СОВРЕМЕННЫЕ ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ, ИХ КОНСТРУКЦИИ, ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И ПАРАМЕТРЫ

Г.В. Рувинский

1. Введение

Лампы бегущей волны (ЛБВ) относятся к вакуумным приборам сверхвысоких частот (СВЧ), которые осуществляют преобразование кинетической энергии движущихся в вакууме электронов в энергию электромагнитного поля путем взаимодействия электронов с электромагнитной волной. Как и клистроны ЛБВ относятся к приборам О-типа – направление напряженности постоянного электрического поля совпадает с направлением напряженности формирующего магнитного поля [1]. В приборах М-типа (магнетронные приборы) происходит преобразование потенциальной энергии электронов в энергию электромагнитного поля под действием «скрещенных» (взаимно перпендикулярных) электрического и магнитного полей.

2. Основные принципы работы ЛБВ

ЛБВ относятся к нерезонансным приборам с длительным взаимодействием, в которых соблюдается синхронизм

υ_е ≈ υ_ф , (1)

где υ_е = – скорость электронов, м/с, (2)

υ_ф – фазовая скорость электромагнитной волны; – отношение заряда электрона к его массе; – ускоряющее напряжение, В.

Подставляя значение в (2), получаем расчетное уравнение:

υ ≈ 5,95 ∙ 10⁵ . (3)

Если попытаться осуществить принцип синхронизма в линиях передачи, в которых электромагнитная волна распространяется с фазовой скоростью, близкой к скорости света, потребуется ускоряющее напряжение примерно 250 000 В. Делать такие приборы нецелесообразно (кроме крайне высокого напряжения – огромная масса и необеспеченность электропрочности, вредные γ-излучения и т. д.)

Поэтому в ЛБВ применяют специальные линии замедления – замедляющие системы (ЗС). В качестве примера можно рассмотреть механизм замедления в спирали.

Рис. 1. Механизм замедления электромагнитной волны в спирали

В некотором приближении можно считать, что волна движется по проводнику со скоростью света «с», тогда

u»csinj (4)

Отсюда находим коэффициент замедления электромагнитной волны:

≈ (5)

Введем основные определения замедляющих систем:

γ », (6)

где γ – волновое число или постоянная распространения, – длина замедленной волны в ЗС.

Коэффициент замедления можно записать следующим образом:

(7)

Если разность фаз на период ЗС можно обозначить как

γd, (8)

то . (9)

Дисперсионными характеристиками ЗС называются зависимость коэффициента замедления от длины волны n() либо зависимость круговой частоты от постоянной распространения (ω ()).

Дисперсия может характеризоваться величиной (/n) ∙ (∂n/∂). При значениях ∂n/∂< 0 дисперсию называют нормальной, при ∂n/∂> 0 – аномальной.

На рис. 2 показаны случаи нормальной положительной дисперсии (1), аномальной положительной (2) и аномальной отрицательной (3).

Рис. 2. Случаи дисперсии: 1 – нормальная положительная дисперсия; 2 аномальная положительная дисперсия, 3 – аномальная отрицательная дисперсия

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--