Амплитудная характеристика пролетного усилительно клистрона

Амплитудная характеристика усилительного пролетного клистрона – это зависимость при постоянной частоте входного сигнала рис.4 а

Объясним, используя диаграмму группирования, ход этой зависимости.

Увеличение мощности сигнала, подаваемой на вход первого резонатора () при постоянной частоте означает увеличение амплитуды переменного напряжения на стенках первого резонатора, модулирующий е поток по скорости (. Когда (), то все е пролетевшие первый резонатор, будут лететь в пространстве дрейфа со средней скоростью , где - постоянное напряжение на резонаторе. Сгусток при этом не образуется. На рис. 4б – траектория движения е изображена параллельная линиями, имеющими угол наклона пропорциональный скорости .

При малом , соответствующим точке А, на кривой рис. 4а, появляется на сетках резонатора 1 переменное напряжение , которое модулирует е поток (е 3 ускоряется, е 1 – подтормаживается, е 2 – невозмущенный), но из- за того, что амплитуда , невелик, разница скорости ускоренного и заторможенного е – ов будет так же невелика и сгусток сформируется при большом Z, т.е. ускореннык е не скоро догоняют замедленные. На диафрагме группирования (рис. 4в) углы наклона 1 и 3 е не очень отличаются от угла наклона е2 и точка их пересечения встречи (плотный сгусток) будет находится за плоскостью 2 резонатора. В плоскости 2 резонатора сгусток будет размыт из-за недогруппировки е потока и отдаваемая мощность невелика.

Увеличение (а следовательно и ) приведет к увеличению параметра скоростной модуляции v:

,

т.е. е3, попавший в положительный полупериод будет больше увеличивать свою скорость, а е1 больше замедлять е, в результате ускоренный е, вылетевший позже заторможенного быстрее догонит его. Сгусток будет формироваться при меньшем Z и в области второго резонатора становиться менее размытым, мощность будет расти соответствует т. Б. При входной мощности кривая рис. 3а, сгусток будет формироваться при Z соответствующем плоскости второго резонатора. На диаграмме группирования (рис. 4с) углы наклона 1 и 3е будут в большей степени, т.е. встречи е (малый сгусток) будет находится в плоскости второго резонатора. При , соответствующим т. В кривой рис. 4а, переменное напряжение на сетках первого резонатора значительно увеличивается, параметр скоростной модуляции еще больше увеличится, более ускоренные е еще быстрее догоняют заторможенные, сгусток сформируется при еще меньшем значении Z, а в области второго резонатора он становится перегруппированным, но тоже размытым, следовательно мощность начнет уменьшаться. При малых сигналах, т.е. от 0 до т. Б характеристики рис. 4а коэффициент усиления клистрона имеет наибольшую величину реализуется линейная зависимость выходной мощности от мощности на входе. Это область работы входных усилителей, соответствующая режиму работы, когда х=1 или чуть меньше.

Если необходимо получить максимальную выходную мощность и КПД, а нелинейной характеристики не играет существенной роли, то рабочая точка клистрона должна находится вблизи максимума кривой . Эта область работы мощных выходных усилителей. Здесь параметр группирования х>1, а точнее х=1,84. Это связано с тем, что выходная мощность определяется величиной первой гармоники функции Бесселя. Как Вы помните электронный ток в выходном резонаторе несинусоидальный, содержит множество гармоник, но его величина в основном зависит от первой гармоники (формула 10)

Максимум же первой гармоники функции Бесселя , наступает при х=1,84.

Амплитудно – частотные характеристики усилительного пролетного клистрона

Входной резонатор пролетного усилительного клистрона, на который подается усиливаемый сигнал, представляет собой колебательный контур и соответственно резонансная кривая такого контура (входного резонатора) имеет вид, изображенный где – то по вертикальной оси, отложена амплитуда напряжения, возникающая на стенках резонатора, по горизонтальной - изменение частоты сигнала - резонаторная частота входного резонатора. Если сигнал подается во входной резонатор на резонансной частоте , то на сетках резонатора возникает меньшая амплитуда переменного напряжения (т. А на рис. Б). При отстройке, когда на сетке входного резонатора возникает меньшая амплитуда переменного напряжения и тем меньше, чем больше отстройка. Причем, при частотах () и () амплитуда переменного напряжения будет одинакова и равна .

Зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала при постоянном уровне входной мощности для случая, когда изображена на рис. 6а. По вертикальной оси отложено значение коэффициента усиления в относительных единицах, по горизонтальной, изменяющаяся частота сигнала, - частота сигнала, равная резонансной частоте входного резонатора. Объясним ход этой зависимости, используя диаграмму группирования.

В случае, когда на сетках входного резонатора возникает максимальная амплитуда переменного напряжения , учитывая, что , эта амплитуда будет равна оптимальному напряжению , обеспечивающему такую скоростную модуляцию е, которая приводит к формированию сгустка наиболее плотному в плоскости второго резонатора. Оптимально сгруппированный сгусток отдает максимум кинетической энергии СВЧ полю коэффициент усиления максимален (в отн. един. = 1). При отстройке () (рис. 6а), коэффициент усиления падает. Это объясняется так: при отстройке по частоте на сетках входного резонатора возникает амплитуда переменного напряжения . В этом случае изменится модуляция е по скорости. Меньшая амплитуда переменного напряжения , будет меньше ускорять е3, меньше тормозить е1, сгусток сформируется при большем Z, а в плоскости второго резонатора будет недогруппированные, т.е. размытыми (рис. 6а) и отдает меньшую мощность, что приведет к спаду коэффициента усиления. Отстройка () приведет к тому же эффекту, т.к. амплитуда переменного напряжения возникающая на сетках первого резонатора одинакова при отстройке () и ().

Зависимость коэффициента усиления от частоты для случая, когда изображена на рис. 7а

На резонансной частоте (рис. 7а, т. А) на сетках входного резонатора возникает максимальная амплитуда напряжения (см. рис. 5), но т.к. по условию , то возникшее амплитудное напряжение будет больше оптимальной, т.е. е3 (см.рис.7б), попавший в положительный полупериод будет больше увеличивать свою скорость, а е1 больше замедлять её, в результате ускоренный е, вылетевший позже заторможенного быстрее догонит его. Сгусток будет формироваться при меньшем Z и в области второго резонатора станет перегруппированным, т.е. размытым, что приведет к небольшому значению коэффициента усиления (к<1).

При отстройки (рис. 7а, т. Б), на сетках входного резонатора возникает меньшая амплитуда напряжения (см. рис. 5), и приблизиться к оптимальной величине . При оптимальном скоростная модуляция такова, что сгусток сформируется в области второго резонатора (см. рис. 7в). Плотный сгусток отдает максимум энергии и коэффициент усиления будет равен 1. При еще большей отстройке (рис. 7а, т. С), на сетках входного резонатора возникает еще меньшее амплитудное напряжение (см. рис. 4) и станет меньше оптимальной величины (см. рис 7). Параметр скоростной модуляции v уменьшается, т.е. скорости невозмущенного, ускоренного и заторможенного е будет мало друг от друга, в результате ускоренный е3, вылетевший позже заторможенного е1 нескоро догонит его. Плотно сгруппированный сгусток, будет при большем Z, а в области второго выходного резонатора сгусток будет недогруппированным, следовательно коэффициент усиления уменьшится.

Зависимость коэффициента усиления от частоты, для случая когда изображен на рис. 8а

На резонансной частоте (рис. 8а, т. А), на сетках выходного резонатора возникает максимальная амплитуда напряжения (см. рис. 5), но т.к. по условию , то возникшая амплитуда напряжения будет меньше оптимальной, т.е. (см. рис. 8б). При малом значении параметр скоростной модуляции v будет мал, т.е. скорости невозмущенного, ускоренного и замедленного е будут мало отличаться друг от друга, в результате ускоренный е3, вылетевший позже замедленного е1 не скоро догонит его. Плотно сгруппированный сгусток будет при большом Z, а в области второго выходного резонатора, сгусток будет недогруппированным, следовательно, даже на резонансной частоте коэффициент усиления будет меньше 1. При отстройке (рис. 8 а, т. А), амплитуда напряжения на сетках входного резонатора еще более уменьшится в области второго выходного резонатора сгусток будет еще более недогруппированным (рис. 8в), коэффициент усиления в т. С будет еще меньше.

Рабочая полоса двухрезонаторных клистронов вследствие высокой добротности резонаторов невелика и обычно не превышает доли % от средней частоты, а коэффициент усиления состовляет 10 – 15 дБ.

Дата добавления: 2015-07-12