Современные лампы бегущей волны, их конструкции, физические принципы работы и параметры - Физика и энергетика лекция

Главная

Физика и энергетика
Современные лампы бегущей волны, их конструкции, физические принципы работы и параметры

Лампы бегущей волны, основные принципы их работы. Параметры и особенности конструкции ЛБВ. Системы формирования магнитного поля в ЛБВ. Методы магнитной фокусировки электронного луча. Модуляция с помощью электрода "штырь-кольцо". Методы повышения КПД ЛБВ.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
СОВРЕМЕННЫЕ ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ, ИХ КОНСТРУКЦИИ, ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И ПАРАМЕТРЫ
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.
ЛБВ относятся к нерезонансным приборам с длительным взаимодействием, в которых соблюдается синхронизм
где ? е = - скорость электронов, м/с, (2)
? ф - фазовая скорость электромагнитной волны; - отношение заряда электрона к его массе; - ускоряющее напряжение, В.
Подставляя значение в (2), получаем расчетное уравнение:
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 ?-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
Отсюда находим коэффициент замедления электромагнитной волны:
Введем основные определения замедляющих систем:
где ? - волновое число или постоянная распространения, - длина замедленной волны в ЗС.
Коэффициент замедления можно записать следующим образом:
Если разность фаз на период ЗС можно обозначить как
Дисперсионными характеристиками ЗС называются зависимость коэффициента замедления от длины волны n() либо зависимость круговой частоты от постоянной распространения (? ()).
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
Как правило, ЛБВ работает в режиме усиления при нормальной дисперсии или слабоаномальной (аномально положительной). Аномально отрицательная дисперсия соответствует режиму генерации.
Из условий синхронизма (1) и с учетом (2) для каждого значения коэффициента замедления
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 ? е и волны ? ф , но и максимальное значение величины сопротивления связи (Ом):
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.
Выходная непрерывная или средняя мощность, кВт
Область применения преимущественно спиральных ламп
Конкурентная область спиральных ЛБВ и ЛБВ на ЦСР
В задачи электронно-оптической системы (ЭОС) входит формирование эле ктронного луча с наименьшим токооседанием при его прохождении через пространство взаимодействия (замедляющую систему) и аккумулирование электронного луча на коллекторе. Поэтому к ЭОС относятся: электронная пушка, ЗС с фокусирующей магнитной системой и коллектор (рис. 6).
Системой формирования электронного луча называется совокупность электрических и магнитных полей, а также образующих их электродов и магнитных цепей, необходимых для создания электронных потоков нужной конфигурации [4].
Важнейшим параметром ЭОС является первеанс Р (А/В 3/2 ):
Рис. 6. Схема электронно-оптической системы:
I-область электронной пушки; II-переходная область; III-область регулярной части (область взаимодействия электронного луча с электромагнитным полем); IV-область коллектора
Несмотря на простоту формулы, куда входят только величины тока эмиссии с катода (I к ) и ускоряющее напряжение (U о ), первеанс - это чисто конструктивный параметр любого электровакуумного прибора. Его величина определяется конфигурацией электродов в области электронной пушки и расстоянием между катодом и замедляющей системой. От первеанса зависит выбор пролетных каналов, фокусирующих магнитные поля, конфигурация коллектора и т. д.
Значения первеансов для однолучевых ЛБВ находятся в широких пределах: от 0,1·10 -6 до 1,6·10 -6 А/В 3/2 .
При малых значениях первеанса снижается эффективность взаимодействия электронного луча с электромагнитным полем (из-за недостаточного количества взаимодействующих электронов). Это, в свою очередь, приводит к снижению КПД, увеличению геометрической длины для обеспечения заданного коэффициента усиления и к некоторым другим неприятным явлениям, например к более значительному влиянию разброса скоростей электронов на выходные параметры ЛБВ.
Несмотря на это, уменьшение первеанса необходимо только в случаях очень малых сечений пролетных каналов, в частности в миллиметровом диапазоне длин волн, или невозможности обеспечения заданного фокусирующего магнитного поля.
Получение больших значений первеанса связано с необходимостью большого фокусирующего магнитного поля и маленьких межэлектродных промежутков (увеличивается вероятность межэлектродных пробоев). При увеличении первеанса усложняется обеспечение эффективности взаимодействия электронного луча с электромагнитным полем из-за влияния пространственного заряда (возрастает расталкивание электронов в луче).
В то же время большие значения первеанса в однолучевых приборах требуются при необходимости получения больших мощностей, преимущественно в длинноволновых рабочих диапазонах.
Средние значения первеансов ЛБВ находятся в интервалах (0, 3…0,8)·10 -6 А/В 3/2 .
Фактически модулируется отрицательное ускоряющее напряжение, подаваемое на катод (ЗС заземлена). Модуляция катодного напряжения приводит к модуляции электронного потока. Этот способ модуляции применяется редко, так как во-первых, в этом случае модулятор должен изготавливаться на полное напряжение при полной т оковой нагрузке, что приводит к необходимости иметь модулятор большой мощности и отводить от него рассеиваемое тепло. Во-вторых, при катодной модуляции на подъеме и спаде импульсов (на фронтах импульсов) может возникнуть паразитная генерация, которая портит спектр усиливаемого сигнала.
В этом случае также для запирания электронного луча необходимо подавать почти полное запирающее напряжение. Однако в отличие от предыдущего случая режим модуляции является бестоковым, что позволяет несколько снизить тепловые н агрузки в модуляторе. Тем не менее, одной из основных целей модуляции электронного потока является снижение абсолютной величины модулирующего напряжения.
Не следует забывать, что энергия источника переменного напряжения, подаваемого на обкладки конденсатора,
где C - емкость конденсатора; U - переменное напряжение на обкладках.
Снижение величины модулирующего напряжения достигается при следующих двух видах модуляции.
Модуляция с помощью электрода «штырь-кольцо»
На рис. 7 схематически показан катод со «штырем». Модулирующий штырь находится под одним и тем же потенциалом с фокусирующим электродом, а модулирующее напряж ение подается между катодом и электродом «штырь-кольцо».
Рис. 7. Схема катода с модулирующим электродом
В этом случае удается снизить абсолютное значение запирающего напряжения до 10…7 % от ускоряющего напряжения.
Следующим этапом снижения модулирующего напряжения является примен ение сеток, находящихся на расстоянии 0,3…0,4 мм от катода (рис. 8)
Рис. 8. Схема катода с сеточной модуляцией
Для защиты управляющей сетки от оседания электронов на катод накладывается «теневая» сетка, которая затеняет участки катода, находящиеся под перемычками управляющей сетки. Размах модулирующего напряжения составляет 2…4% от ускоряющего напряжения. В этом случае все-таки остается большая угроза напыления эмитирующего вещества катода на управляющую сетку и появления «паразитной» эмиссии и сеточных токов, приводящих к перегреву управляющих сеток.
Таким образом, разность потенциалов между катодом и замедляющей системой будет равна ускоряющему напряжению. И чем ближе модулирующий электрод к катоду, тем, естественно, рабочее напряжение во время импульса будет приближаться к напряжению катода, т. е. оно будет равно значению эквипотенциали, на котором находится управляющий элемент. Следовательно, амплитуда модулирующего напряжения уменьшается.
Ниже приведена таблица основных параметров электронных пушек при различных способах модуляции электронного потока.
1. Напряжение модулирующего элемента во время импульса (относительно катода), %
2. Запирающее напряжение модулирующего элемента во время паузы между импульсами (относительно катода), %
3. Токопрохождение электронного луча на коллектор во время импульса в динамическом режиме, %
В таблице указаны средние значения. Встречаются случаи, когда при модуляции управляющим анодом токопрохождение достигает 99…99,5 %, а при сеточной модуляции - 85…92 %.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
Приближение модулирующего элемента к катоду приводит к снижению модулирующего напряжения, однако, его возмущающее влияние на электронную эмиссию значительно (особенно для мощных приборов) уменьшает токопрохождение электронного луча на коллектор.
В настоящее время идут небезуспешные поиски способов модуляции, сохраняющих преимущества всех описанных случаев.
Расчет лампы бегущей волны О-типа. График дисперсионной характеристики. Определение коэффициента замедления и скорости электромагнитной волны. Выбор диодов СВЧ для конкретного применения. Определение энергетической накачки и частоты квантового перехода. контрольная работа [1,4 M], добавлен 13.04.2012
Свойства монохроматического электромагнитного поля. Нахождение токов на верхней стенке волновода. Определение диапазона частот, в котором поле является волной, бегущей вдоль оси. Нахождение комплексных амплитуд векторов с помощью уравнения Максвелла. курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.12.2012
Начальные параметры ударной волны, образующейся движением пластины. Параметры воздуха на фронте ударной волны в момент подхода волны к преграде. Расчет параметров продуктов детонации в начальный момент отражения от жесткой стенки и металлической пластины. курсовая работа [434,5 K], добавлен 20.09.2011
Классификация и основные параметры электрических источников света. Лампы накаливания. Люминесцентные лампы низкого и высокого давления. Схемы питания люминесцентных ламп. Основные светотехнические величины. Техника безопасности. курсовая работа [710,5 K], добавлен 21.09.2006
Определение ионосферы и линейного слоя, расчёт диалектической проницаемости ионосферы без учёта магнитного поля. Распределение магнитного поля в точке попадания на Землю отражённого луча. Закон изменения электронной концентрации для линейного слоя. курсовая работа [321,8 K], добавлен 14.07.2012
Структура электромагнитного поля. Уравнения Максвелла. Условия реализации обычной магнитной поляризации среды. Возбуждение электродинамических полей в металле. Закон частотной дисперсии волнового числа магнитной волны. Характер частотных зависимостей. доклад [93,2 K], добавлен 27.09.2008
Механизмы воздействия магнитного поля на воду и конструкции аппаратов магнитной обработки воды. Сущность экспериментальных методов. Промышленное применение MWT. Подходы к измерению напряженности электромагнитного поля, используемые приемы и инструменты. курсовая работа [1,2 M], добавлен 18.07.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Современные лампы бегущей волны, их конструкции, физические принципы работы и параметры лекция. Физика и энергетика.
Реферат: Отчет по практике по технологии отраслевого производства
Курсовая работа по теме Рынок труда Японии особенности и перспективы развития
Доклад: Счастье в умеренности
Контрольная работа по теме Жанровая уникальность романа М.А. Булгакова 'Мастер и Маргарита'
Отчет по практике: Структура, функции и задачи муниципального образования г. Владикавказ
Музей Рефераты
Курсовая Расчет Котла
Курсовая работа: Социальное взаимодействие как основной вопрос социологии
Сочинение На Тему Как Начинается Осень
Реферат: Бізнес план по вирощуванню грибів
Итоговые Контрольные Работы По Геометрии Атанасян
Курсовая работа: Анализ ассортимента и оценка качества питьевого коровьего молока классического , реализуемого н
Реферат: Февральская буржуазно-демократическая революция 1917 г.
Контрольная работа по теме Ландшафтно-инсоляционный анализ
Реферат по теме Лаки і фарби
Дипломная Работа На Тему Правовая Основа Индивидуального Предпринимательства
Учимся Писать Сочинение Образ Купца Калашникова
Реферат Тему Культура Деловой Речи
Реферат: Свобода экономической инициативы, как гарант правового государства. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: о выпускающей кафедре «Архитектура и дизайн»
Учет прочей дебиторской задолженности - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Хирургическое лечение миомы матки - Медицина курсовая работа
Особенности копинг-стратегий у подростков - Психология дипломная работа