5.3. Лампа бегущей волны типа м (лбвм)

По конструкции лампы бегущей волны типа М делятся на пло­ские и цилиндрические. На рис. 5.9 показана плоская конструкция ЛБВМ. Лампа имеет две основные части: инжектирующее устрой­ство и пространство взаимодействия.

Рис 5.9

Инжектирующее устройство состоит из катода 1 и управляю­щего электрода 2, обеспечивающих создание ленточного электрон­ного потока 3 и ввод его в пространство взаимодействия. Электро­ны, вылетающие из катода, в скрещенных статических электриче­ском E_упр и магнитном В болях в пространстве между катодом и управляющим электродом двигаются по циклоидальной траекто­рии. Подбирают такие условия, чтобы электроны в момент входа в пространство взаимодействия, образуемого верхним электродом 6 замедляющей системы (анод) и нижним электродом 9 (холод­ный катод или основание), находились на вершине циклоиды. В этой точке имеется только [горизонтальная составляющая скоро­сти, которая определяется по (6.12):

(5.20)

Скорость — начальная для пространства взаимодействия. Ранее было выяснено, что если начальная скорость электронов на­правлена параллельно электродам и равна переносной скорости, то траектория электронов прямолинейна. Переносную скорость в пространстве взаимодействия определяют по (5.9). Таким обра­зом, при выполнении условия v_0z=v_II траектория оказывается пря­молинейной и электроны должны попадать при отсутствии высо­кочастотного поля в пространстве взаимодействия на коллектор 8. Это условие выполняется при E_о=2Е_упр.

Высокочастотный сигнал подводится через вход замедляющей системы 4, Если фазовая скорость пространственной гармоники равна переносной скорости то в пространстве взаимодействия происходит увеличение энергии СВЧ поля в результате уменьше­ния потенциальной энергии электронов. Для предотвращения са­мовозбуждения имеется, как в ЛБВ типа О, поглотитель 5.

Процесс взаимодействия рассмотрен в § 5.2. На рис. 5.10 пока­зано смещение электронов в подвижной системе координат (дви­жущейся синхронно с волной). Стрелки обозначают смешение времени электронов, начавших движение в разных фазах СВЧ по­ля, а толстые линии — верхнюю и нижнюю границы электронного потока, наблюдаемые в подвижной системе координат. Смещение электронов на верхней границе всегда больше, чем на нижней, по­этому сечение пучка пульсирующее: в тормозящем поле увеличи­вается, а в ускоряющем — уменьшается.

Рис. 5.10

Границы электронного потока в неподвижной системе коорди­нат для определенного момента времени показана на рис. 5.11. Пунктирными горизонтальными прямыми отмечены границы пуч­ка, когда нет СВЧ поля.

Рис. 5.11

В конце пути электроны попадут на коллектор. Однако, если амплитуда СВЧ сигнала велика, электроны могут попасть рань­ше на верхний положительный электрод замедляющей системы. Эти электроны отдают полностью свою потенциальную энеогию СВЧ полю. Линейная связь выходного и входного сигналов на­блюдается до тех пор, пока электроны не начнут попадать вблизи коллектора на анод замедляющей системы. С дальнейшим повы­шением входного сигнала еще большее число электронов будет по­падать на анод, причем точка попадания электронов смещается влево. В этом случае замедляется рост выходной мощности, а ко­эффициент усиления ЛБВМ начинает уменьшаться. При некото­ром входном сигнале наступает режим насыщения, которому соответствуют максимальные выходная мощность и электронный кпд.

В непрерывном режиме ЛБВМ имеют выходную мощность до нескольких киловатт и электронный КПД ≈ 40%, а для импульс­ного режима мощность ЛБВМ до нескольких мегаватт и КПД ≈ 60%.Достоинством ЛБВМ (помимо высокого электронного КПД и широкой полосы усиления) является также хорошая фазо­вая стабильность выходного сигнала. Коэффициенты шума в сов­ременных ЛБВМ и ЛБВО сравнимы. Широкое применение ЛБВМ нашли в качестве мощных выходных усилителей в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.