Клистрон

Клистрон (далее К) (от греч. klýzo - ударять, окатывать (волной) и (элек) трон), электровакуумный прибор СВЧ, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путем модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролете их сквозь зазор объемного резонатора) и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от поля СВЧ. Распространены 2 класса К - пролетные и отражательные.

Пролетный К - К, в котором электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объемных резонаторов (ОР) В зазоре входного ОР происходит модуляция скоростей электронов: электрическое поле в нем периодически полпериода ускоряет, а следующие полпериода замедляет движение электронов. В пространстве дрейфа ускоренные электроны догоняют замедленные, в результате чего образуются сгустки электронов. Проходя сквозь зазор выходного ОР, сгустки электронов взаимодействуют с его электрическим полем СВЧ, большинство электронов тормозится и часть их кинетической энергии преобразуется в энергию колебаний СВЧ.

Идея преобразования постоянного потока электронов в поток переменной плотности за счет того, что ускоренные электроны догоняют замедленные, рассматривалась советским физиком Д. А. Рожанским в 1932, метод получения мощных колебаний СВЧ, основанный на этой идее, был предложен совместно советским физиком А. Н. Арсеньевой и немецким физиком О. Хайлем в 1935, первые конструкции пролетных К были предложены и осуществлены в 1938 американскими физиками В. Ханом, Г. Меткалфом и независимо от них Р. Варианом и З. Варианом.

Большинство пролетных К являются многорезонаторными усилительными К (). Промежуточные ОР, расположенные между входным и выходным ОР, дают возможность расширить полосу пропускания частот, повысить кпд и коэффициент усиления. Усилительные К выпускаются для работы в узких участках частот дециметрового и сантиметрового диапазонов волн с выходной мощностью от нескольких сотен вт до 40 Мвт в импульсном и от нескольких вт до 1 Мвт в непрерывном режиме работы. Коэффициент усиления К обычно от 35 до 60 дб, кпд от 40 до 60%, полоса пропускания менее 1% в непрерывном режиме и до 10% в импульсном режиме. Основные области их применения: доплеровская радиолокация, связь с искусственными спутниками Земли, радиоастрономия, телевидение (К непрерывного режима работы) и линейные ускорители элементарных частиц, оконечные усилители мощности радиолокационных станций дальнего действия и высокой разрешающей способности (К импульсного режима работы).

Небольшую часть выпускаемых промышленностью пролетных К составляют генераторные К непрерывного режима работы. Обычно они имеют 2 ОР (). Небольшая доля мощности колебаний СВЧ, создаваемых во втором ОР, передается через щель связи в первый ОР для модуляции скоростей электронов. Их выходная мощность примерно от 1 до10 вт, кпд - менее 10%. Генераторные К применяются главным образом в параметрических усилителях, радиомаяках сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн.

Отражательный К - К, в котором поток электронов, пройдя зазор ОР, попадает в тормозящее поле отражателя, отбрасывается этим полем назад и вторично проходит зазор ОР в обратном направлении. При первом прохождении зазора его электрическое поле СВЧ модулирует скорости электронов. При втором прохождении (в обратном направлении) электроны прибывают в зазор сформированными в сгустки; поле СВЧ в зазоре тормозит эти сгустки и превращает часть кинетической энергии электронов в энергию колебаний СВЧ. Сгустки электронов образуются в результате того, что ускоренные электроны в пространстве между ОР и отражателем проходят более длинный путь и находятся дольше, чем замедленные. При изменении отрицательного напряжения на отражателе меняются время пролета электронов, фаза прибытия сгустков в зазор и частота генерируемых колебаний. Последнее используется для так называемой электронной настройки, позволяющей практически безынерционно и без затраты мощности управлять частотой генерируемых колебаний при частотной модуляции и автоматической подстройке частоты. Механическая перестройка частоты производится изменением зазора путем прогиба торцевой стенки (мембраны) металлического корпуса К или посредством перемещения настраивающего поршня съемной части ОР, присоединяемой к краям металлических дисков, выходящим из стеклянного или керамического корпуса К. Многие отражательные К, кроме основного ОР, имеют второй ОР, находящийся вне вакуума (). Механическая перестройка частоты таких К производится при перемещении штыря, изменяющего зазор второго ОР. Такие конструкции обеспечивают неограниченное число перестроек частоты. Присоединение высокодобротного резонатора повышает стабильность частоты, но снижает выходную мощность К

Отражательный К был разработан в 1940 группой советских инженеров - Н. Д. Девятковым, Е. Н. Данильцевым, И. В. Пискуновым, и независимо от них советским инженером В. Ф. Коваленко. Первые работы по теории отражательного К были опубликованы советскими физиками Я. П. Терлецким в 1943 и С. Д. Гвоздовером в 1944.

Отражательные К являются самым массовым типом приборов СВЧ. Они выпускаются для работы в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн, имеют выходную мощность от 5 мвт до 5 вт, диапазон механической перестройки частоты до 10% (у К со съемной частью ОР - несколько десятков процентов), диапазон электронной настройки обычно менее 1%, кпд около 1%. Отражательные К применяются в качестве гетеродина супергетеродинного радиоприемника, как задающий генератор радиопередатчиков, как генератор малой мощности в радиолокации, радионавигации, измерительной технике и т.д.

Лит.: Коваленко В. Ф., Введение в электронику сверхвысоких частот, 2 изд., М., 1955; Лебедев И. В., Техника и приборы СВЧ, 2 изд., т. 2, М., 1972; Гайдук В. И., Палатов К И., Петров Д. М., Физические основы электроники сверхвысоких частот, М., 1971; Microwave Tube DATA Book, 28 ed., (. J.), 1972.

В. Ф. Коваленко.

		Новости 05.11.2024 17:58:01

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.