Формирование помехового сигнала в передатчике на ЛОВ-М

Для получения ЧМШП необходимо иметь генератор, у которого приращение частоты модулируемых колебаний прямо пропорционально напряжению модулирующих шумов. Наиболее часто в передатчиках ЧМШП в качестве генераторов используют лампы обратной волны с ортогональными (скрещенными) электрическим и магнитным полями (ЛОВ-М).

ЛОВ – электровакуумный прибор, в котором генерирование электромагнитных колебаний СВЧ происходит при взаимодействии встречно движущихся электронного потока и электромагнитной волны, бегущей по замедляющей системе. В ЛОВ-М, в отличие от ЛОВ-О, в энергию СВЧ поля преобразуется потенциальная, а не кинетическая энергия электронов.

Работу передатчика на ЛОВ-М рассмотрим на примере схемы, приведенной на рис. 3, где:

1 - катод с системой фокусирования луча;

2 - управляющий электрод (анод);

3 - замедляющая система;

4 - поглотитель электромагнитной энергии;

5 - коллектор электронов;

6 - холодный катод;

7 - элемент связи замедляющей системы с волноводом.

Рис. 3

Вакуумный баллон ЛОВ помещается в магнитное поле с индукцией В, поперечное относительно движения электронов (обозначено на рис. в виде знаков "+" в кружочках, которые показывают, что вектор магнитной индукции направлен по нормали к плоскости рисунка и пронизывает его).

ЛОВ-М большой мощности выполняют с цилиндрическими электродами. Над холодным катодом расположена замедляющая система, которая имеет штыри высотой h ≈ λ ₀ /4, где λ ₀ – среднее значение длины волны генерируемых колебаний. Каждая ячейка этой системы представляет собой широкополосный колебательный контур, образованный индуктивностью, закороченной на конце длинной линии, и паразитной емкостью между штырями.

Электроны, эмитированные катодом, двигаясь в сторону коллектора, фокусируются в «тонкую ленту», ширина которой равна поперечному размеру штырей замедляющей системы. Это обеспечивается в результате уравновешивания электрической силы, притягивающей электрон к аноду, с магнитной силой, закручивающей электрон по часовой стрелке. Примерный вид траектории движения электронов в ЛОВ под воздействием скрещенных электрического и магнитного полей показан на рис. 3 пунктиром.

Расстояние электрона от холодного катода определяет значение его потенциальной энергии. Если электрон достигает замедляющей системы, то она равна нулю, а когда электрон находится у холодного катода, то она максимальна.

Электронный поток создает в замедляющей системе наведенный ток и ЭМП пространственных волн с длинами, кратными λ ₀. При выполнении для

одной из гармоник условия фазового синхронизма V _e = E / B = V _ф начинается взаимодействие электронного потока с полем волны. По замедляющей системе начинает распространяться обратная волна (навстречу электронному потоку) и прямая волна (попутно с ним). Прямая волна, достигнув поглотителя 4, поглощается в нем почти полностью, а встречная наращивает свою энергию за счет отбора потенциальной энергии от электронов луча.

Переменное электрическое поле, возникающее между штырями замедляющей системы, своими силовыми линиями "провисает" в пространстве взаимодействия. Его силовые линии представляют собой кривые, соединяющие соседние штыри. В процессе взаимодействия участвует не только переменное электрическое поле замедляющей системы, но и поле постоянного магнита. Модуляция скоростей электронов в луче приводит не только к образованию их сгустков, но и к смещению сгустков относительно замедляющей системы: заторможенный электрон приближается к аноду, передавая часть своей потенциальной энергии переменному полю, а ускоренный удаляется от анода и отбирает у переменного поля часть его энергии.

Задача поддержания положительного баланса передачи энергии переменному полю обратной волны (т.е. поддержание незатухающих колебаний) достигается за счет выбора переносной скорости сгустков электронов, при которой модуль фазовой скорости обратной волны │ V _ф│= V _e , т.е. сгустки каждый раз оказываются между зазорами замедляющей системы в момент, когда поле для них оказывается тормозящим. Для прямой волны разность скоростей│ V _ф│- V _e ≠ 0 и нарастания амплитуды колебаний в элементах не будет. Достигнув поглотителя, прямая волна в основном будет поглощена, а отразившаяся ее часть будет образовывать обратную волну, выполняя тем самым роль положительной связи. Так возникают и поддерживаются в ЛОВ-М незатухающие колебания.

Колебательная (замедляющая) система ЛОВ-М за счет связи между отдельными ее элементами имеет множество резонансных частот. Поэтому в ней в момент возникновения колебаний распространяется множество волн (гармоник), но поддерживается и нарастает только та из них, для которой выполняется условие │ V _ф │= V _e. Следовательно, изменяя V _e (например, за счет изменения напряжения между замедляющей системой и холодным катодом или напряжения на аноде), можно изменить частоту гармоники, для которой обеспечиваются условия для передачи энергии электронов полю замедляющей системы, т.е. частоту генерируемых колебаний.

Характер зависимости генерируемых колебаний от напряжения на электродах ЛОВ-М и процесс получения ЧМШП показан на рис. 4. Возможность двойного управления частотой генерируемых колебаний используется на практике.

Рис. 4

Для настройки передатчика помех на центральную частоту подавляемой РЛС изменяют напряжение на управляющем электроде.

Для модуляции по частоте изменяют напряжение на холодном катоде по закону:

U _хк = E _хк + U _ш (t),

где: U _ш (t) — падение напряжения на лампе модулятора.

У ЧМШП, формируемых с помощью ЛОВ-М, имеются несомненные преимущества перед АМШП:

- изменением величины напряжения модулирующих шумов можно в широких пределах изменять ширину спектра помехового сигнала, ставя передатчик в режим создания прицельных или заградительных по частоте помех;

- при достаточно глубокой модуляции, когда ширина спектра помехового сигнала Δƒ_п, хотя бы в 2 - 3 раза, превосходит ширину спектра модулирующих шумов, в помеховом сигнале отсутствует несущее колебание и, следовательно, вся мощность генератора расходуется на создание маскирующего эффекта в подавляемой РЛС.

Доцент кафедры В.С. Мартьянов

Дата добавления: 2015-07-25