Конструкция и технология замедляющей системы мощной ЛБВ, Общие вопросы - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной

Общие вопросы

При конструировании замедляющей системы обычно приходиться решать две основные задачи:

1. Выбор конструкции замедляющей системы ( диаметр и шаг спирали, длины секций, размеры диэлектрических опор, форма провода и т. д.) с целью обеспечения ее электродинамических параметров ( замедления п и сопротивления связи Rcb ), от которых зависит эффективность взаимодействия электромагнитной волны с электронным потоком в требуемом диапазоне частот.

Эта задача при разработке ЛБВ обычно решается посредством проведения расчетов, в том числе с использованием компьютерных программ, а также экспериментальными измерениями для корректировки математических моделей.

2. Обеспечение эффективного отвода тепла от спирали, выделяющегося в ней за счет ВЧ потерь и токооседания, возникающих в процессе взаимодействия. При этом, при конструировании прибора стараются создать условия, когда ВЧ-потери и ток оседания на спираль минимальны. Тепло, выделяемое в спирали, может отводиться на корпус ЗС только за счет теплопроводности. Поэтому при выборе конструкции, в зависимости от возможной тепловой нагрузки, используют опорные керамические стержни с хорошей теплопроводностью (оксид берилия, нитрид бора), уделяют большое внимание качеству тепловых контактов между спиралью и опорой, с одной стороны, и опрой и внутренней поверхностью корпуса-с другой.

Основным фактором, определяющим полосу частот усиливаемых сигналов ЛБВ, является Дисперсия замедляющей системы. Под дисперсией понимают зависимость фазовой скорости волны от частоты. Различают четыре вида дисперсии:

    1) Нормальная дисперсия, при которой фазовая скорость в рассматриваемом диапазоне частот уменьшается с ростом частоты колебаний. 2) Аномальная дисперсия, характеризуемая увеличением величины фазовой скорости при повышении частоты. 3) Положительная (прямая) дисперсия, при которой направления фазовой и групповой скоростей совпадают. 4) Отрицательная (обратная) дисперсия, в случае которой фазовая скорость волны направлена в сторону, противоположную групповой скорости.

На рисунке 2.1 показаны случаи нормальной положительной дисперсии(1), аномальной положительной (2) и аномальной отрицательной (3).

Рис. 2.1

В ЛБВ дисперсия является всегда положительной.

Для эффективного взаимодействия электронного потока с волной необходимо, чтобы при заданном потоке энергии P через систему была велика составляющая электрического поля, тормозящего электроны. Эффективность взаимодействия электронов с полем чаще всего характеризуют величиной (Сопротивление связи):

Где

P - средний по времени поток энергии, переносимый через любое поперечное сечение системы.

- средний по сечению электронного потока и его длине квадрат амплитуды составляющей электрического поля, взаимодействующий с электронным потоком. вm - Фазовая постоянная волны в замедляющей системе при отсутствии электронного потока. Усреднение по длине потока обычно ведут в предположении, что система бесконечна. Оно сводится к вычислению так называемых амплитуд пространственных гармоник. Символ "m" указывает номер пространственной гармоники.

Величина Rсв имеет размерность сопротивления [Ом]. Вместе с Rсв растет коэффициент усиления ЛБВ, растет КПД приборов.

В большинстве работ, однако, используется понятие сопротивления связи. Типичная величина Rсв для спирали, при реально используемых значениях замедления в зависимости от диапазона частот составляет от сотен до нескольких десятков и даже единиц Ом.

Подобно характеристическому (волновому) сопротивлению обычных длинных линий, величина Rсв зависит только от конфигурации проводников рассматриваемой линии и, если отсутствует нелинейный диэлектрик, не зависит от величины передаваемой мощности.

Физический смысл сопротивления связи Rсв можно сравнить также со смыслом активной проводимости полых резонаторов G. Обе рассматриваемые величины позволяют найти напряжение или напряженность электрического поля, если известна высокочастотная мощность, поступающая в систему. Сходство можно усмотреть и в неоднозначности величин Rсв и G, зависящих от выбранного пути отсчета. В самом деле, поле вблизи замедляющей системы не является неизменным, а убывает по экспоненциальному или по близкому к экспоненциальному закону по мере удаления от поверхности системы.

Большей частью, если не делается иных оговорок, при вычислении сопротивления связи рассматривается электрическое поле, существующее на поверхности системы или на оси ее симметрии, где пропускается электронный поток. Чем больше расстояние от поверхности замедляющей системы, тем слабее напряженность поля при одной и той же мощности бегущей волны и тем меньше соответствующее сопротивление связи.

Строгий аналитический расчет сопротивления связи для конкретных замедляющих систем является нелегкой задачей и возможен лишь в простейших случаях. Тем не менее, введение понятия сопротивления связи даже в общем виде имеет большое значение для построения теории электронных приборов СВЧ. Чем больше величина Rсв, тем выше оказывается коэффициент усиления ламп бегущей волны. Важную роль в определении сопротивления связи играет эксперимент.

Похожие статьи




Конструкция и технология замедляющей системы мощной ЛБВ, Общие вопросы - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной

Предыдущая | Следующая