ЛБВ-О в режиме генерации

ЛБВ-О, как и пролетный клистрон, можно использовать в режиме автоге-нератора (рис. 1.8, а)сизменением частоты генерации в зависимости от ускоряю-щего напряжения U₀. Для предотвращения генерации на двух и более частотах, для которых при выполнении условия баланса амплитуд выполняются и свои условия баланса фаз, в цепь положительной обратной связи помещают полосовой фильтр (например полосковой конструкции) или низкодобротный резонатор на требуемую частоту генерации. Полоса перестройки ЛБВ-О как генератора узкая (единицы %), а модулятор для изменения U₀ должен иметь необходимую мощность. Однако, в отличии от генераторных ламп обратной волны типа «О» (ЛОВ-О), выходная мощность у ЛБВ-О в режиме генерации достигает номиналь-ной (паспортной), и она много больше, чем у ЛОВ-О.

3.3. Лампы обратной волны типа «О»

При использовании ламп бегущей волны типа «О» (ЛБВ-О) в качестве автогенератора диапазон перестройки частоты от изменения U₀ получается очень узкий, поскольку условие баланса фаз нарушается из-за роста фазового сдвига внутри ЛБВ-О и во внешней цепи положительной обратной связи в одну и ту же сторону.

При использовании для генерации обратной волны с аномальной дисперсией, взаимодействующей с электронным потоком, направление распространения энер-гии (групповой скорости), создающей положительную обратную связь, противо-положно, а сумма положительного и отрицательного фазовых сдвигов оказывает-ся постоянной при изменении скорости потока (частоты генерации). Такая лампа была названа лампой обратной волны (ЛОВ-О). При соответствующей конструк-ции широкополосной ЗС на ней получают перестройку по частоте на октаву. Электрическая схема включения ЛОВ-О представлена на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Электрическая схема включения ЛОВ-О

Ввиду того, что выход энергии генерации находится в ЛОВ в начале ЗС, то электронный поток оказывается перемодулированным по скорости, и в ЛОВ невозможно получить, как и в ОК, мощность генерации более 1 Вт. Генерация возникает при автоматической установке режима работы, когда скорость электро-нов υ_е > υ_ф-1 оптимальным образом (в ЛБВ-О υ_е > υ_ф0). Перестроечная характе-ристика ЛОВ-О приведена на рис. 3.8. Ввиду того, что зависимость

υ₀=υ_е= ~

степенная, то и частотная перестройка тоже будет нелинейна.

Рис. 3.8. Перестроечная характеристика ЛОВ-О

Изменение Р_г по диапазону генерации связано с переотражениями энергии СВЧ от выхода ЛОВ-О и поглотителя в ЗС. Эти колебания мощности генерации можно стабилизировать с помощью системы автоматической регулировки мощ-ности (АРМ), использующей в качестве регулировочной характеристики измене-ния Р_г от тока пучка, зависящего от напряжения на первом аноде (А₁) (рис. 3.9). При больших значениях U_А1 мощность Р_г уменьшается из-за возрастания тока первого анода (перехват электронов).

Рис. 3.9. Зависимость мощности генерации в ЛОВ-О от напряжения первого анода

и режим регенеративного усиления при U_А1< U_{А пуск}

Схема стабилизации мощности генерации ЛОВ-О необходима в широкопо-лосных измерителях КСВ, полных сопротивлений, или для гетеродинов панорам-ных приемников СВЧ и приведена на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Функциональная схема автоматической регулировки (стабилизации)

мощности (АРМ) при генерации ЛОВ-О

В результате при некотором уменьшении Р_г происходит её стабилизация (рис. 3.8). Из зависимости Р_г=f (U_А1) следует (рис. 3.9), что при U_А1 < U_{А1 пуск} ЛОВ-О перестает генерировать, но может быть использована как регенеративный усилитель (с положительной обратной связью). Схема его включения приведена на рис. 1.8, б в п. 1.

В связи с сильной дисперсией υ_ф-1 от f=f_усил усиление сигнала будет происхо-дить на определенной частоте (в очень узком диапазоне), соответствующей опти-мальному соотношению υ₀>υ_ф-1 при ускоряющем напряжении U₀. При U > U₀ скорость υ возрастет, и усиление будет происходить на другой частоте, соот-ветствующей скорости υ (υ > υ оптимально) (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Усилительные характеристики ЛОВ-О в режиме регенеративного усиления

Таким образом, ЛОВ-О в режиме регенеративного усиления можно исполь-зовать как узкополосный перестраиваемый напряжением селективный усилитель СВЧ.

Очевидно, что при U_А1>U_{А1 пуск} ЛОВ-О при указанной схеме включения с применением ферритового циркулятора превращается в автогенератор, синхро-низируемый внешним сигналом Р_с, близким по частоте к генерируемому в полосе синхронизации Δf_с. Полоса Δf_с=f(Р_с), ЛОВ-О в этом режиме соответствует экви-валентному усилителю с К_{ус. э} = в полосе Δf_с. Эффективность работы в этом режиме намного больше, чем в режиме регенеративного усиления, поскольку Р_вых=Р_г>>Р_усил, где Р_усил– мощность на выходе ЛОВ-О в режиме усиления. Обычно К_{ус. э} ≈ 10÷20 дБ в полосе 1÷0,1%.

Недостаток ЛОВ-О – зависимость f_г от внешних магнитных полей, включая поле Земли, что требует её магнитной экранировки. ЛОВ-О разработаны на диа-пазоны частот от дециметрового до миллиметрового и в области миллиметровых длин волн успешно конкурируют с полупроводниковыми генераторами.