсировать емкость pin-элемента.

Глава 8

Электронные приборы СВЧ

8.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Электронные приборы СВЧ в радиоаппаратуре выполняют функции генераторов, усилителей, детекторов, умножителей частоты, смесителей СВЧ сигналов и др. При значительном увеличении частоты электрических колебаний электрические параметры и характеристики обычных электронных приборов (диодов, триодов, пентодов, транзисторов) существенно ухудшаются, что ограничивает применение этих приборов в высокочастотной области. Основные причины этих ухудшений следующие:

инерция электронов, определяющая их конечное время пролета и затрудняющая управление электронным потоком в приборе;

паразитные емкости и индуктивности элементов конструкций, влияющие на величины входных, проходных и выходных сопротивлений, и в итоге на максимальную частоту и полосу рабочих частот прибора;

увеличение потерь энергии в элементах конструкций за счет скин-эффекта и излучения, которые уменьшают коэффициент усиления и коэффициент полезного действия прибора.



Преодолевая возникающие затруднения, развитие электровакуумных приборов происходило, в основном, по пути разработки новых принципов и конструкций ламп, которые исключали причины частотных ограничений, имеющиеся в обычных лампах. Так были разработаны специфичные для диапазона СВЧ приборы, использующие эффекты конечного времени пролета электронов для непосредственной передачи энергии электронного пучка электромагнитному полю колебательной системы. Среди них: лампы бегущей волны (ЛБВ), лампы обратной волны (ЛОВ), клистроны, магнетроны и др. Электровакуумные приборы СВЧ подразделяются на две основные группы, различающиеся направлением и назначением постоянного магнитного поля. К первой группе так называемых приборов типа О относятся лампы, в которых электроны движутся вдоль линий статического электрического поля; магнитное поле или не используется совсем, или применяется только для фокусировки электронного потока и принципиального значения для процесса энергообмена не и.меет. Вторая группа ламп называется приборами типа М и отличается тем, что электроны движутся во взаимно-перпендикулярных (скрещенных) постоянных электрических и магнитных полях по сложным траекториям.

Новые исследования в области физикк полупроводников и развитие технологии способствовали созданию СВЧ транзисторов, варакторных диодов, туннельных и лавинно-пролетных диодов, что позволило создать в диапазоне СВЧ ряд конструкций транзисторных усилителей и генераторов, параметрических усилителей и генераторов, преобразователей частоты, переключателей, генераторов, использующих Эффект отрицательного сопротивления, и др.

8.2. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ СВЧ

Принципы действия электровакуумных приборов СВЧ состоят в создании электронного пучка необходимой формы и плотности, в ускорении электронного пучка с целью приобретения необходимой энергии, в модуляции электронного пучка по плотности и в передаче энергии ускорен- HLr-.v-.i-lj .ного и модулированного по 1пл0тн0сти шучжа -*й i электронов колебательной системе [31-33].

Ускорение электронного пучка. Обратимся к рис. 8.1. Для ускорения электронов пучка 2 используются статические электрические поля, возникающие при приложении между катодом / и ускоряющим электродом 3 шапря-жения f/o источника постоянного тока. Это напряжение создает между электродами /-3 электрическое поле с 1на)пряженно)-стью £о= f/o/d. Если принять, заряд элек-

Рис. 8.1. Схема уоко-рвН1ия электронлого пуша:

1 - катод; 2 - электронный пучок; 3 - ускоряющий электрод



трона е, то это поле будет действовать на электрон с силой Fo= = е£о. Под действием этой силы электроны увеличивают свою скорость Ve, приобретая дополнительную кинетическую энергию:

то t V2 = (8.1)

где Шй - масса электрона.

Подставив в это уравнение значения Шо = 9,1Ь10- кг и е= = 1,6-10- Кл, найдем скорость электронов:

f, = 5.95.10si/f7;. (8.2)

Важным параметром ускоренных электронов, характеризующим влияние инерции электронов на работу прибора, является угол пролета 6, определяемый произведением 2я радиан на отношение времени пролета x=dlve между двумя электродами с расстоянием d к периоду колебаний Т и показывающий изменение фазы напряжения, приложенного между электродами, за время движения электрона между этими электродами. Пользуясь этим определением и уравнением (8.1), найдем

G = 2лт/Г = со dlv = со d/(5,95 1 ОУЩ) (8-3)

Модуляция электронного пучка по плотности осуществляется посредством модуляции скорости электронов с последующим или одновременным преобразованием модуляции по скорости в модуляцию по плотности.

Наиболее распространены два метода модуляции электронного пучка по плотности. Первый из йих основан на кратковременном взаимодействии электронов с СВЧ полем. Схема, поясняющая этот метод, показана на рис. 8.2. Ускоренный электронный пучок 1 входит в зазор 2 между двумя металлическими сетками. К зазору

! Per

О-

>

Elf I ez

Puc. 8.2. Модуляция электроияого пучка по плотности оцри кратжоврвмеННом

изаимодействии:

1 - электронный пучок; 2 - зазор модулирующего устройства; 3 - пространство группиро-

подводится высокочастотное напряжение, создающее переменное электрическое поле, составляющая вектора напряженности которого Ez в течение одной половины периода противоположна направлению вектора скорости электронов Vg, а в течение второй половины периода совпадает с ним. В соответствии с этим электроны, попавшие в зазор во время первого полупериода, ускоряются и увеличивают свою скорость, а во время второго полупериода, на-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [ 56 ] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132

© 2000 - 2024 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.