загрузка...
загрузка...
На головну

Пристрій і принцип роботи лампи біжучої хвилі.

  1. Delay - пристрій затримки сигналу (тільки для Active Filters).
  2. Divide; несталий і перехідні режими роботи насосів
  3. I. 2.4. Принципи та методи дослідження сучасної психології
  4. I. КУРСОВІ РОБОТИ
  5. II. ДИПЛОМНІ РОБОТИ
  6. II. Національний інтерес як головний принцип зовнішньої політики в Новий час
  7. II. Стандарти роботи комерції

Лампою біжучої хвилі (ЛБХ) називають електронний прилад СВЧ діапазону, в якому використовується тривалий взаємодія сгруппированного потоку електронів, що рухаються в поздовжніх електричному і магнітному полях, з прямою гармонікою сигналу (хвилею, що біжить), що розповсюджується вздовж сповільнює системи.

Пристрій ЛБХ показано на малюнку 2.26.

Мал. 2.26. Пристрій ЛБХ.

1 - катод з напруженням; 7 - уповільнює система;

2 - керуючий електрод; 8 - поглинач;

3 - перший анод; 9 - вихідний пристрій;

4 - другий анод; 10 -коллектор;

5 - вхідний пристрій; 11 - поршні;

6 - циліндричні антени; 12 - фокусує пристрій.

Основними елементами ЛБХ є:

а) Електронна гармата, В яку входять катод з напруженням, керуючий електрод, перший і другий аноди, забезпечує попередню електростатичну фокусування електронного променя. Керуючий електрод і аноди часто виконуються у вигляді дисків з отвором або в формі циліндрів. Керуючий електрод виконує роль керуючої сітки і знаходиться під нульовим або від'ємним потенціалом щодо катода. На аноди подається позитивна напруга для створення електростатичних лінз. Від величини напруг на цих електродах залежить струм променя.

б) уповільнює система, В якості якої в широкосмугових ЛБВ використовується, як правило, спіраль. На замедляющую систему подається напруга Ua2, Що забезпечує необхідну швидкість електронів Vo, Але може подаватися і напруга uk або напруга з окремого джерела.

в) Колектор, На ньому розсіюється кінетична енергія електронів після проходження ними сповільнює системи. На колектор подається позитивна напруга uk щодо катода, яке за величиною трохи більше або дорівнює напрузі на сповільнює системі. В останньому випадку замедляющая система з'єднується з колектором.

г) Вхідні і вихідні пристрої, Служать для введення вхідного НВЧ - сигналу в замедляющую систему і виведення з неї посиленого за рахунок взаємодії з електронним потоком сигналу. Вхідний і вихідний пристрої можуть бути волноводного або коаксіального типу. У разі пристроїв волноводного типу, як показано на даному малюнку, кінці спіралі плавно переходять в циліндричні антени. Для настройки вхідного і вихідного пристроїв служать поршні. Залежно від типу сповільнює системи можуть бути і інші конструкції вхідного і вихідного пристроїв.

д) фокусується пристрійвиконується у вигляді соленоїда, що живиться постійним струмом, або кільцевого магніту, що створюють поздовжнє постійне магнітне поле для фокусування електронів у вузький пучок.

е) Поглинач, Служить для зменшення можливості самозбудження ЛБХ. Він являє собою шар графіту або іншого поглинає речовини, нанесеного на стрижні, між якими закріплена спіраль.

Поглинач розташований приблизно посередині сповільнює системи.

розрізняють ЛБХ малої, середньої и великий потужності. Лампи біжучої хвилі малої потужності застосовуються як підсилювачі НВЧ в прийомних пристроях, а ЛБХ середньої і великої потужності в якості проміжних і вихідних підсилювачів радіопередавальних пристроїв РЛС. Вихідна потужність ЛБХ може досягати декількох мегават в імпульсному режимі і декількох кіловат в безперервному. Смуга підсилюються частот становить 15 ? 30% від частоти сигналу.

Лампа біжучої хвилі(ЛБХ) являє собою подовжений герметичний скляний балон невеликого діаметру, в якому розміщені його основні елементи.

В основі роботи ЛБХ лежить тривалий взаємодія електронів променя з гальмуючим полем біжить уздовж сповільнює системи посилюваної електромагнітної хвилі. У лампах цього типу рух електромагнітної енергії збігається з напрямком руху електронного потоку.

Робота генераторів СВЧ біжучої хвилі також заснована на динамічному методі управління. Для них залишаються справедливими всі раніше розглянуті процеси і умови, необхідні для ефективного перетворення енергії. Однак ці генератори мають свої специфічні особливості, які зумовлюють появу нових важливих властивостей. Ці особливості, перш за все, пов'язані з забезпеченням умов ефективної взаємодії електронного потоку з полем біжучої хвилі розповсюджується вздовж сповільнює системи.

З огляду на те, що швидкість електронів в промені, що визначається прискорює напругою, зазвичай багато менше швидкості світла, то виникає необхідність забезпечити фазову швидкість хвилі в таких же межах.

З'ясуємо, що собою представляють уповільнюють системи приладів СВЧ.

Лінії, по яких можуть поширюватися хвилі з фазової швидкістю Vф меншій швидкості світла у вільному просторі, прийнято називати уповільнюють системами. Таким чином, уповільнює система призначена для зменшення фазової швидкості хвилі, що розповсюджується в лініях передачі, що застосовуються в генераторах НВЧ біжучої хвилі. Уповільнюють системи повинні забезпечувати необхідний коефіцієнт уповільнення швидкості хвилі і наявність в них поздовжньої складової електричного СВЧ поля. Цим вимогам задовольняють такі типи уповільнюють систем (рис. 2.27):

а) Спіраль б) диафрагмированного хвилевід

в) Гребінка г) Система зустрічний штир

Мал. 2.27. Уповільнюють системи.

Конструктивно уповільнюють системи можуть бути лінійними і кільцевими.

Уповільнюють системи характеризуються такими основними параметрами:

- Просторовим періодом або кроком h;

- Коефіцієнтом уповільнення Доз= С / Vф;

- Опором зв'язку Rсв, Що характеризує ступінь зв'язку електронного потоку з полем сповільнює системи;

- Дисперсійної характеристикою або дисперсією системи (Vф= J (w)). Уповільнюють системи можуть мати три види дисперсії: нульову, нормальну, аномальну (рис. 2.28).

Vф

аномальна

нульова

Нормальна

0 w

Мал. 2.28. Дисперсійна характеристика сповільнює системи.

Характер дисперсії сповільнює системи визначає, в основному, частотні властивості генератора СВЧ, в якому він застосовується (смугу посилення підсилювачів і межі електронної перебудови частот автогенераторів).

Сутність процесу уповільнення розглянемо на прикладі спіралі (рис. 2.29).

           
   
   
 
 
 


 Z 2а

 h Vф

Мал. 2.29. Сутність процесу уповільнення.

Хвиля, що надходить на вхід спіральної лінії, продовжує поширюватися уздовж внутрішнього провідника зі швидкістю приблизно дорівнює швидкості світла.

В результаті взаємодії полів сусідніх витків спіралі хвиля, що біжить перетворюється в поздовжньо-електричну хвилю, що поширюється уздовж осі спіралі.

Тоді час, за яке хвиля пробігає один виток, дорівнює відношенню довжини витка до швидкості світла:

t =

де: а - радіус спіралі;

h - крок спіралі.

В цей час хвиля проходить уздовж осі Z шлях рівний h. Таким чином, фазова швидкість хвилі в напрямку осі, дорівнює:

Vф=

Фазова швидкість, яка визначається останнім виразом, виявляється менше швидкості світла, а відношення фазової швидкості до швидкості світла буде тим менше, чим більше діаметр спіралі і чим менше її крок. Отже, спіраль має властивості лінії затримки. Основною перевагою спіральної сповільнює системи є її широкополосность.

Уповільнює система має такі властивості:

- Вона може бути порушена з будь-якого кінця і добре пропускає енергію в будь-якому напрямку;

- Якщо на вхід сповільнює системи надходить гармонійнеколивання, то вздовж неї починає поширюватися складна хвиля, що змінюється і в часі і в просторі. При цьому, зміна поля в часі носить гармонійний характер, а в просторі - періодичний, але не гармонійний характер.

Оскільки ефективну взаємодію електронного потоку з полем біжучої хвилі можливо лише за умови V0»Vф, То, підбираючи V0 рівною за величиною і збігається за напрямком з фазової швидкістю однієї з гармонік, можна через неї передавати полю біжить хвилі енергію і підсилювати слабкі початкові коливання в автогенераторах.

Розглянемо процес групування електронів, який виникає в разі, якщо уздовж ЗС рухається потік електронів зі швидкістю V0, Близької до фазової швидкості хвилі, що біжить Vф0.

На малюнку 2.30а показано розподіл поздовжньої складової електричного поля Еz біжучої хвилі уздовж ЗС для фіксованого часу t1.

Мал. 2.30. Принцип групування електронів.

Якщо електрони рухаються в поле ЗС в позитивному напрямку осі Z, то для розглянутого моменту часу позитивні періоди поля Еz є для електронів гальмують, а негативні - прискорюють.

Якщо в момент часу t1 потік електронів є однорідним (електрони розподілені рівномірно уздовж осі Z), то під дією високочастотного електричного поля Еz через деякий час, наприклад, в момент часу t2 > t1 , З'являються згустки електронів, тобто електронний потік модулюється.

Положення рухомих електронних згустків щодо біжучої хвилі електричного поля залежить від відношення швидкостей V0 і Vф0.

У разі, коли V0 = Vф0, Згустки утворюються там, де Еz= 0 (рис. 2.30б) і взаємодії електронів з хвилею не буде.

при V0 ф0 (Рис. 2.30в) згустки утворюються в області прискорювальної фази електричного поля хвилі. У цьому випадку електрони згустків відбирають енергію від біжучої хвилі і хвиля буде затухати.

при V0 > Vф0 (Рис. 2.30г.) Згустки утворюються в області гальмує фази електричного поля і більшість електронного потоку віддає свою енергію полю біжить хвилі і амплітуда її наростає. швидкість V0 повинна трохи перевищувати фазову швидкість хвилі, що біжить, інакше потік електронів вийде з гальмує фази біжучої хвилі в прискорює і буде на деякій ділянці свого руху відбирати енергію у високочастотного поля.

Згустки електронів, сформовані приблизно на першій третині довжини спіралі, рухаються разом з хвилею в її гальмує поле. Енергія електронів віддається полю хвилі, амплітуда якої зростає, що, в свою чергу, сприяє кращому гуртування електронів в згустки, а амплітуда поля хвилі знову зростає.

На ділянці сповільнює системи, де розташований поглинач, високочастотне поле значно зменшується, так як поглинач вносить досить велику загасання (20 - 40дБ). Але після поглинача згрупований потік знову наводить високочастотне поле в уповільнює системі. В кінці сповільнює системи амплітуда високочастотних коливань значно більше амплітуди коливань, що подаються на вхід ЛБХ. Таким чином, в ЛБХ досягається посилення вхідного НВЧ - сигналу. Посилений НВЧ - сигнал за допомогою вихідного пристрою передається в навантаження. Електрони, що пролетіли замедляющую систему, потрапляють на колектор і повертаються до джерела живлення. Потрапляючи на колектор, електрони розсіюють на ньому у вигляді тепла залишок своєї кінетичної енергії.

Оскільки в ЛБХ електрони отримують енергію від джерела живлення одноразово, а в результаті гальмування полем їх кінетична енергія і швидкість зменшуються, то для забезпечення умови синхронізму в цих приладах необхідно правильно вибирати довжину сповільнює системи (спіралі) і ступінь перевищення швидкості потоку електронів Vo над фазової швидкістю біжучої хвилі Vфо

Максимально допустиме перевищення V0 над Vф0 залежить від величини керуючого напруги, частоти ЕМ коливань, що поширюються в ЗС, довжини і дисперсійних властивостей ЗС і становить зазвичай величину порядку одиниць відсотків від Vф0.

Лампи біжучої хвилі мають цілу низку переваг у порівнянні з іншими приладами НВЧ діапазону: високе значення коефіцієнта посилення, широкополосность (40%), низький рівень власних шумів (? 15дБ), можливість роботи в імпульсному і безперервному режимах в широкому інтервалі вихідних потужностей.

Недоліками ЛБХ є її велика вага і великі габарити, обумовлені застосовуваної магнітної фокусуванням променя в лампі.

висновок:1. Робота генераторів СВЧ біжучої хвилі також заснована на динамічному методі управління.

2. Фізичні процеси, які обумовлюють передачу енергії від електронного потоку полю біжить хвилі через пряму, або зворотний гармоніки, однакові. Необхідно тільки, щоб швидкість електронного потоку (Vo) Була близька до фазової швидкості корисної просторової гармоніки (Vфо) І збігалася з нею у напрямку.

3. ЛБХ знайшли широке застосування в приймально-передавальних трактах РЛС завдяки своїм перевагам: низького рівня шумів, більшого коефіцієнту посилення, ніж в клістронах, широкою смугою пропускання сигналів. Прилади СВЧ даного типу знайшли широке застосування в якості вхідних, вихідних і проміжних широкосмугових підсилювачів і умножителей чистоти.

2. Пристрій і принцип роботи багаторезонаторного магнетрона.

B передавальних пристроях РЛС дециметрового і сантиметрового діапазонів застосовуються генератори НВЧ великої потужності - магнетронні генератори. Генерируемая вихідна потужність цих пристроїв може досягати 1000 кВт і більше.

Магнетрон - це потужний генератор СВЧ, в якому рух електронів відбувається в схрещених електричному і магнітному полях. Конструкції магнетронов бувають різні, але в пристроях радіолокацій застосовуються виключно багаторезонаторні магнетрони, творцями яких є радянські інженери Алексєєв Н. Ф. та Маляров Д. Є., а вперше ідею такого приладу висунув радянський інженер Рожанський в 1924 р

Основними елементами магнетрона є: катод, анодний блок з резонаторами і пристрій виведення високочастотної енергії.

катод- Підігрівний, оксидний, має форму циліндра і розташовується по осі анодного блоку. Володіє високою питомою емісією, великою механічною міцністю оксидного шару, високою електро-і теплопровідністю поверхні. Це досягається спеціальною конструкцією катода. Висновки підігрівача і катоди мають ВЧ дроселі у вигляді короткозамкнутих чвертьхвильових відрізків коаксіальної лінії, які не пропускають ВЧ енергію в ланцюзі каналу.

Матеріал: вольфрам, тантал.

анодний блок - Масивний блок з електролітичної міді, по колу якого розташовані об'ємні резонатори. Резонатори можуть бути конструктивно виконані у вигляді циліндрів, секторів і прямокутних щілин. Число резонаторів від 6 до 40, причому завжди парне. Чим вище частота генерації, тим більше резонаторів і тим менше їх обсяг. Всі парні і непарні сегменти пов'язані між собою кільцями-зв'язками, які необхідні для отримання протифазних коливань в сусідніх резонаторах.

З торців анодний блок закритий кришками з діамагнітного матеріалу. На анодном блоці розташовані радіатори, поліпшують його охолодження (зазвичай повітряне, примусове).

Простір між катодом і анодом називається простором взаємодії. Тут відбувається обмін енергій між електронним потоком і СВЧ - полем.

Пристрій виведення енергіїзалежить від довжини хвилі і потужності магнетрона. Залежно від робочої довжини хвилі застосовуються три типи пристрої виведення: - коаксіальний (при l> 10 см);

- Коаксиально-хвилеводний (при 3

- Хвилеводний (при l <3 см).

Коаксіальний вивід здійснюється за допомогою коаксіальної лінії, внутрішній провід якої поміщається в один з резонаторів і припаюється до анодному блоку.

Оптимальну зв'язок з навантаженням підбирають при виготовленні магнетрона шляхом вибору розмірів петлі зв'язку і її розташування в резонаторі.

У коаксиально-волноводном пристрої виведення крім коаксіальної лінії є відрізок хвилеводу, до якого підключається зовнішній провід.

Порушення хвилеводу виробляється виступаючим в його порожнину внутрішнім проводом коаксіальної лінії (збудження штирем).

Волноводное вихідний пристрій здійснюється за допомогою щілини, яка з'єднує порожнину одного з резонаторів з порожниною хвилеводу.



Попередня   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   Наступна

Пристрій і принцип роботи електронно-променевої трубки з | Пристрій і принцип роботи електронно-променевої трубки з магнітним керуванням. | Типу видикон. | Видикона. | Газорозрядні прилади. | Тиратрон. | Резонансний розрядник. | Особливості конструкції приладів СВЧ. | Пристрій і принцип роботи прогонової клистрона. | згусток |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати