Устройство и принципы работы амплитрона.

Устройство имеет много общего с магнетроном (рис 7.1). Как и в многорезонаторном магнетроне имеется цилиндрический катод и анодный блок с резонаторами. В магнетроне замедляющая система, образованная цепочкой резонаторов замкнута, а в амплитроне разомкнута. Это достигается разрывом системы связок. ВЧ развязка между разомкнутыми концами осуществляется с помощью специальной ячейки. Концы замедляющей системы амплитрона связаны с СВЧ входом и выходом прибора и согласованы с внешними СВЧ трактами. Так в усилителе достигается режим бегущей волны и обеспечивается его работа в достаточно широкой полосе частот. С целью устранения самовозбуждения на р-виде, типичного для магнетронного генератора, амплитрон имеет нечетное число резонаторов.

Рис 7.1

В ячейке, осуществляющей развязку входа и выхода, электронный поток не взаимодействует с полем волны рабочего вида колебаний. В амплитроне этот сектор небольшой и при его прохождении электронная спица не успевает разгруппироваться под действием собственного пространственного заряда. Именно с сохранением сгруппированной спицы по всей окружности пространства взаимодействия амплитрона связано использование замедляющей системы с аномальной дисперсией. В амплитроне рабочей является обратная пространственная гармоника, при которой фазовая и групповая скорости волн направлены противоположно. Направление магнитного поля, перпендикулярного плоскости чертежа, выбирается таким, чтобы движение электронов происходило навстречу потоку СВЧ энергии, движущейся между входом и выходом. Электронная спица, вращающаяся в направлении, противоположном направлению нарастания СВЧ амплитуды по ЗС, после прохождения ячейки, осуществляющей развязку между входом и выходом, попадает под выходные ячейки анодного блока. В этих ячейках амплитуда СВЧ поля максимальна и происходит быстрое восстановление частично разгруппированной спицы. Благодаря этому эффективно используется энергия сгруппированного пространственного заряда и к.п.д. амплитрона достигает 70-80% и более. Отсутствие замкнутой колебательной системы обуславливает относительную широкополосность усилителя.

Потери, вносимые при прохождении СВЧ сигнала через «холодную» ЗС не превышают 0.5дБ. При подаче анодного напряжения амплитрон усиливает сигнал, поступающий на его вход, по практически не влияет на сигнал, наступающий со стороны выхода, т.е. ведет себя как четырехполюсник с однонаправленным усилением проходящего сигнала.

При рассогласовании входа и выхода амплитрон может самовозбудиться. Для устранения самовозбуждения на входе и выходе включаются ферритовые вентили.

Электронный поток устойчив (стационарен) как и в магнетроне при условии

,

где:

N -число сегментов анодного блока;

-сдвиг фазы СВЧ поля на одну ячейку анодного блока.

Амплитрон может работать на частотах сигнала, для которых фазовый сдвиг на ячейку равен

.

При этом спица, образующаяся в тормозящем СВЧ поле, совершив один оборот вокруг катода, снова попадет в максимум тормозящего поля и будет взаимодействовать с ним.

Если частота не удовлетворяет последнему условию, то спица после одного оборота не попадет в прежнюю фазу СВЧ сигнала, а будет опережать или отставать по фазе на угол . Если

или

спицы после одного оборота попадают в ускоряющее поле и будут распадаться.

Это позволяет оценить полосу пропускания амплитрона

Например, для амплитрона с N = 11, n = 4 и = 0 соответствует =131⁰. Граничным сдвигам фазы соответствуют = 123⁰ и = 139⁰. Так что

Если связь между фазой и частотой была бы линейной, то полоса пропускания составила бы 12%. Для реальных дисперсионных характеристик полоса пропускания не превышает 10%.

Дата добавления: 2015-07-12