Реферат: Современные лампы бегущей волны их конструкции физические принципы работы и параметры

Из условий синхронизма (1) и с учетом (2) для каждого значения коэффициента замедления

(10)

В соответствии с (5)

(11)

Отсюда формируется очень важный вывод: ЛБВ работает в режиме полезного усиления входного сигнала только при определенных значениях ускоряющего напряжения и каждой точке частотного рабочего диапазона ЛБВ соответствует свое значение оптимального ускоряющего напряжения (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость усиления входного сигнала от ускоряющего напряжения

В ЛБВ электроны движутся в тормозящем поле волны (только в этом случае они могут отдать свою кинетическую энергию электромагнитному полю). Для их эффективного взаимодействия с полем необходимы не только близость скоростей электронов υ_е и волны υ_ф , но и максимальное значение величины сопротивления связи (Ом):

R_св = |e_m |² /2γ^{2 ·} P (12)

где Р – средний по времени поток энергии через любое поперечное сечение ЗС, |e_m |² – средний по объему электронного потока квадрат амплитуды составляющей электрического поля, взаимодействующий с электронами, m – указывает номер пространственной гармоники.

Сопротивление связи – чрезвычайно важный параметр, который определяет и коэффициент усиления и коэффициент полезного действия. Часто полоса рабочих частот в ЛБВ ограничивается не полосой пропускания замедляющей системы и ее дисперсионной характеристикой, а большим перепадом сопротивления связи и невозможностью согласовывать вывод энергии с ЗС.

В настоящем сообщении не ставится задача рассмотрения теории и расчета основных характеристик ЛБВ. Это можно изучить по многим научно-техническим работам и учебникам. Целью настоящей статьи является описание принципов построения современных ЛБВ и их основные параметры.

3. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛБВ

ЛБВ состоит из следующих основных узлов: замедляющая система (ЗС) с вводом и выводом энергии; электронная пушка; коллектор. Дополнительно можно рассматривать электронно-оптическую систему (ЭОС), обеспечивающую формирование электронного луча заданной конфигурации.

Рассмотрим подробнее каждый из узлов ЛБВ и ее ЭОС.

Замедляющая система

Основные типы замедляющих систем изображены на рис. 4. Первые два типа ЗС – «спиральная» (а) и «кольцо-стержень» (б) относятся к спиральным ЗС, третий (в) и четвертый (г) – к цепочкам связанных резонаторов (ЦСР).

Спиральные ЛБВ обеспечивают большую полосу рабочих частот

×100 ≥100%

,

где f_в – верхняя граница рабочего частотного диапазона, f_н – нижняя граница рабочего частотного диапазона. Следует обратить внимание, что 100 % рабочей полосы соответствуют 1,5 октавам (октава соответствует условию, когда

Большим недостатком спиральных ламп является ограничение теплоотвода от спирали. Это связано с тем, что спираль помещена в вакуумную оболочку и изолируется от нее с помощью диэлектрических опор (рис. 5).

Рис. 5. Схема размещения спирали в замедляющей системе

Теплопроводность при комнатной температуре самой теплопроводящей керамики окиси бериллия (ВеО) составляет 150…200 Вт/м×К (у меди 400…450 Вт/м×К). С ростом температуры теплопроводность ВеО падает до 100…130 Вт/м×К.

Иногда рассматривается возможность применения алмазных диэлектрических опор, теплопроводность которых в 4 раза выше, чем у меди. Однако стоимость ламп в этом случае становится несоизмеримо большой. В подавляющем большинстве случаев выпуск их становится нецелесообразным.

По этой причине средняя или непрерывная мощность современных спиральных ламп не превышает 2,5 кВт.

Ограничен выпуск спиральных ЛБВ на большие импульсные мощности при малых средних мощностях

Р_ср = Р_имп · К₃ , (13)

где – коэффициент заполнения; – длительность импульса; Т – период повторения импульсов.