книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

Линейность этого уравнения подтверждается экспе­ риментальными данными, полученными для клистронов К-27 в интервале температур окружающей среды от +20 до +100° С.

Полагая резонатор выполненным из красной меди (а== 1,6• 10“Б 1/°С) и частоту генерируемых колебаний 10 000 Мгц, температурный коэффициент частоты кли­ строна К-27 определяем согласно выражению (4.4) как

$ ^ — л: 0,16 Мгц{град.

Эта величина температурного коэффициента частоты близка к реально наблюдаемой.

Таким образом, температурный коэффициент часто-

частоты клистрона при изменении температуры окру­ жающей среды.

Однако барометрический и температурный коэффи­ циенты частоты не позволяют в полной мере оценить суммарные уходы частоты клистрона при изменении вы­ соты полета летательного аппарата, так как темпера­ тура баллона и, следовательно, резонатора клистрона зависит от температуры окружающей среды и высоты вследствие изменения условий теплоотдачи.

Рассмотрим выражение для частоты, учитывающее совместное воздействие температуры и давления (высо­ ты) окружающей среды, в виде

202

где

D= Ap\

А— постоянная величина;

р— давление (сила), воздействующее на механизм пере­ стройки частоты;

Учитывая, что приращение частоты от изменения температуры и давления — малая величина, можно пе­ рейти от df к Д/, и тогда выражение (4.14) примет вид

|Л / | = 5 , ( Л < + § Д Н ) + | Р ^ Д Я . (4.15)

При полете на высотах до 20 000 м изменение тем­ пературы с высотой достаточно хорошо аппроксимирует­ ся выражением

где g и R — постоянные; р — давление;

Т(Н) — температура, ° К.

203

Поэтому выражение {4.15) после преобразований может быть записано в виде

Таким образом, можно рассчитать уход частоты кли­ строна при одновременном воздействии температуры .и давления (высоты) окружающей среды.

i f , Мгц

Рис. 4.21. Расчетная (прл /0np=var) и экс­ периментальная (три ^oup= const) зависи­ мости (ухода частоты клистрона К-27 от

изменения высоты.

*

В случае, если температура окружающей среды остается неизменной (герметизированный блок на по­ верхности Земли), то формула (4.18) принимает вид

204

да частоты клистрона К-27 от высоты с учетом атмос­ ферной температуры воздуха.

Оценка влияния изменения температуры и давления окружающей ореды на величину отдаваемой мощности клистрона может быть произведена следующим образом. ’

Повышение температуры, как -правило, сопровож­ дается увеличением потерь в резонаторах и, следова­ тельно, уменьшением мощности. Однако в пределах допустимых изменений температуры окружающей среды изменение потерь невелико, и поэтому величина мощно­ сти практически остается неизменной.

При изменении Давления окружающей ореды, как было показано выше, изменяется расстояние между.сет­ ками резонатора. Воспользовавшись кине'матической теорией клистрона [9],' можно оценить влияние измене­ ния расстояния между сетками с высотой на величину отдаваемой мощности. Для удобства рассмотрим изме­ нение к. п. д.

205

и

^ = ^ ш (А + Р)+ ЛВС08(Ж+ Ю. (4.23)

^01—величина весьма малая, поэтому

Принимая COS(AI-\-$)=L1, как показывает расчет для клистрона К-27, получаем

jJ-ssO ,035%/лм.

При изменении высоты до 15000 м уход частоты, согласно расчетных данных по барометрическому коэффи­

циенту частоты, составляет -^.25 Мгц при Д/ = ^г--

Величина S/ = б Мщ(мк, т. е. Д /^ 4 мк, и тогда

Д т1= ^Д ^О ,14°/о .

При к. п. д. клистрона 'х,0,5°/о следует, что при из­ менении высоты до 15000 м

4=0,5 +0,0770,

т. е. изменение составляет порядка ± (10-ь 15%), что не имеет существенного практического значения.

4.4.НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ

КЛИСТРОНОВ

Стабильность частоты и мощности отражательных клистронов в значительной мере определяется величи­ ной и характером ВЧ нагрузки. Достаточно сложное кон­ структивное выполнение трактов СВЧ в радиолокацион­ ных устройствах заставляет при применении клистронов уделять внимание их нагрузочным характеристикам.

В связи е этим рассмотрим влияние активной и ре­ активной составляющих сопротивлений ВЧ нагрузки на

т. е. будем предполагать, что электронная проводимость

206

и переменное ВЧ напряжение на резонаторе клистрона

где Ус, YKt ■Ун — проводимости клистрона по электрон­ ному потоку, резонатору и сопротивле­ нию ВЧ нагрузки.

Выражение (4.25) можно переписать в виде

+J

где Ge, GK н Gn — активные составляющие проводимо­ сти по электронному потоку, резона­ тору и сопротивлению ВЧ нагрузки;

Вс, Вц, Вц— реактивные составляющие проводи­ мости;

п — коэффициент трансформации.

Р«с. 4.22. Эквивалентная схема отражательного клистрона.

Фазовые соотношения в автогенераторном режиме клистрона определяются как

tg<I>t = ^ = const,

(4.27)

ь + ц г в .

207

В этом случае из уравнения (4.29) после соответст­ вующих преобразований можно получить выражение для приращения частоты в зависимости от изменения КСВ и фазы отраженной волны в виде

На рис. 4.23 показаны расчетные графики зависимо­ сти ухода частоты от изменения КСВ и фазы отражен­ ной волны. На рис. 4.24 приведены расчетные (сплош­ ные линии) и экспериментальные (пунктирные линии) зависимости ухода частоты от фазы отраженной золны

Рис. 4.23. Расчетные графики зависимости ухода частоты от изменения КСВ (а) и фазы отраженной волны (б).

Рис. 4.24. Расчетные и экспериментальные кривые зависимости ухода частоты генерируемых колебаний от фазы. отраженной волны при различных значе­ ниях КСВ.

при различных аначениях КОВ, полученные на клистро­ не К-27. Отсюда видно, что при КСВ до 2—2,5 линейная теория нагрузочных характеристик отражательных кли­ стронов пригодна для инженерных расчетов.

Изменение мощности генерируемых колебаний при изменении сопротивления ВЧ нагрузки можно рассчи­ тать следующим образом.

210

Суммарная ВЧ мощность определяется мощностью, выделяемой в контуре Рн и в нагрузке Рв,

Так как V и G„ при принятых предположениях являют­ ся постоянными, поэтому можно записать

На рис. 4.25 показаны графики изменения АР в за­ висимости от изменения КСВ и фазы отраженной вол­ ны. Из сравнения -расчетных и экспериментальных кри­ вых также следует, что при небольших значениях КСВ