Классификация лбв

1. По способу усиления СВЧ сигнала:

   • ЛБВ типа =О= - используется для усиления сигнала кинетическая энергия электронного пучка (в пространстве взаимодействия).

   • ЛБВ типа =М= - используется потенциальная энергия электронного пучка.

2. По уровню выходной мощности:

   • маломощные - до 1 Вт;

   • средней мощности - от 1 Вт до 100 Вт;

   • большой мощности от 100 Вт до 100 кВт;

   • сверхмощные - свыше 100 кВт.

3. По режиму работы:

   • импульсного действия (радиолокация);

   • непрерывного действия (связь).

Применение лбв

ЛБВ применяется в качестве усилителей колебаний СВЧ диапазона.

Используется в качестве:

• малошумящих усилителей приема (маломощные);

• промежуточных усилителей мощности передатчика.

рис.11

Составные части ЛБВ (рис.11):

1 - длинная стеклянная колба

2 - фокусирующая система

3 - электронный инжектор

4 - анод

5 - замедляющая система

6 - цилиндры связи

7 - коротко замкнутые поршни

8 - локальный поглотитель

9 - входной и выходной волновод

10 - коллектор.

Назначение составных частей лбв

Электронный инжектор(3) предназначен для создания направленного пучка электронов.

Анод(4) - представляет собой электростатическую линзу, выполненную в виде диска с отверстиями, и предназначен для дополнительной фокусировки электронного пучка.

Фокусирующая система(2) с помощью своего магнитного поля окончательно фокусирует электронный луч.

Замедляющая система(5) представляет собой металлическую спираль и предназначена для уменьшения скорости распространения ЭМВ.

Цилиндры связи(6) совместно с коротко замкнутыми поршнями (7) являются трансформирующим устройством, которое предназначено, для согласования входных и выходных волноводов с замедляющей системой.

Локальный поглотитель(8) предназначен для поглощения отраженной волны, образованной в результате рассогласованности замедляющей системы и выходного волновода.

Коллектор(10) поглощает поток электронов, прошедший через замедляющую систему.

Принцип действия лбв

Электронный поток, инжектируемый в пространство внутри спирали, взаимодействует с осевой компонентой электромагнитного поля СВЧ волны и при определенных условиях отдает ей часть своей кинетической энергии, обеспечивая тем самым усиление СВЧ сигнала.

Для простоты понятия принципа работы рассмотрим усиление сигнала на одной частоте с помощью рис.12:

рис.12

Рассмотрим движение наиболее характерных электронов, летящих с инжектора со скоростью Uо и взаимодействующих с сигналом А (рис.12.а). Данные электроны попадают в ускоряющее (область I рис.12а) и тормозящее (область II) поле и находятся в одинаковых количествах. При условии, если Uо Uф то электроны, попадающие в ускоряющее и тормозящее поле, смещаются в направлении электрона 5 (рис. 12.б), постепенно образуя сгусток электронов в центре с электроном 5 , на который ВЧ электрическое поле не действует, т.к. в месте расположения этого электрона напряженность поля равна нулю.

Образующийся сгусток возбуждает в свою очередь ЭМВ, отстающую от модулирующей волны на 90° ( кривая Б рис.12б) и складывается с первоначальной волной А - результирующая кривая В на рис.12б.

Это возможно при точном равенстве Uо=Uф.

Если скорость электронов (Uо) несколько увеличить, то образующиеся сгустки опережают первоначальную волну и возбуждаемые ими поле оказывается ближе по фазе к бегущей волне, а амплитуда результирующего поля возрастает. Если же еще увеличить Uо, то образование сгустков будет затруднено, т.к. электроны будут попадать последовательно то в ускоряющее, то в тормозящее поле и отбор энергии от них становится невозможным.

На практике максимальное усиление достигается при скорости электронов Uо, на единицы процентов превышающей Uф замедленной ЭМВ.

Т.о. принцип усиления сигнала в ЛБВ происходит следующим образом: входной СВЧ сигнал поступает на вход замедляющей системы, через которую двигается поток электронов вылетевших с электронного инжектора, в результате взаимодействия СВЧ сигнала (модулирующего) с потоком электронов образуются "сгустки", которые возбуждают наведенный ток, протекание которого по замедляющей системе вызывает появление ВЧ напряженности электрического поля; поля в направлении продольной оси ЗС. Однако напряженность поля вдоль ЗС оказывается небольшой, поэтому достаточно эффективное торможение сгустков электронов, а следовательно, и отбор энергии от модулированного по плотности электронного пучка удается осуществить сложением возбуждаемого на каждом участке ЗС ВЧ поля с полем волны, бегущей вдоль замедляющей системы(длительное взаимодействие электронного потока и поля усиливающего сигнала). Амплитуда бегущей волны нарастает экспоненциально, т.к. усиливаемая волна в свою очередь воздействует на электронный поток, увеличивая его модуляцию.