Обратная пространственная гармоника
Cтраница 3
Нами рассмотрено качественно взаимодействие электронноге потока с прямой бегущей волной. Учитывая, что в замедляющей системе распространяется большое количество прямых и обратных пространственных гармоник, в лампе бегущей волны может осуществляться взаимодействие с любой из прямых и обратных гармоник. Правда, продольная составляющая электрического поля этих гармоник меньше поля основной ( первой) гармоники, однако в ряде случаев, в частности в миллиметровом диапазоне, прибегают к работе на высших пространственных гармониках, фазовая скорость которых ниже фазовой скорости основной волны. Последнее дает возможность снизить необходимую скорость электронов и, следовательно, величину ускоряющего напряжения. Кроме того, при этом оказывается возможным существенно увеличить геометрические размеры замедляющей системы, которая в миллиметровом диапазоне при работе на основной волне получается чрезмерно малой, что затрудняет теплоотвод и технологию изготовления замедляющей системы. [31]
Для фокусировки электронного потока используется соленоид или постоянный магнит. В отличие от ЛБВ, ( электронный поток взаимодействует с одной из обратных пространственных гармоник бегущей волны, которая, как нам известно из § 4.1, характеризуется тем, что ее фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления. [32]
При выполнении таких же условий, как в ЛБВМ, электрон при отсутствии СВЧ-поля двигается по окружности ( или по прямой линии при плоских электродах) и попадает на коллектор. При выполнении условия синхронизма (5.22) - равенстве переносной скорости электронов и фазовой скорости обратной пространственной гармоники и токе пучка, большем пускового, в ЛОВМ возникают колебания. У коллекторного конца лампы расположен поглотитель, который поглощает энергию, отраженную от выходного устройства, если согласование в нем недостаточно хорошее. [33]
Физические процессы взаимодействия электронов с волной: модуляция скорости, процесс группировки, передача кинетической энергии полю и др. - в лампе обратной волны протекают так же, как и в ЛБВО. Отличие заключается лишь в том, что в ЛОВО электронный поток взаимодействует с обратной пространственной гармоникой. Это отличие, кажущееся, на первый взгляд, незначительным, имеет принципиальное значение. Использование электронного потока, движущегося навстречу потоку электромагнитной энергии, и обеспечивает ту положительную обратную связь, без которой невозможна работа автогенератора. [34]
Физические процессы взаимодействия электронов с волной: модуляции скорости, процесс группирования, передача кинетической энергии полю и др. в лампе обратной волны протекают так же, как и в ЛБВ. Отличие заключается лишь в том, что в ЛОВ электронный поток взаимодействует с обратной пространственной гармоникой. Это отличие, кажущееся на первый взгляд незначительным, имеет принципиальное значение. Использование электронного потока, движущегося навстречу потоку электромагнитной энергии, и обеспечивает ту положительную обратную связь, без которой невозможна работа автогенератора. Условным входом генератора на ЛОВ можно считать коллекторный конец ее замедляющей системы, ибо электромагнитная энергия переносится волной, от коллектора к выходу, расположенному у электронной пушки. Электронный поток, движущийся от выхода ко входу, служит, таким образом, не только носителем энергии, но и представляет собой своеобразную цепь обратной связи. На рис. 3 - 11 показаны кривые изменения переменной составляющей электронного тока и амплитуды продольной составляющей поля электромагнитной волны вдоль замедляющей системы. В начальной части замедляющей системы протекает процесс формирования электронных сгустков. [35]
 |
Внешний вид платино-трона. [36] |
Как и в магнетроне, эти приборы имеют цилиндрические катоды, замкнутые кольцевые электронные потоки и структуры, образованные полыми резонаторами. Но в отличие от магнетронов они, как и ЛОВ, имеют разомкнутые структуры и работают на обратной пространственной гармонике поля. [37]
Если fcri 0 ( п 0), то гармоники имеют фазовую скорость, направленную одинаково с групповой ( vrp 0), и называются прямыми пространственными гармониками. Используя концепцию пространственных гармоник, дискретное по своей природе взаимодействие электронного потока с ВЧ полем можно с определенной степенью точности заменить рассмотрением непрерывного взаимодействия электронов с одной ( синхронной) обратной пространственной гармоникой поля. [38]
Фазовые условия (4.2) используют и для определения частоты генерируемых колебаний в различных зонах, если известна дисперсия фазовой скорости обратной пространственной гармоники. Зависимость частоты генерируемых колебаний от ускоряющего напряжения называют электронной перестройкой частоты. Так как дисперсия фазовой скорости обратных пространственных гармоник аномальная, то увеличение иф. Другими словами, увеличение U0 должно сопровождаться ростом частоты колебаний. [39]
Сигнал, подлежащий усилению, подводится через входную линию к замедляющей системе. При распространении электромагнитной волны от входа к выходу осуществляется, как и в любой замедляющей системе, ее замедление. Вдоль окружности системы образуется бегущее поле обратной пространственной гармоники волны, и в резонаторах наблюдается чередование ускоряющих и тормозящих областей высокочастотного электрического поля. Иначе говоря, фаза колебаний в двух соседних резонаторах отличается на некоторый угол 6, величина которого зависит от частоты усиливаемых колебаний и параметров замедляющей системы. В общем случае угол 6 / я и при любой величине в, если только длина Я в замедленной волны меньше длины I замедляющей системы ( что всегда выполняется), по окружности системы наблюдается периодическое чередование ускоряющей и замедляющей фаз электрического поля. [40]
Электроны группируются в сгустки, которые расположены в области тормозящего поля, и отдают при торможении часть своей кинетической энергии электромагнитной волне. В результате группировки в электронном потоке возникает волна, бегущая слева направо со скоростью ve и с фазовой постоянной ре ( о / ае. Групповая скорость этой волны отрицательна, так как она направлена противоположно групповой скорости первой обратной пространственной гармонике. Следовательно, условие (4.45) будет выполняться в полосе частот, так как групповые скорости в замедляющей системе и электронном потоке по величине равны и противоположны по знаку. [41]
Генераторные ЛОВ отличаются от усилительных тем, что не имеют высокочастотного вход. ЛОВ, располагается у электронной пушки. ЛОВ характеризуются сильной внутренней обратной связью через электронный пучок, который эффективно взаимодействует с обратной пространственной гармоникой, вызывая увеличение энергии волны по мере ее движения вдоль замедляющей системы. Если усиление будет достаточным для компенсации потерь в системе, то в лампе возникнут колебания, частота которых будет зависеть от ускоряющего напряжения. [42]
Необходимо отметить, что нельзя смешивать обратную волну с волной, отраженной от выходного конца замедляющей системы. Отраженная волна не может взаимодействовать с электронами, так как фазовая скорость такой волны противоположна по направлению скорости электронов. В ЛОВ возможно взаимодействие даже если обеспечено идеальное согласование замедляющей системы на обоих концах. Принципиальным является наличие обратных пространственных гармоник, приводящих к появлению внутренней положительной обратной связи. [43]
Дополнительная электронная - оку-сировка осуществляется продольным магнитным полем длинной i ценней катушки ( соленоида С) или системы постоянных магнитов. Обычно коллектор, замедляющая система и первый анод соединены между собой. Замедляющая система предназначена для замедления фазовой скорости электромагнитного поля с целью обеспечения взаимодействия электронного потока с бегущей волной. На рис. 10.23 показана замедляющая система типа встречные штыри, в которой относительно велики амплитуды обратных пространственных гармоник. [44]
По существу, из-за очень узкой полосы и высокого коэффициента усиления это был электрически перестраиваемый активный фильтр. После доклада к Компфнеру и Вильямсу подошел Бернард Эпштейн из CSF ( Франция) и рассказал, что он и другие исследователи создали Лампу со скрещенными электрическим и магнитным статическими полями, в которой реализуется взаимодействие электронов с ВЧ полем обратной пространственной гармоники. [45]
Страницы: 1 2 3 4