3.1.2. Самовозбуждение колебаний

Возбуждение колебаний в резонаторе отражательного клистрона происходит при условии, что потенциал отражателя соответствует рабочей зоне. При включении клистрона в результате прохождения фронта электронного потока возбуждается электромагнитное поле в резонаторе, которое модулирует поток, проходящий через зазор. Если выполняется фазовое соотношение (3.1), колебания в резонаторе нарастают, в результате усиливается скоростная модуляция и группирование электронов потока в сгустки.

Существует, однако, оптимальное значение модулирующего напряжения, при котором сгусток приобретает наибольшую плотность в момент возвращения в зазор резонатора. Дальнейшее возрастание переменного напряжения на зазоре резонатора приводит к тому, что наибольшая плотность сгустка достигается в пространстве группирования до прихода его в зазор, при этом передача энергии от потока к полю резонатора уменьшается. Качество группирования оценивается параметром группирования который определяется соотношением:

, (3.3)

где – коэффициент взаимодействия электронного потока с полем в зазоре резонатора,– амплитуда переменного напряжения на зазоре,– ускоряющее напряжение,– рабочая круговая частота,– время пролета электронов в пространство группирования, определяемое по (3.2). Оптимальному сгустку соответствует значение параметра группирования= 1,84. Соотношение (3.3) определяет значение амплитуды переменного напряжениякоторая устанавливается на зазоре резонатора при данном времени пролета . Поскольку время пролета уменьшается с уменьшением номера зоны генерации, наибольшая амплитуда и выходная мощность получаются для нулевой зоны. Реально отражательные клистроны, особенно в коротковолновой части сантиметрового диапазона, работают в высших зонах, так как для получения нулевой зоны требуется слишком большое отрицательное напряжение на отражателе.

3.2. Конструкция отражательного клистрона

Один из вариантов конструкции металлического отражательного клистрона приведен на рис. 3.4. Здесь: 1 – блок катода, 2 – резонатор, 3 – отражатель, 4 – коаксиальный вывод энергии, который служит элементом связи, возбуждающим колебания в волноводной линии, 5 – настроечный винт, 6 – дугообразные пружины, 7 – стойка, 8 – штенгель, 9 – октальный цоколь. Механическая перестройка частоты производится винтом 5, который с помощью пружины 6 перемещает верхнюю стенку объемного резонатора, выполненную в виде гибкой диафрагмы. В результате изменяется объем полости резонатора и его рабочая частота.

3.3. Описание измерительной установки

Принципиальная схема установки для исследования отражательного клистрона (рис. 3.5) включает в себя отражательный клистрон1, блок питания 2, линию передачи 3, измеритель малой мощности 4, волномер 5, детекторную секцию 6, осциллограф 7. Установка позволяет измерить мощность и частоту генерируемых отражательным клистроном колебаний при различных значениях напряжений на резонаторе и отражателе. Применение осциллографа дает возможность наблюдать зоны генерации отражательного клистрона при подаче на отражатель пилообразного напряжения. Детально описание работы на измерительной установке приведено в «Инструкции по включению установки и проведению измерений».