Устройство и принцип работы ОК

Основное назначение отражательных клистронов — генерирование СВЧ колебаний малой мощности.

Принципиальная схема отражатель­ного клистрона изображена на рис. 1.

Рис. 1.

Идеализированная схема и график распределения постоянного потенциала между электро­дами клистрона показаны на рис. 2.

Между резонатором и отражателем есть точка нулевого потенциала( ₀).

В резонаторе происходит модуляция электронного потока по скорости: электроны, которые прошли сетку при нулевом потенциале ₀ имеют скорость:

= ;

Рис. 2

Эти электроны дойдут до точки нулевого потенциала ₀ и повернут обратно. Электроны, имеющие < не доходя до точки нулевого потенциала повернут обратно. Двигаясь обратно к резонатору, электроны группируются в сгустки. Т.о. ускоренные электроны дольше находятся в пространстве резонатор-отражатель. Процесс группирования электронов проиллюстрируем с помощью пространственно-временной диаграммы и поясним её:

Рис. 3.

Рис.4.

Сгустки электронов образуются следующим образом: вокруг электрона, не получившего скоростную модуляцию группируются электроны, ранее вышедшие и ускоренные, а также позже вышедшие и замедленные. Т.о. образуется электронный ток:

I_e=2 I₀₂ J₁(x) sin( t- ₁/2- ₂- /2)

(в пролетном клистроне будет не (- /2), а (+ /2))

где: ₁ – угол пролета между сетками;

₂ – угол пролета в пространстве резонатор-отражатель.

Сгусток электронов возвращается и пролетает зазор второй раз, т.е. происходит взаимодействие сгустка с полем резонатора. Чтобы сгусток отдал энергию резонатору, он должен попасть в тормозящую фазу. В этом случае сгусток затормаживается и отдает часть своей кинетической энергии СВЧ полю резонатора (что приведет к увеличению СВЧ напряжения в резонаторе), затем электроны улавливаются сеткой резонатора g₁ n стенками резонатора. Т.о. в отражательном клистроне осуществляется положительная обратная связь по электронному току, что приводит к установлению стационарных СВЧ колебаний.

Пространственно-временная диаграмма дает возможность установить фазовые условия самовозбуждения отражательного клистрона. Если учесть, что электронный сгусток при возврате в резонатор имеет противоположное направление скорости, то тормозящим для него будет тот полупериод СВЧ напряжения, который ранее, при первом пролете, был ускоряющим. Т.о. для возникновения генерации в отражательном клистроне необходимо, чтобы сгустки возвращались в резонатор через время 3/4Т, 3/4Т-Т, 3/4Т+2Т и т.д. При изменении напряжения на отражателе генерация в отражательном клистроне будет происходить отдельными зонами, соответствующими различным временам пролета электронов.

Времени пролета t=3/4T – соответствует нулевая зона возбуждения (n=0) времени 3/4Т+Т – первая зона (n=1). Т.о. можно записать условие, при котором электронные сгустки будут приходить в максимум тормозящего ВЧ поля (условие генерации отражательного клистрона):

=3/4Т+nТ, n=01,2…

или: = = 2 +n*2 =2 (n+ );

₂=2 (n+ )

Типичная зависимость генерируемой мощности от напряжения между отражателем и катодом (U_отр) покажем на рис. 5

Рис. 5.

Напряжения на отражателе, соответствующие центрам зон генерации при малости зазора d в сравнении с расстоянием D вычисляется по формуле:

n+ =(f₀D )/( - U_отр);

где: n – номер зоны генерации;

f_{0 –} резонансная частота резонатора;

- ускоряющее напряжение;

U_отр – напряжение на отражателе;

Число зон генерации определяется U_отр и расстоянием резонатор-отражатель(D).

Дата добавления: 2015-07-12