книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

ного действия, рассчитанные на различные уровни мощ* ности. Значения к. п. д. указаны минимально допустимые с учетом потребления по накалу и соленоиду. В тех слу­ чаях, когда используются для фокусировки постоянные

Р,к!ш

Рис. 3.44. Диаграмма распределения импульсных ЛБВ по выходной мощности в диапазоне частот.

магниты, ЛБВ имеет уменьшенные габариты и, естест­ венно. 'больший общий коэффициент полезного действия.

Приведенные выше данные относятся только к ЛБВ с шириной полосы пропускания, соответствующей пере­ крытию по диапазону не менее 1:2. Для более узкопо­ лосных ЛБВ к. п. д. достигается более высоким и может быть получен в 10-см диапазоне для ЛБВ с выходной мощностью 100— 1000 вт .порядка 20—25% [35].

162

Область применения усилительных ЛБВ импульсного действия по диапазону частот совпадает с ЛБВ непре­ рывного действия и простирается для промышленных образцов от 250 до 1|2 000 Мгц. Выходная мощность им­ пульсных ЛБВ составляет от 1 вт до 3—10 Мет в им­ пульсе [27].

Диаграммы распределения импульсных ЛБВ по вы­ ходной мощности и диапазону частот показаны на рис. 3.44, а данные приборов приведены в табл. 3.8.

Т а б л и ц а 3.8

Основные данные промышленных импульсных ЛБВ

Зависимость выходной мощности и к. п. д. от часто­ ты для импульсных ЛБВ показана на рис. 3.45. Эти зависимости позволяют оценить полосу пропускания ЛБВ ■при различных значениях анодного напряжения.

Применение импульсных ЛБВ, по сравнению с други­ ми мощными приборами, оказывается целесообразным в тех случаях, когда необходимо получить 'более широ­ кую полосу пропускания при высоком значении коэффи­ циента усиления. Особенно это ценно для промежуточ­ ных каскадов .передающих устройств, а также в аппа­ ратуре, для которой не предъявляются высокие требова­ ния по к. п. д.

Ptux. кВт

Рмс. 3.45. Графики за­ висимое т е й в ы х о д и о й мощности и к. п. д. от частоты для импульсн ы х

ЛБВ.

164

Мощные пролетные клистроны импульсного и непрерывного действия

Пролетные клистроны относятся в основном к уси­ лительным и реже к генераторным приборам сверхвы­ соких частот, в которых используются инерционные свойства электронов для группирования их в электрон­ ном потоке и эффективного взаимодействия с высокоча­ стотными полями резонаторов. Клистроны конструиру­ ются с двумя, тремя и большим числом резонаторов, пронизываемых электронным потоком (пучком). По­ следний формируется мощной электронной пушкой и фокусируется обычно магнитным полем.

В пространстве между резонаторами (пространстве дрейфа) электронный поток, модулированный по ско­ рости входным резонатором, группируется по плотно­ сти н взаимодействует с электромагнитным полем вы­ ходного резонатора. Энергия высокой частоты отводится из выходного резонатора в нагрузку. Энергия постоян­ ного тока, переносимая электронным потоком, рассеи­ вается на специальном коллекторе, охлаждаемом воз­ духом или жидкостью.

Почти полная независимость работы катода, -резона­ торов и коллектора позволяет создать весьма надежные и долговечные конструкции мощных и сверхмощных кли­ стронов. Этим они отличаются от магнетронов, в -кото­ рых расположение катода и резонаторной системы вы­ зывает большие трудности с рассеиванием тепла и обратной бомбардировки катода электронами.

Однако клистронные генераторы и усилители обла­ дают недостатками по сравнению с магнетронными при­ борами. Главные из них связаны с тем, что пролетные клистроны требуют высоких питающих напряжений, со­ ставляющих десятки и сотли киловольт. Это вызывает сильные рентгеновские излучения, заставляющие при­ менять громоздкие экраны для защиты обслуживающего персонала от вредного воздействия рентгеновских лу­ чей. Кроме того, пролетные клистроны являются прибо­ рами узкодиапазонными, хотя и обладают большими коэффициентами усиления.

Пролетные клистроны допускают перестройку часто­ ты механическим способом, однако это достаточно слож­ но и громоздко. Более перспективно создание широко-

165

полосных пролетных клистронов, конструкции которых получают все большее распространение.

К числу основных достоинств пролетных [Клистронов, преимущественно используемых в передающих устрой-

Р,к8т w orn

ч

V\

V

ч

т

9

1

Рис. 3.46. Диаграмма распределения кли­ стронов импульсного действия по уровню мощности в диапазоне частот [35].

ствах импульсного и непрерывного действия, построен­ ных в виде усилительных цепочек (по каскадному прин­ ципу), можно отнести:

—возможность получения больших мощностей, высо­ кой стабильности ,по частоте, определяемой маломощным задающим генератором;

—большую долговечность;

—высокое значение коэффициента усиления.

166

Рассмотрим в общем виде технические данные про­ летных клистронов импульсного и непрерывного дейст­ вия и некоторые свойства клистронов на примерах кон­ струкций, опубликованных в отечественной и зарубеж­ ной литературе.

На рис. 3.46 показана характерная область примене-

Т а б л и ц а 3.9

Некоторые технические данные усилительных пролетных клистронов импульсного действия

(четырех­

резона­

торный)

167

Йия усилительных пролетных клистройов Импульсного действия по уровню мощности в диапазоне частот.

Основные параметры клистронов приведены в табл. 3.9. Представление о величине питающего анодного напря­ жения для клистронов с различной выходной мощно­ стью может быть получено из графика, показанного на рис. 3.47' (график построен по данным пролетных кли­

стронов, используемых в импульсных передатчиках).

Рис. 3.47. Типичная зависимость выход­ ной мощности от анодного напряжения для импульсных клистронов.

Коэффициент усиления пролетных клистронов с 3—4 резонаторами составляет 30—60 дб, достигая для от­ дельных типов клистронов с 4—5 резонаторами 70—80дб.

Коэффициент полезного действия мощных клистро­ нов составляет от 20 до 40%, уступая по этому парамет­ ру импульсным магнетронам.

Пролетные клистроны импульсного действия широко применяются в радиолокационных станциях и линейных ускорителях.

В системах связи обычных и с применением тропо­ сферного рассеяния радиоволн, а также в радиолока­ ционных станциях с использованием эффекта Допплера большое распространение получили мощные' пролетные клистроны непрерывного действия. Для этих целей при­ меняются, как правило, усилительные клистроны и ред­ ко клистроны-автогенераторы.

163

Характерная область применения усилительных клистронов непрерывного действия по уровню мощно­ сти в диапазоне частот показана на рис. 3.48 [35]. Из этого графика, построенного по данным промышленных образцов клистронов, видно, что полученные уровни средней мощности на клистронах являются более высо­ кими по сравнению с другими приборами СВЧ. На опыт­ ных образцах получены еще более высокие результаты, например, в 3-см диапазоне волн достигнута выходная мощность 20 000 вг [28].

Получение столь высоких средних мощностей оказа­ лось возможным благодаря широкому применению в клистронах высокотемпературной керамики, совершен­ ной технологии и высокого вакуума, созданию высоко-

Рис. 3.48. Диаграмма распределения клистронов непре­ рывного действия по уровню мощности в диапазоне частот.

160

эффективных катодов и удачного разрешения конструк­ тивных задач по отводу тепла от резонаторов.

В дециметровом диапазоне и длинноволновой части сантиметрового диапазона пролетные клистроны, осо­ бенно маломощные, часто выполняются с внешними ре­ зонаторами. Для более коротких -воли резонаторная си­ стема составляет единое целое с электродами, располо­ женными в вакуумной части прч-гбора.

Типичные данные о пролетных клистронах непрерыв­ ного действия с максимальными уровнями мощности приведены в табл. 3.10.

Интересные возможности имеются при конструиро­ вании многолучевых клистронов, обеспечивающих зна­ чительное повышение мощности при пониженных значе­ ниях анодного напряжения. Так, фирмой General Electric (США) (34] сообщается о разработке эксперименталь­ ного усилительного 10-лучевого клистрона 3-см диапа­ зона волн. Клистрон отдает в непрерывном режиме мощ­ ность 32 кет при анодном напряжении 12 кв, имея уси­ ление 46 дб, полосу пропускания 0,5% и к. гь д. 32%. Указывается, что при увеличении числа лучей до не­ скольких десятков можно создать клистрон в 3-см диа­ пазоне со средней выходной мощностью порядка 1 Мет.

За последние годы находят также достаточно широ­ кое применение умножительные клистроны и клистроныавтогенераторы. Некоторые сведения о данных и харак­ теристиках этих видов клистронов приведены в табл. 3.11 3.12 и на рис. 3.49.

Следует отметить, что к клистронам, предназначен­ ным для радиолокационных устройств непрерывного действия с использованием принципа Допплера, предъ­ являются требования малого уровня шумов и жесткие требования к снижению микрофонного эффекта. Срок

данным опытной эксплуатации, имеют средний срок службы порядка 5000 час. При этом надежность систем связи получена около 99,7% [30].

Подобная надежность Достигнута благодаря введе­ нию жестких испытаний клистронов, что сводит к мииц-

170

Т а б л и ц а 3.10

Некоторые данные пр6лс1гных Клистронов непрерывного действия

171