ми, предъявляемыми к замедляющим системам, являются: уменьшение скорости распространения электромагнитной волны до скорости электронов и создание продольной составляющей электрического поля, способной взаимодействовать с электронным потоком. При реально используемых ускоряющих напряжениях Uo порядка сотен или тысяч вольт скорость движения электронов Ve не превышает сотых или десятых долей от величины скорости света с. Поэтому коэффициент замедления системы Кз = с/юф должен быть порядка /Сз = 5-50.

Для работы в приборах с длительным взаимодействием чаше всего используются широкополосные замедляющие системы, показанные на рис. 8.7, И узкополосные замедляющие системы, показан-

Рис. 8.7. Широкополосные замедляющие мы электронных ров СВЧ: - спираль; б ->гребенка; в - ввтречные штыри

ные на рис. 8.8. Спираль (рис. 8.7, а) можно рассматривать как коаксиальный волновод с внутренним спиральным проводом. Известно, что электромагнитная волна распространяется в коаксиальной линии с прямолинейным центральным проводом со скоростью света с. Если центральный проводник изготовить не прямолинейным, а в виде спирали, то электромагнитная волна, распространяясь со скоростью света вдоль проводника, будет последовательно обходить витки спирали. При таком движении электромагнитной волны ее скорость распространения вдоль оси спирали будет меньше скорости света во столько раз, во сколько раз общая длина спирали меньше длины проводника, из которого она изготовлена.

Рис. 8.8. Уэкополссные замедляющие юистемы электронных .приборов СВЧ:

л - щелевые; б - щель-ютверстие; е - лопаточные

Внутри спираль имеет электрическую составляющую СВЧ поля, направленную вдоль оси. Обычно эта составляющая используется для взаимодействия с электронным потоком, движущимся также вдоль оси внутри спирали. Гребенку (рис. 8.7,6) и встречные штыри (рис. 8.7, в) в первом приближении можно рассматривать как двухпроводные линии. Электромагнитные волны, распространяясь по изгибам таких отиний, удлиняют свой путь, и скорость распространения электромагнитной волны вдоль оси системы уменьшается.

Замкнутые замедляющие системы (рис. 8.8) представляют собой систему резонаторов, возбуждаемую на тех частотах, на которых по окружности резонансной системы укладывается целое число длин волн. В системах рис. 8.7 6, в и 8.8 продольные составляющие электрического поля имеются у краев вырезов (выступов), рядом с которыми проходит электронный поток.

r-ff 5

Выход

Uo

8.4. ПРОЛЕТНЫЕ КЛИСТРОНЫ

Клистроном называется СВЧ прибор, в котором преобразование электронного потока из постоянного в переменный происходит путем модуляции скоростей электронов СВЧ полем и последующей группировки электронов в сгустки в пространстве, свободном от СВЧ поля. Клистрон, в котором электроны последовательно пролетают сквозь зазоры резонаторов, называется пролетным [34]. Пролетные клистроны используются для усиления, генерирования и умножения частот СВЧ колебаний. Принцип действия пролетного клистрона основан на кратковременном взаимодействии электронов

с высокочастотным электрическим полем резонаторов. Б качестве колебательных систем в пролетных клистронах используются два или более резонаторов. На рис. 8.9 показано устройство и схема питания двухрезона-торного пролетного клистрона. Первый резонатор 2 клистрона служит для модуляции скорости электронного потока 3. Второй резонатор 5 забирает высокочастотную энергию пучка, имеющего модуляцию по плотности.

Между резонаторами располагается труба дрейфа 4, .в которой происходит группирование и модуляция по плотности модулированного ио скорости электронного пучка. Металлическая труба дрейфа экранирует пространство дрейфа от внешних электрических полей. На рабочей частоте труба дрейфа обладает свойствами запредельного волновода и препятствует установлению обратной связи между выходом и входом клистрона.

Максимально достижимая глубина модуляции в двухрезона-торном клистроне ограничена явлением электростатического расталкивания электронов в пучке. Использованием трех и более резонаторов можно добиться значительного увеличения глубины модуляции пучка по плотности и тем самым увеличить усиление, КПД и полосу рабочих частот клистронов. На рис. 8.10 показан чертеж общего вида трехрезонаторного клистрона.

Выходной резонатор 4 всегда настраивается на частоту выходного сигнала. Если клистрон усилительный, то частота настройки

Вход

Рис. 8.9. Двух.резонаторный прожгиый клистрон:

/ - катод; 2 - входной резонатор; 3 - электронный пучок; 4- труба дрейфа; 5 - выходной резонатор; 6 - коллектор

входного2 и выходного 4 резонаторов одинаковы. В умножитель-ных клистронах выходной резонатор настраивается на частоту заданной гармоники входного сигнала.

Для того чтобы клистрон работал в режиме генератора с самовозбуждением, создается внутренняя или внешняя цепь обратной

.......а

i 70 \ 2

Рис. 8.10. Трехрезонатарный пролетный клистрон на большую мощиостьг

/ - катод; 2, 3, 4 - входной, промежуточный и выходной резонаторы; 5 - коллектор; 6 -пролетные трубы; 7 - выходное окно; 8 - механизм настройки; 9 - керамическая труба

10 - входное окно

связи. Внешняя цепь обратной связи обычно состоит из фазовращателя - для подбора баланса фаз и аттенюатора - для установления баланса амплитуд. В цепь обратной связи нередко включается резонатор, настроенный на рабочую частоту клистрона и способствующий повышению стабильности частоты генерируемого сигнала.

Рассмотрим основные параметры и характеристики пролетных клистронов.

Коэффициент усиления двухрезонаторного клистрона не удается получить более 10-15 дБ. Ориентировочно максимальный коэффициент усиления (в дицебелах) для Л-резонаторного клисторона равен

К=\Ъ + 20{Ы~2). (8.4)

Получить коэффициент усиления многорезонаторного клистрона более 60 дБ трудно из-за паразитных обратных связей и самовозбуждения колебаний. На рис. 8.11, а приведена амплитудная характеристика двухрезонаторного клистрона, из которой видно, что при малых сигналах (область /) клистрон представляет собой линейное устройство. В области наступает насыщение и коэффициент усиления Ку уменьшается (см. рис. 8.11,6), но выходная мощность продолжает расти.

Выходная моиность зависит от тока электронного пучка, ускоряющего напряжения, мощности входного сигнала и настройки резонаторов. Ускоряющее напряжение подбирается таким, чтобы обеспечить оптимальное группирование электронного пучка в области выходного резонатора.

Максимум характеристики рис. 8.11, а соответствует оптимальным условиям группирования. Дальнейшее увеличение входной