Классификация ЭП СВЧ

В соответствии с рассмотренными особенностями и принципами построения ЭП их можно разделить на несколько групп.

В приборах с длительным взаимодействием электронный поток может обме-ниваться энергиями с бегущими прямой или обратной волной (соответствен-но существуют лампы бегущей (ЛБВ) и обратной (ЛОВ) волны с соответствующим типом фокусировки потока и его группирования в сгустки (типы «О», «Е», «М»).

Наличие прямых и обратных волн в ЗС связано с несинусоидальным (Нели-нейным) распределением в них амплитуды ЭМП по продольной оси z, что позво-ляяет представить это поле в виде пространственных гармоник ряда Фурье по z, распространяющихся с различными положительными и отрицательными фазовы-ми скоростями υ_фк. Обычно в ЭП используют нулевую прямую пространственную гармонику (скорость υ_ф0) и первую обратную пространственную гармонику (ско-рость υ_ф-1). Наличие дисперсии фазовых скоростей (нормальной для υ_ф0, уменьша-ющейся с ростом частоты f и аномальной для υ_ф-1, растущей с увеличением f) не позволяет реализовать ЭП с бесконечно широкой полосой усиления или гене-рации.

Приборы с обратной волной создаются обычно как автогенераторы, посколь-ку они легко самовозбуждаются за счет наличия внутренней положительной об-ратной связи через электронный поток (электронный поток движется со скоростью υ₀ ≈ υ_ф-1 навстречу распространению энергии СВЧ в ЗС с групповой скоростью υ_гр: он синхронизирован с υ_ф-1, направленной противоположно распространению υ_гр).

Приборы с прямой (бегущей) волной создаются как усилители СВЧ. На основе приборов с кратковременным и длительным взаимодействием возможно создание комбинированных приборов (например, комбинации пролетного клистрона и ЛБВ-О – твистрона или комбинации лампы-триода СВС с пролетным клистроном – клистрода).

Далее (рис. 1.7) приведена функциональная классификация основных типов ЭП СВЧ, а также их названия. Их конкретное устройство рассматривается в курсе лекций и в учебниках.

Рис. 1.7. Функциональная классификация ЭП СВЧ

Необходимо отметить, что деление ЭП СВЧ на усилители (У) и автогене-раторы (Г) в какой-то мере условно. В принципе любой усилитель СВЧ можно превратить в автогенератор путем введения внешней положительной обратной связи (ОС) и выполнения условий баланса фаз и амплитуд:

1) ∑φ=φ_y+φ_ос= 2πn, (n = 1,2,3,..);

2) к_общ= к_y+к_ос ≥ 1, где φ_y, φ_ос, к_y, к_ос – фазовые сдвиги и коэффициенты передачи усилителя СВЧ и цепи ОС.

Для реализации указанных условий в цепь ОС через направленный ответ-витель НО включают аттенюатор и фазовращатель (рис. 1.8, а).

а) б)

Рис. 1.8. Усилитель СВЧ в режиме автогенератора (а);

включение автогенератора СВЧ в режим регенеративного усиления (б)

Наоборот, нарушением условий баланса амплитуд в автогенераторе (напри-мер уменьшением рабочего тока) можно ввести его в режим регенеративного усиления с положительной внутренней ОС, осуществив развязку входного и вы-ходного сигналов с помощью невзаимного развязывающего устройства – фер-ритового циркулятора (рис. 1.8, б).

По этой же схеме рис. 1.8, б можно осуществить синхронизацию ГСВЧ в режиме генерации (I_раб > I_пуск) внешним сигналом мощностью Р_с<<Р_г (Р_г – генерируемая мощность) на частоте синхронизации f_с, близкой к частоте генера-ции f_г. Относительная полоса синхронизма будет зависеть от отношения и может составлять единицы процентов. Относительная нестабильность генери-руемой частоты при этом станет близка к относительной нестабильности частоты синхронизирующего сигнала более высокой стабильности.

Более подробное рассмотрение ЭП СВЧ с указанием их особенностей, назначения, названия и типа фокусировки, частотного диапазона, полосовых свойств, выходной мощности, основных характеристик и схемы электропитания приведено далее.