Генераторы дециметровых и сантиметровых радиоволн (часть 5)


Практическая реализация рассмотренных здесь принципов имеет место в магнетроне, который показан в разрезе на рис. 420. Здесь расположение резонаторов в линию заменено расположением по окружности. Это удобно для практического выполнения. Магнитное поле постоянного магнита создается вдоль оси цилиндра.
Генераторы дециметровых и сантиметровых радиоволн (часть 5)

Рассмотренный принцип является одним из многих, которые можно использовать и которые используются на практике. Однако все устройства СВЧ работают на электронных потоках, осуществляющих обмен и преобразование энергии источника питания в энергию высокой частоты.
В качестве генераторов и усилителей СВЧ наиболее часто применяют клистроны и магнетроны. Клистроны с перестройкой в пределах полосы около 10 % от средней частоты широко используют в качестве местных гетеродинов и в других случаях, когда требуется мощность не более нескольких ватт. Однако можно также сконструировать клистроны, рассчитанные на мощности порядка киловатт. Магнетроны, имеющие больший к. п. д. (примерно до 70%), способны отдавать большую мощность — от нескольких ватт до нескольких мегаватт в импульсе. Они нашли самое широкое применение в радиолокации. В обоих этих приборах используются резонаторы с высоким Q. Поэтому они обладают очень узкой полосой частот. Для работы с более широкой полосой частот, как например в широкополосных усилителях, применяют лампу бегущей волны. В ней, как в клистронах и магнетронах, используется взаимодействие электронного потока с электрическим полем. На рис. 419 электронный поток и электрическое поле как бы синхронно перемещаются слева направо. При этом движущийся вдоль лампы электрон всегда сохраняет примерно одно и то же положение относительно электрического поля. В этом смысле устройство рассматривается как прообраз лампы бегущей волны. Возможно создать лампу бегущей волны с размещением резонаторов вдоль стенки. Существенным является движение волны напряженности электрического поля вдоль лампы примерно с той же самой скоростью, с какой движется электронный луч. В обычных «ненагруженных» или однородных линиях передачи электромагнитная волна или волна интенсивности электрического поля перемещается со скоростью, примерно равной скорости света. Скорость электронного луча зависит от ускоряющего напряжения и всегда меньше скорости света.
Для напряжений, обычно используемых в лампе бегущей волны, скорость электронов может составить только около 0,1 скорости света. Поэтому необходимы средства замедления электромагнитной волны. Наиболее простым таким средством в случае коаксиальной линии является изготовление внутреннего провода в виде спирали, как показано на рис. 421. Напомним, что скорость волны в линии определяется выражением:
υ=1/√LC.

Генераторы дециметровых и сантиметровых радиоволн (часть 5)

Очевидно, что эта скорость может быть существенно уменьшена при увеличении индуктивности на единицу длины внутреннего провода, например, в том случае, если она имеет вид спирали, как показано на рисунке. Другим методом рассмотрения движения волны является движение со скоростью света, но по удлиненной спиральной траектории. Поэтому вдоль оси волна распространяется с меньшей скоростью в зависимости от диаметра и шага спирали. В общем, легко можно уменьшить скорость движения электромагнитной волны вдоль оси и уравнять ее со скоростью движения электронного потока. Если это выполнено, то возникает возможность преобразовать часть энергии электронного потока в электромагнитную волну и таким образом увеличить амплитуду, т. е. интенсивность электрического поля.