книги / СВЧ-энергетика. Генерирование. Передача. Выпрямление

испытывался на срок службы в течение более 5000 час, при этом каких-либо признаков ухудшения характери­ стик обнаружено не было. Эти испытания подтверждают большую долговечность приборов с холодным катодом.

Сравнительно недавно были разработаны магнетрон­ ные усилители прямой волны с эмиттирующим отрицатель­ ным электродом и замкнутым электронным потоком, ра­ ботающие в различных частотных диапазонах [4, 5].

У-9,5кв,

Ф и г. 6. Выходная мощность магнетронного	усилителя
5РО-212.
Цифры у экспериментальных точек указывают величину	к.п.д. в про­
центах.

Можно ожидать, что упрощение, обусловленное исполь­ зованием модуляции при помощи управляющего элек­ трода в магнетронном усилителе, приведет к новым при­ менениям этих приборов почти во всем диапазоне СВЧ.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.М с В о ^ е П Н. Ь., Ап Ь-Ъапё сгоззеё-Пе1ё атрНПег Гог рЬа5её аггау гас!аг, 5ушр. Е1ес!гошса11её Зсаппеё Аггау ТесЬ. Арр1,

2.	Ноше А1'г Оеуе1ор. СепГег, Ноше, 1Че\у Уогк, Арг. 1964.
	Н и 1 1 ё. Р.		ЬШоп		1пё. Е1ес!гоп ТиЬе 01у., Зап Саг1о5, Са1.
3.	(частное	сообщение),			1966.	А., РегГогшапсе	сЬагас!епзис$
	Р е и 1п е г		Р.,	\У I* 1с г е к
	оГ а	ротуег, ри!зеё Х-Ьапё гееп!гап! зГгеат сгоззеё-ПеЫ аш-
4.	р1Шег, 1п1егп. Е1ес1гоп Оеукез Мее!., ^/азЫп^оп, Ос1. 1965.
	Н а п ё у	Н. С.,		М с О 1 о с к		С. Н., РегГогшапсе ГеаГигез оГ
	ГЬезЫЬзиррогГеё шеапёег Ппе Гог Ы§Ь ро\уег Гопуагё \уауесго$-
	зеёПеЫ атрППег,			1п!егп. Е1ес!гоп Оечкез Мее!.,			\УазЫпй!пп,
	Ос!. 1965.

5. Р е и 1 п е г	Р.,	5 и з з т а п 3., Ап Х-Ьапс1 Ьгтеап! шауе БС
орега^её сгоззеё-ПеЫ атрИПег, 1п1егп. Е1ес1гоп 0еУ1сез Мее!.,
\УазЫп§1оп,	0с1.	1966.

2 .3 .3 . МАГНЕТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ С НЕЗАМКНУТЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ

Х е л л , Х е с с и К у й е р с

I. Введение

Магнетронные усилители, которые рассматриваются в этом разделе, помимо большой мощности и высокого к. п. д. обладают рядом других важнейших свойств, кото­ рые выделяют их среди других приборов со скрещенными полями. Одни магнетронные усилители с незамкнутым потоком обладают усилением в широкой полосе, другие способны генерировать импульсные мощности в режиме автомодуляции, т. е. когда протеканием анодного тока управляет внешний ВЧ-сигнал. Таким образом, нам пред­ ставляется целесообразным в данной главе рассмотреть магнетронные усилители этого типа.

Магнетронные усилители можно разделить на две большие группы: приборы с инжектированным потоком и приборы с распределенной эмиссией. И те и другие могут иметь либо плоскую (линейную), либо цилиндри­ ческую конфигурацию. Магнетронный усилитель цилинд­ рической конфигурации с распределенной эмиссией мо­ жет иметь как замкнутый, так и разомкнутый поток. Здесь будут рассматриваться только приборы с незамкнутым потоком.

В магнетронных усилителях прямой волны с инжек­ тированным потоком в пространство взаимодействия меж­ ду замедляющей системой и отрицательным электродом со стороны ВЧ-входа вводится тонкий ленточный пучок электронов. Как видно из фиг. 1, в принципе этот при­ бор похож на ЛБВ с той лишь разницей, что вместо моду­ ляции по скорости в нем протекает процесс электронного взаимодействия, подобный процессу взаимодействия в магнетроне. Однако это различие в механизму цзаимодей-

ствия приводит к существенным различиям в основных характеристиках приборов.

Высокий к. п. д. магнетронного усилителя определяет­ ся процессом взаимодействия в скрещенных полях, при котором происходит прямое преобразование потенциаль­ ной энергии источника питания в энергию СВЧ практи­ чески без изменения кинетической энергии электронов. Благодаря автоматической фазовой фокусировке прост­ ранственного заряда при таком процессе взаимодействия

Вход Выход

Ф и г . 1. Схематическое изображение магнетронного усилителя с незамкнутым инжектированным потоком.

к. п. д. остается высоким в широком динамическом диапа­ зоне изменения рабочих параметров. Когда все электро­ ны полностью участвуют в процессе взаимодействия и попадают на замедляющую систему с синхронной ско­ ростью, усилитель оказывается в режиме насыщения. В этом режиме выходная мощность асимптотически стре­ мится к полезной мощности потока, т. е. к произведению полной мощности потока на электронный к. п. д. пол­ ностью взаимодействующих электронов1>. При увеличе-

х) Это утверждение справедливо при допущении, что замедляю­ щая система не имеет потерь.— Прим. ред.

нии входного сигнала сверх уровня, при котором дости­ гается насыщение, выходная мощность не снижается, потому что полностью провзаимодействовавшие электро­ ны выходят из пространства взаимодействия и не могут, следовательно, оказаться в неблагоприятной фазе1). По тем же причинам остается постоянным фазовый сдвиг и в режиме насыщения.

Чтобы получить большое стабильное усиление, выби­ рают плоский вариант прибора с замедляющей системой, подобной тем, какие используют в мощных ЛБВ. В ти­ пичном случае ЛБВМ с инжектированным потоком могут работать приблизительно при той же величине микропервеанса электронной пушки и обеспечивать тот же уровень выходной мощности, что и клистроны и ЛБВ с та­ ким же рабочим напряжением. Ширина полосы прибора определяется свойствами замедляющей системы. Как и в случае ЛБВ, для получения больших средних мощ­ ностей на повышенных частотах приходится использовать неоднородные замедляющие системы, характеризующиеся наличием пространственных гармоник12). При этом полоса частот ограничивается величиной примерно 30%, в то время как спиральные замедляющие системы позволяют достичь полосы шириной в октаву и более.

На фиг. 2 схематически изображен магнетронный уси­ литель с незамкнутым потоком и распределенной эмис­ сией. Процесс взаимодействия в приборе этого типа та­ кой же, как и в приборе с инжектированным потоком, за исключением того, что электроны эмиттируются со всей (или со значительной части.— Прим, ред.) поверхности отрицательного электрода.

Процесс взаимодействия, протекающий в магнетрон­ ном усилителе с распределенной эмиссией, особенно бла­ гоприятен для генерирования большой мощности при очень высоких первеансах, обусловленных большой эмис­ сией электронов. К тому же, поскольку эмиссия электро­ нов возрастает с ростом напряженности ВЧ-поля (это

1)При этом происходит лишь уменьшение коэффициента уси­ ления.— Прим. ред.

2)Имеются в виду различные модификации «гребенок». По-ви­ димому, возможно использование систем, работающих не на основ­ ной гармонике.— Прим. ред.

определяется тем же самым механизмом обратной бомбар­ дировки, что и в магнетронах), в характеристике магне­ тронного усилителя с незамкнутым потоком и распреде­ ленной эмиссией нет заметно выраженной области насы­

щения по	мощности.
Другое важное свойство приборов с распределенной
эмиссией	заключается		в	возможности автомодуляции
В ход				Выход
	З а м ед ляю щ ая			сист ем а
X " Э лект рон ны й
В О	поток 2	^	2
	Холодный	к а т о д		Неэмит т ирую щ ий
				отрицательный электрод д < 1

Ист очник + пит ан ия -

постоянного

тока

Фи г. 2. Схематическое изображение магнетронного уси­ лителя с распределенной эмиссией п незамкнутым элек­

тронным потоком.

входным СВЧ-сигналом. Катод может работать как хо­ лодный вторично-электронный эмиттер. В отсутствие пер­ вичной эмиссии, поступление электронов в пространство' взаимодействия обеспечивается обратной электронной бомбардировкой, обусловленной действием ВЧ-полей в системе. Когда в замедляющей системе нет энергии ВЧ (а на катод подано постоянное напряжение), постоянного тока через прибор практически не будет. Подача на вход ВЧ-импульса обусловливает нарастание вторичной эмис­ сии и процесс ВЧ-взаимодействия, в результате чего на­ чинает протекать анодный ток. Когда входной ВЧ-им- пульс прекращается, прибор автоматически выключается и ведет себя далее как пассивная передающая линия. Так как*в данном случае поток разомкнут и не вызывает ре-

генерации, для выключения прибора не требуется гася­ щего «выключающего» импульса. Следовательно, магне­ тронный усилитель с автоматическим запуском (он по­ лучил название «дематрон») работает непосредственно от источника постоянного тока и является самовыключаю­ щимся прибором.

Магнетронный усилитель с распределенной эмиссией вследствие очень большой плотности пространственного заряда обладает еще лучшей фазовой стабильностью, чем усилитель с инжектированным потоком. Для него характерна также отличная фазовая линейность. Измене­ ние электрической длины прибора по сравнению с дли­ ной холодной линии передачи определяется в основном скоростью очень плотного электронного потока. Скорость электронов можно регулировать, меняя магнитное поле по определенной программе; в результате оказывается возможным эксплуатировать множество приборов при одном и том же рабочем напряжении. Эта особенность в сочетании с простотой требуемого источника питания позволяет практически реализовать параллельную работу многих приборов.

11. Основные характеристики магнетронных усилителей непрерывного действия

с инжектированным потоком

Разработка мощных магнетронных усилителей непре­ рывного действия с инжектированным потоком ведется широким фронтом в различных диапазонах частот и мощ­ ностей. Сейчас создаются приборы во всем диапазоне частот от 300 до 17 500 Мгц. Представление о разработках приборов этого типа на современном этапе дает табл. 1.

Некоторые из приборов, указанных в таблице, разра­ батываются уже несколько лет, и их разработки продви­ нулись далеко вперед. Эти более старые.приборы обычно имеют больший вес, меньшую мощность (в данном частот­ ном диапазоне) и несколько меньшее усиление. Типич­ ными представителями таких приборов являются усили­ тели Ь-3652 и Ь-3675. Но современное состояние лучше характеризуется прибором Ь-3913, выходная мощность которого в зависимости от частоты показана на фиг. 3.

Магнетронные усилители непрерывного действия с инжектированным потоком

Тип1)		Выходная мощность	Усиление
	частот, Ггц	(непрерывный	при насы-		Размеры, см	Вес, кг	Примечания
		режим), кет	Щецин,	до
1-3767	0 ,3 -1 ,0	22)	12—16		Пока не выпускается		В разработке: испытан на	долговечность
		1,2					в течение более 1000 час
1,-3766	2,6—3,2	2	12—16		Пока не выпус!кается В разработке
' -3913	7 ,2 -8 ,8	1,5	22—24		9,5.10,2-61	18,2	Разработанные образцы находятся в экс­
Т--3652С	8,5—9,6	0,85	22—24	*	11,4-17,8.5,3	29,5	плуатации у потребителя
							Ограниченный выпуск
1-3765	9,6—10.3	0,5	22—24
	8,8—10,4	1	13—16		8,9-8,9.56	15	Ограниченный выпуск
1-3974	14,5-16,5	0,25	22—24		8,25-8,9.48	11,3	В разработке
^5031	15,5—17,5	0,25	22—24		8,25.8,9-48	11,3	В разработке: в ближайшее	время будет
							выпускаться серийно

1)Приведены данные по приборам фирмы «сЛиттон», так как в период написания книги только эта фирма выпускала подобные уси­ лители для работы в непрерывном режиме.

2)Импульсный режим.

Приборы, приведенные в табл. 1, по конструкции можно разделить на две основные группы: относительно высокочастотные приборы, в которых обычно использу­ ются периодически нагруженные замедляющие системы, и более широкополосные сравнительно низкочастотные приборы, в которых используются спиральные замедляю­ щие системы. Чтобы составить лучшее представление об этих приборах, рассмотрим типичные приборы каждой

Усиление, дб

Ф и г. 3. Выходная мощность и усиление в режиме насыщения в зависимости от частоты для магнетронного усилителя Ь-3913 с ин­

жектированным потоком.

1'|С= - 11.4 кв. ^отр.9._к - - 4 .3 кв, 1а- 0.65 а. РПХГ= .Ю вт.

из двух групп, а именно усилитель Ь-3974 2-сантиметро­ вого диапазона как пример высокочастотных приборов и усилитель 1--3767 как пример широкополосных низко­ частотных приборов.

Разрабатываемый в настоящее время магнетронный усилитель Ь-3774 с инжектированным потоком является типичным мощным прибором СВЧ с периодически нагру­ женной замедляющей системой. Общий вид прибора, помещенного в постоянный магнит, показан на фиг. 4. Внешняя часть магнитной системы, замыкающая магнит­