120Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

коаксиального соленоида реализует фокусировку потока электронов. Под действием тормозящего поля электроны теряют энергию, передаваемую бегущей волне, которая обладает такой же фазовой скоростью, как и скорость движения электронов, и распространение которой происходит в ту же сторону, что и направление потока электронов. Затем электроны попадают в коллектор, а усиленный СВЧ сигнал поступает на выход. Для предотвращения возвращения существенной части электронов, преодолевших замедляющую систему, обратно на вход лампы и возникновения самовозбуждения, недалеко от коллектора помещают поглотитель.

Лампы бегущей волны активно используют в СВЧ установках для усиления, преобразования и вырабатывания сигналов. К важному преимуществу ламп бегущей волны следует отнести возможность функционирования в широкой полосе СВЧ. Промышленность выпускает лампы бегущей волны с непрерывной выходной мощностью от нескольких ватт до десятков киловатт.

8.8. Лампы обратной волны

Лампа обратной волны, или карсинотрон – это генераторный электровакуумный прибор, чей принцип действия состоит в видоизменении и передаче обратной волне, распространение которой происходит с той же фазовой скоростью, что электроны в потоке, части энергии потока. Простейшее устройство лампы обратной волны типа «О» дано на рис. 8.8.

121Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Рис. 8.8. Конструкция лампы обратной волны На рисунке отмечено: 1 – катод, 2 – ускоряющий электрод, 3 – вы-

ход энергии, 4 – замедляющая система, 5 – баллон лампы, 6 – поглотитель, 7 – коллектор.

Покинувшие катод в результате эмиссии электроны благодаря действию ускоряющего электрода приобретают высокую скорость и влетают в замедляющую систему, обладающую периодическим строением. В замедляющей системе электроны передают часть энергии электромагнитному полю и утрачивают прежнюю скорость, причѐм достигают синхронизма обратной волны этого поля и потока электронов. Поток электронов, кроме того, выполняет функцию положительной обратной связи, благодаря чему в лампах обратной волны происходит автогенерация. Поглотитель, играющий роль согласованной нагрузки и потребителя прямых волн, необходим для предотвращения возврата весомой части электронов обратно к катоду, т.е. для предупреждения образования второй, уже паразитной, петли положительной обратной связи. Движение энергии направлено от коллектора к катоду, то есть в противоположную сторону относительно направления потока электронов, и напряжѐнность СВЧ поля у катода лампы будет наибольшей [194, с. 111]. Именно поэто-

122Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

му коаксиальный или волноводный выход лампы обратной волны расположен в непосредственной близости от катода.

Лампы обратной волны применяют всецело в качестве генераторов СВЧ сигналов. Непрерывная мощность, которую отдают в согласованную нагрузку специальные лампы обратной волны, составляет от долей ватта до десятков киловатт.

8.9. Пролѐтные клистроны

Клистрон – это электронная лампа, принцип действия которой заключѐн в модуляции электронов, образующих поток, по скоростям, с разделением их на группы, и передаче их энергий электромагнитной волне. Типовая конструкция пролѐтного клистрона с двумя резонаторами представлена на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Устройство пролѐтного клистрона На рисунке обозначено: 1 – катод, 2 – ускоряющий электрод, 3 –

электронный поток, 4 – входной резонатор, 5 – пролѐтная труба

123Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

дрейфа, 6 – выходной объѐмный резонатор, 7 – баллон лампы, 8 – коллектор.

Упрощѐнно рассмотрим принцип действия двухрезонаторного пролѐтного клистрона, во входной резонатор которого поступает подлежащий усилению СВЧ сигнал с малой амплитудой. После подачи напряжения на нить накала и разогрева катода с его поверхности происходит эмиссия электронов. Поле ускоряющего электрода инициирует более быстрое движение потока электронов, которые влетают в зазор входного резонатора. Для группирования электронов необходимо, чтобы во входном резонаторе между сетками происходило образование переменного электрического поля. При этом часть электронов в один полупериод теряет скорость, а другая часть за второй полупериод, наоборот, еѐ увеличивает. Затем электроны, после кратковременного пребывания во входном резонаторе и модуляции по скоростям, поступают в пролѐтную трубу. В ней на электроны не действуют электрические поля [194, с. 107], а имеет место модуляция по плотностям, в результате чего происходят сплочения электронов в группы. Из пролѐтной трубы сгруппированные электроны попадают в выходной резонатор и, преодолевая его сетки, передают его электромагнитному полю весомую часть запасѐнной кинетической энергии. Второй резонатор отдаѐт СВЧ сигнал нагрузке, а потерявшие часть энергии отработанные электроны поглощает коллектор. При этом для передачи наибольшей энергии должны совпадать резонансная частота выходного резонатора и частота сгруппированных электронов потока. Электромагнитная волна, отдаваемая в нагрузку, будет обладать такой же частотой, но много большей амплитудой, чем СВЧ сигнал, поступающий во входной резонатор.

Типовой КПД двухрезонаторных пролѐтных клистронов – менее 20%, а для повышения КПД необходимо применять многорезонаторные клистроны. Клистроны используют в устройствах усиления, и, реже, генерации СВЧ сигналов. Основное достоинство пролѐтных