Клистрон принцип работы

КЛИСТРО́Н

КЛИСТРО́Н - фотография 1 - изображение 1

КЛИСТРО́Н (от греч. ϰλύζω – уда­рять, ока­ты­вать вол­ной и …трон), элек­тро­ва­ку­ум­ный СВЧ-при­бор, ра­бо­та ко­то­ро­го ос­но­ва­на на взаи­мо­дей­ст­вии по­то­ка элек­тро­нов с элек­трич. СВЧ-по­ля­ми объ­ём­ных ре­зо­на­то­ров, груп­пи­ро­ва­нии элек­тро­нов в сгу­ст­ки и по­сле­дую­щем пре­об­ра­зо­ва­нии ки­не­тич. энер­гии элек­тро­нов в энер­гию СВЧ-ко­ле­ба­ний. Раз­ли­ча­ют про­лёт­ные и от­ра­жа­тель­ные клис­тро­ны.

Клистрон - изображение 2 - изображение 2

Схема многорезонаторного пролётного клистрона: 1 – электронная пушка; 2 – фокусирующий электрод; 3 – катод; 4 – входной активный резонатор; 5 – пассивные резонаторы фильт...

Боль­шин­ст­во про­лёт­ных К. пред­на­зна­че­ны для уси­ле­ния СВЧ-ко­ле­ба­ний. В мно­го­ре­зо­на­тор­ном про­лёт­ном К. (по­лу­чи­ли наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние) элек­тро­ны по­сле­до­ва­тель­но про­ле­та­ют сквозь за­зо­ры объ­ём­ных ре­зо­на­то­ров (рис.). Од­но­род­ный по ско­ро­сти элек­трон­ный по­ток, сфор­ми­ро­ван­ный элек­трон­ной пуш­кой, по­сту­па­ет в за­зор вход­но­го ре­зо­на­то­ра, где под дей­ст­ви­ем про­доль­но­го элек­трич. СВЧ-по­ля, воз­бу­ж­дае­мо­го с по­мо­щью внеш­не­го за­даю­ще­го ге­не­ра­то­ра, про­ис­хо­дит мо­ду­ля­ция ско­ро­стей элек­тро­нов. СВЧ-по­ле в те­че­ние од­ной по­ло­ви­ны пе­рио­да ус­ко­ря­ет, а в те­че­ние дру­гой – за­мед­ля­ет дви­же­ние элек­тро­нов. За вход­ным ре­зо­на­то­ром элек­тро­ны по­па­да­ют в про­стран­ство дрей­фа, сво­бод­ное от СВЧ-по­ля, где уско­рен­ные элек­тро­ны до­го­ня­ют за­мед­лен­ные. Про­ис­хо­дит груп­пи­ро­ва­ние элек­тро­нов и фор­ми­ро­ва­ние пе­рио­дич. элек­трон­ных сгу­ст­ков, т. е. мо­ду­ля­ция элек­трон­но­го по­то­ка по ско­ро­сти пе­ре­хо­дит в мо­ду­ля­цию по плот­но­сти. В за­зо­ре вы­ход­но­го ре­зо­на­то­ра сгруп­пи­ро­ван­ные в сгу­ст­ки элек­тро­ны взаи­мо­дейст­ву­ют с на­ве­дён­ным ими элек­трич. СВЧ-по­лем, боль­шин­ст­во элек­тро­нов тор­мо­зит­ся и часть их ки­не­тич. энер­гии пре­об­ра­зу­ет­ся в энер­гию СВЧ-ко­ле­ба­ний. За­тем элек­тро­ны осе­да­ют на кол­лек­то­ре, рас­сеи­вая ос­тав­шую­ся часть ки­не­тич. энер­гии в ви­де те­п­ла. Про­лёт­ные К. обыч­но со­дер­жат от 4 до 8 ре­зо­на­то­ров. На­ли­чие про­ме­жу­точ­ных ре­зо­на­то­ров, рас­по­ло­жен­ных ме­ж­ду вход­ным и вы­ход­ным, по­зво­ля­ет по­лу­чить боль­шее уси­ле­ние, рас­ши­рить по­ло­су ра­бо­чих час­тот и по­вы­сить кпд К. Мно­го­ре­зо­на­тор­ные К. ис­поль­зу­ют­ся гл. обр. в ка­че­ст­ве мощ­ных уси­ли­те­лей ра­дио­ло­ка­ци­он­ных стан­ций, в уст­рой­ст­вах спут­ни­ко­вой свя­зи, ра­дио­ас­тро­но­мии и др.; их вы­ход­ная мощ­ность обыч­но со­став­ля­ет от не­сколь­ких Вт до еди­ниц МВт в не­пре­рыв­ном ре­жи­ме и дос­ти­га­ет со­тен МВт в им­пульс­ном, ко­эф. уси­ле­ния 45–65 дБ и бо­лее, кпд до 70%.

В от­ра­жа­тель­ном К. ис­поль­зу­ет­ся один объ­ём­ный ре­зо­на­тор, че­рез за­зор ко­то­ро­го элек­трон­ный по­ток про­ходит два­ж­ды – в пря­мом и об­рат­ном на­прав­ле­нии. Воз­вра­ще­ние элек­тро­нов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с по­мо­щью спец. элек­тро­да – от­ра­жа­те­ля, по­тен­ци­ал ко­то­ро­го от­ри­ца­те­лен от­но­си­тель­но ка­то­да. Сфор­ми­ро­ван­ный элек­трон­ной пуш­кой по­ток элек­тро­нов, про­хо­дя за­зор объ­ём­но­го ре­зо­на­то­ра, мо­ду­ли­ру­ет­ся элек­трич. СВЧ-по­лем, да­лее по­па­да­ет в тор­мо­зя­щее по­ле от­ража­те­ля, где про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние элек­трон­ных сгу­ст­ков. При про­хо­ж­де­нии за­зо­ра объ­ём­но­го ре­зо­на­то­ра в об­рат­ном на­прав­ле­нии элек­тро­ны от­да­ют часть сво­ей ки­не­тич. энер­гии СВЧ-по­лю. От­ра­жа­тель­ные К. пред­на­зна­че­ны для ге­не­ри­ро­ва­ния элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний ма­лой мощ­но­сти (от еди­ниц мВт до еди­ниц Вт) в де­ци­мет­ро­вом, сан­ти­мет­ро­вом и мил­ли­мет­ро­вом диа­па­зо­нах волн; их кпд, как пра­ви­ло, не пре­вы­ша­ет не­сколь­ких про­цен­тов, диа­па­зон элек­трон­ной пе­ре­строй­ки час­то­ты (осу­ще­ст­в­ля­ет­ся из­ме­не­ни­ем на­пря­же­ния на от­ра­жа­те­ле) со­став­ля­ет от до­лей до 1%. При­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве ге­те­ро­ди­нов ра­дио­при­ём­ни­ков, за­даю­щих ге­не­ра­то­ров ра­дио­пе­ре­дат­чи­ков, в из­ме­рит. ап­па­ра­ту­ре и др.

Идея раз­де­ле­ния ско­ро­ст­ной и плот­но­ст­ной мо­ду­ля­ции элек­тро­нов впер­вые рас­смот­ре­на Д. А. Ро­жан­ским в 1932. Пер­вые про­лёт­ные К. бы­ли соз­да­ны в 1938 амер. фи­зи­ка­ми В. Ха­ном и Г. Мет­кал­фом и не­за­ви­си­мо от них брать­я­ми Р. и З. Ва­ри­ан. От­ра­жа­тель­ный К. раз­ра­бо­тан в СССР в 1940 груп­пой учё­ных и ин­жене­ров – Н. Д. Де­вят­ко­вым, Е. Н. Да­ниль­це­вым и И. В. Пис­ку­но­вым и не­за­ви­си­мо инж. В. Ф. Ко­ва­лен­ко.

Клистрон

Лекция 3. Пролетные клистроны - изображение 3 - изображение 3

[от греч. klýzo — ударять, окатывать (волной) и (элек) трон (См. Электрон)], электровакуумный прибор СВЧ, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролёте их сквозь зазор объёмного резонатора (См. Объёмный резонатор)) и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от поля СВЧ. Распространены 2 класса К. — пролётные и отражательные.

Пролётный К. — К., в котором электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объёмных 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 счёт 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 пролётных К. были предложены и осуществлены в 1938 американскими физиками В. Ханом, Г. Меткалфом и независимо от них Р. Варианом и З. Варианом.

Большинство пролётных К. являются многорезонаторными усилительными К. (). Промежуточные ОР, расположенные между входным и выходным ОР, дают возможность расширить полосу пропускания (См. Полоса 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 пролётных К. составляют генераторные К. непрерывного режима работы. Обычно они имеют 2 ОР (). Небольшая доля мощности колебаний СВЧ, создаваемых во втором ОР, передаётся 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 (См. Параметрический усилитель), 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 пролёта 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 (См. Частотная модуляция) и автоматической подстройке частоты. Механическая перестройка частоты производится изменением зазора путём прогиба торцевой стенки (мембраны) металлического корпуса К. или посредством перемещения настраивающего поршня съёмной 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 съёмной частью ОР — несколько десятков процентов), диапазон электронной настройки обычно менее 1%, кпд около 1%. Отражательные К. применяются в качестве Гетеродина супергетеродинного радиоприёмника, 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., [N. J.], 1972.

В. Ф. Коваленко.

Принцип действия отражательного клистрона - изображение 4 - изображение 4

Рис. 1. Схемы конструкции пролётных клистронов: а — усилительного, б — генераторного: 1 — катод; 2 — фокусирующий цилиндр; 3 — электронный поток; 4 — входной объёмный резонатор; 5 — отверстие для ввода энергии сверхвысоких частот; 6 — зазор объёмного резонатора; 7 — пространство дрейфа; 8 — выходной объёмный резонатор; 9 — отверстие для вывода энергии сверхвысоких частот; 10 — коллектор, принимающий электронный поток; 11 — промежуточные объёмные резонаторы; 12 — источник постоянного анодного напряжения; 13 — источник напряжения подогрева катода; 14 — первый объёмный резонатор; 15 — щель связи, через которую часть энергии сверхвысоких частот проходит из второго резонатора в первый; 16 — второй объёмный резонатор.

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ - фотография 5 - изображение 5

Рис. 2. Схема конструкции отражательного клистрона: 1 — катод; 2 — фокусирующий цилиндр; 3 — электронный поток; 4 — ускоряющая сетка; 5 — объёмный резонатор; 6 — зазор объёмного резонатора; 7 — отражатель; 8 — вторая сетка резонатора; 9 — первая сетка резонатора; 10 — вакуумноплотное керамическое окно вывода энергии сверхвысоких частот из объёмного резонатора; 11 — источник напряжения резонатора клистрона; 12 — источник напряжения подогрева катода; 13 — источник напряжения отражателя.

Принцип работы кукла против толпы. - фото 6 - изображение 6

Рис. 3. Зависимость частоты и выходной мощности отражательного клистрона от напряжения на отражателе: А — ширина зоны генерации; Б — ширина зоны генерации по уровню половинной мощности; f1 — частота колебаний в центре зоны; Δf — отклонение частоты от f1; В — диапазон электронной настройки по уровню половинной мощности.

Клистрон принцип работы - изображение 7 - изображение 7

Рис. 4. Способы механической перестройки частоты отражательного клистрона: а — прогибом мембраны, б — перемещением поршня съёмной части объёмного резонатора, в — перемещением штыря объёмного резонатора, находящегося вне вакуума; 1 — мембрана, прогибом которой меняют зазор объёмного резонатора (увеличение зазора увеличивает частоту колебаний); 2 — края металлических дисков клистрона, к которым присоединяют съёмную часть объёмного резонатора; 3 — съёмная часть объёмного резонатора; 4 — поршень объёмного резонатора (при опускании поршня длина объёмного резонатора уменьшается и частота генерируемых колебаний увеличивается); 5 — керамическое вакуумноплотное окно связи между объёмными резонаторами; 6 — штырь (подъём штыря увеличивает зазор объёмного резонатора и частоту колебаний); 7 — отверстие для вывода энергии сверхвысоких частот.

Большая советская энциклопедия

Лекция 3. Пролетные клистроны

Клистрон принцип работы - фото 8 - изображение 8

На СВЧ эффективность электронных ламп снижается вследствие конечного вре­мени пролета разрядного промежутка. В клистронах значительное время пролета не только не вредно, но и необходимо для нормальной работы прибора. Схема устройства и включения пролетного клистрона приведена на рис. 10.15, а.

Пролетный клистрон состоит из катода, объемного входного резонатора Р1, в ко­торый с помощью петли связи вводится входной сигнал Рвх, и расположенного на расстоянии d от него выходного резонатора Р2. Оба резонатора соединены с кол­лектором и заземлены. На катод подается отрицательное напряжение. Под дей­ствием электрического поля между катодом и анодом электроны, покинувшие катод, ускоряются и влетают во входной резонатор с большой скоростью υ0. Между сетками резонатора Р1 существует переменное электрическое поле, изменяющее скорость электронов. В положительный полупериод переменного напряжения электроны ускоряются, в отрицательный полупериод замедляются. Модулиро­ванные по скорости электроны влетают в пространство дрейфа между резонато­рами Р1 и Р2, в котором отсутствует электрическое поле. В этом пространстве элек­троны летят по инерции с постоянной скоростью. Электроны, движущиеся с более высокой скоростью, догоняют электроны, скорость которых меньше. В результа­те образуются электронные сгустки, что отражено на рис. 10.15, б.

Клистрон принцип работы - изображение 9 - изображение 9

Рис. 10.15

Электронные сгустки поступают в резонатор Р2, настроенный на частоту их сле­дования, создают в нем импульсы наведенного тока и возбуждают колебания с амплитудой, которая больше амплитуды колебаний во входном резонаторе Р1, то есть в клистроне происходит усиление мощности электрических колебаний. Про­летевшие через резонатор электроны попадают на коллектор и разогревают его. Двухрезонаторный клистрон может усиливать мощность в десятки раз. Однако его КПД, представляющий собой отношение колебательной мощности в резона­торе Р2 к мощности постоянного тока источника питания, не превышает 20 %, хотя предельное теоретическое значение составляет 58 %. Это объясняется следующи­ми причинами. Во-первых, электроны вылетают из катода с различной началь­ной скоростью и, пролетая через модулятор в один и тот же момент времени, имеют неодинаковую скорость, вследствие чего они группируются недостаточно плотно. Во-вторых, между электронами действуют силы взаимного отталкивания, из-за чего при пролете через пространство дрейфа плотность электронного сгуст­ка дополнительно уменьшается. Кроме того, некоторая часть электронов вообще не группируется в сгустки, то есть не участвует в полезной работе, а некоторые из электронов оседают на сетках резонаторов.

В настоящее время двухрезонаторные клистроны имеют ограниченное примене­ние. Введение дополнительных промежуточных резонаторов между входным и выходным резонаторами позволило повысить коэффициент усиления мощности и КПД. Современные мощные клистроны содержат от 3 до 7 резонаторов. Прин­цип устройства четырехрезонаторного клистрона показан на рис. 10.16.

Клистрон принцип работы - изображение 10 - изображение 10

Рис. 10.16

В первом резонаторе происходит модуляция электронов по скорости. Электрон­ный поток, влетающий во второй резонатор, возбуждает в нем высокочастотное напряжение, под действием которого скорость электронов на выходе из зазора первого промежуточного резонатора будет иметь более высокую переменную со­ставляющую, чем на входе в зазор, и группирование в пространстве дрейфа меж­ду вторым и третьим резонаторами будет проходить более интенсивно. Такова же роль последующих резонаторов. В результате в выходной резонатор влетают сгу­стки электронов с более высокой плотностью, благодаря чему повышается КПД, который для многорезонаторных пролетных клистронов достигает 50 %, а коэф­фициент усиления мощности — 90 дБ при мощности, доходящей до 100 кВт в ре­жиме непрерывных колебаний и до 50 МВт в импульсном режиме. Достижение таких показателей обеспечивается не только введением промежуточных резона­торов, но и рядом усовершенствований, внесенных в конструкцию клистрона.

Зазоры резонаторов мощных клистронов не имеют сеток. Это в некоторой степе­ни ухудшает взаимодействие электронного потока с электромагнитным полем в зазорах, но зато практически исключается оседание электронов и нагрев сеток. Чтобы повысить взаимодействие потока электронов с полем в зазоре, увеличива­ют ускоряющее постоянное напряжение и постоянный ток луча.

В многорезонаторных клистронах промежуточные резонаторы расстроены отно­сительно частоты сигнала, благодаря чему формирование сгустка электронов про­исходит так, что в нем участвуют «бесполезные» ранее электроны, дающие рост КПД. Одновременно расстройка промежуточных резонаторов позволяет расши­рить полосу пропускания.

В мощных клистронах электронные потоки необходимо фокусировать, чтобы диаметр потока не увеличивался вследствие расталкивания электронов. С этой целью обычно используется магнитная фокусировка при помощи отдельных катушек индуктивности, помещаемых в промежутках между резонаторами. Поле, создаваемое этими катушками, препятствует движению электронов перпенди­кулярно оси клистрона, закручивая их, и электроны движутся по направлению к аноду по спиральным траекториям.

Отражательные клистроны

Отражательные клистроны применяют для генерирования СВЧ-колебаний. Они содержат только один объемный резонатор (рис. 10.17, а). Ускоренные на участ­ке между катодом и первой сеткой С1 электроны влетают в резонатор и возбужда­ют в нем импульс наведенного тока. В резонаторе возникают колебания, создаю­щие между его сетками переменное электрическое поле. Это поле модулирует электронный поток по скорости, и электроны влетают в тормозящее поле между второй сеткой С2 и отражателем О с различной скоростью. Электроны в этом поле тормозятся, останавливаются и ускоренно возвращаются к резонатору. Чем боль­ше скорость электрона, тем дальше углубляется он в тормозящее поле и больше времени находится в этом поле. В результате электроны, пролетевшие через резо­натор в положительные полупериоды переменного электрического поля, могут вернуться обратно одновременно с электронами, пролетевшими через резона­тор позднее, во время отрицательного полупериода, что наглядно показано на рис. 10.17, б. Электроны, пролетевшие через резонатор в интервале времени от t1 до t3, возвращаются назад в момент t9.

Клистрон принцип работы - изображение 11 - изображение 11

Рис. 10.17

Электронный сгусток может вернуться в резонатор в различные моменты време­ни в зависимости от напряжений E1 и Е2. При возвращении в резонатор электрон­ные сгустки отдают ему энергию только тогда, когда они попадают в тормозящее поле. Наибольшую энергию они отдают в том случае, если возвращаются в мо­мент, когда напряженность тормозящего поля в резонаторе максимальна. Возвра­щение энергии в резонатор поддерживает существующие в нем колебания. Чем больше величина возвращаемой энергии, тем больше мощность колебаний в ре­зонаторе. Если же отдаваемая электронами энергия слишком мала, то колебания не будут поддерживаться и затухнут.

Время пролета электронов в пространстве дрейфа отсчитывается от момента t2, в который в пространство дрейфа влетает электрон с группирующимися вокруг него остальными электронами, до момента времени возвращение сгустка элект­ронов в резонатор. На рис. 10.17, б это время равно (1+3/4)T. Изменяя отрица­тельное напряжение на отражателе, можно изменять время пролета, но при этом возвращение электронов должно происходить в тормозящие полупериоды коле­баний в резонаторе. Соответственно, существует несколько зон генерации. Если отрицательное напряжение на отражателе очень большое, то электроны, прохо­дящие через резонатор в интервале t1-t3, вернутся назад в интервале t4-t6 (нуле­вая зона генерации), причем наибольшую энергию они вернут в резонатор при возвращении в момент t5. При снижении отрицательного напряжения на отража­теле электроны возвращаются назад позже. Если возвращение происходит в ин­тервале t6-t8, то колебания вообще не возникают. При возвращении в интервале t8-t10 колебания вновь возникают (первая зона генерации), мощность этих коле­баний достигает максимума при возвращении в момент t9. Чем меньше по абсо­лютной величине отрицательное напряжение на отражателе, тем больше время пролета электронов и, соответственно, выше номер зоны генерации. Наибольшая мощность колебаний получается в нулевой зоне.

Меняя напряжение на отражателе, можно изменять частоту генерируемых ко­лебаний. При увеличении по абсолютному значению отрицательного напря­жения на отражателе электронные сгустки возвращаются в резонатор несколько быстрее, и частота колебаний возрастает. При уменьшении этого напряжения по абсолютной величине электронные сгустки возвращаются в резонатор с за­паздыванием, и частота колебаний уменьшается. При изменении частоты ко­лебаний уменьшается мощность генерируемых колебаний (рис. 10.18). Поэтому такую расстройку принято ограничивать условием снижения мощности не более чем на 50 %.

Клистрон принцип работы - изображение 12 - изображение 12

Рис. 10.18

У отражательных клистронов КПД не превышает 5 %, вследствие чего они не ис­пользуются для получения больших мощностей, а применяются в качестве гете­родинов СВЧ-приемников, в измерительной аппаратуре, радиорелейной, радио­навигационной и телевизионной аппаратуре. Полезная мощность не превышает сотых и десятых долей ватта. В последние годы отражательные клистроны вытес­няются полупроводниковыми генераторами СВЧ.

Принцип действия отражательного клистрона

Клистрон принцип работы - фото 13 - изображение 13

В постоянном ускоряющем поде анода электроны от катода движутся в сторону резонатора, имеющего вид тела вращения. В центральной части его стенки, выполненные из металлических сеток, прозрачных дня электронов, сближаются, образуя узкий зазор.

В установившемся режиме в резонаторе существуют высокочастотные колебания, поле которых между сетками зазора направлено практически вдоль оси потока электронов. Под действием этого поля электроны, пролетающие через зазор, попеременно ускоряются или тормозятся, и лишь те, что проходят зазор в момент смены знака поля, продолжают путь с прежней скоростью (невозмущенные электроны). Таким образом, в зазоре происходит модуляция скорости электронов.

Толщина зазора мала, а, следовательно, мало и время пролета электронов в зазоре, напряжение между сетками зазора также невелико. Все это позволяет считать, что плотность электронного потока на выходе из зазора практически не меняется. В таком виде электронный поток поступает в постоянное тормозящее электрическое поле между резонатором и отражателем. Электроны, двигаясь к отражателю, тормозятся вплоть до остановки (в окрестности точки 5 рис.76.), поворачивают обратно и вновь пролетают через зазор. При этом ускоренные электроны ближе подлетают к отражателю и затрачивают на весь путь в оба конца больше времени, чем замедленные.

Таким образом, можно так подобрать условия движения электронов (в первую очередь - напряжение на отражателе), чтобы ускоренные электроны, раньше вышедшие из зазора, и замедленные, вышедшие позже, вернулись в зазор одновременно.

Клистрон принцип работы - изображение 14 - изображение 14

Рис 8

Этот процесс поясняется диаграммой на рис. 8, где z = 0 и z = D - плоскости зазора и отражателя, а точки θ1, θ2, θ3 изображают моменты прохождения через зазор ускоренного, невозмущенного и замедленного электронов, идущих по траекториям а, б и в.

Этот процесс приводит к тому, что возвращающийся в зазор поток представляет последовательность сгустков и разрежений, т.е. происходит группировка электронов. На рис.8 видно, что центр сгустка совпадает с положением невозмущениого электрона.

Если сгусток встретит в зазоре тормозящее ВЧ поле (например, точка θ6 на рис.8), то он передаст ему часть своей кинетической энергии, которая послужит поддержанию установившихся в резонаторе колебаний, т.е. клистрон будет генерировать. Начальные колебания в резонаторе, необходимые для модуляции электронов по скорости, возбуждаются за счет флюктуаций электронного потока (дробовой эффект).

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Клистрон принцип работы - фотография 15 - изображение 15

ПРОЛЕТНЫЙ КЛИСТРОН.

Пролетный клистрон представляет собой электронно-вакуумный прибор - узкополосный усилитель мощности СВЧ колебаний.

Устройство, принцип действия и основные характеристики пролетных клистронов рассмотрим на примере пролетного двухрезонаторного клистрона (ПДК), схематически изображенного на рис. I.

Клистрон принцип работы - изображение 16 - изображение 16

Рис.1. Электронная пушка: (1)- накал (подогрев катода), (2)- катод, (3)- фокусирующий электрод, (4)- анод; блок резонаторов: (5)- входной тороидальный резонатор с сеточным зазором, (6)- выходной тороидальный резонатор с сеточным зазором, (7)-петля связи; (8)- труба дрейфа; (9)- коллектор; (10)- поток электронов (электронный луч).

Прибор состоит из электронного прожектора (электронной пушки), входного и выходного резонаторов, трубы дрейфа и коллектора.

Электронный прожектор служит для предварительной фокусировки и ускорения электронного потока, и состоит из подогревного катода, фокусирующего электрода и анода, напряжение на котором определяет рабочий ток клистрона.

Обычно оба резонатора - входной и выходной - настраиваются на частоту входного сигнала. Входной сигнал мощностью создает на входном зазоре напряжение

(1)

Напряженность поля во входном зазоре направлена вдоль оси прибора и электронного потока. В зависимости от фазы поля электроны, проходящие зазор, будут либо ускоряться (электроны 5,5’ на рис.2), либо тормозиться (электроны 3,3'), либо пройдут зазор без изменения скорости (невозмущенные электроны 1,4,1’,4’).

Рис.2.

Таким образом, высокочастотное поле зазора модулирует скорость проходящих электронов, поступающих затем в трубку дрейфа - пространство, свободное от внешних постоянных и переменных полей. Здесь электроны движутся по инерции. При этом электроны, которые вышли из зазора позже, но ускорились, будут догонять те, которые прошли зазор раньше, но замедлились или оказались невозмущенными. Таким образом, в трубе дрейфа происходит, образование сгустков электронов - группировка. Сгустки следуют в потоке с частотой входного сигнала. Попадая в зазор выходного резонатора, сгустки электронов возбуждают в нем на­веденный ток с частотой входного сигнала, вследствие чего на выход­ном зазоре появляется напряжение

(2)

причем (рис.2). Отметим, что ток в выходном резонаторе появ­ляется из-за передачи части энергии электронного потока резонатору. Это возможно только благодаря торможению сгустков полем выходного зазора. Поэтому в момент прохождения сгустка через середину выходного зазора на нем должно существовать максимальной тормозящее поле (рис.2). Отработавшие в зазоре выходного резонатора электроны улавливаются коллектором.

Пространственно-временная диаграмма на рис.2 поясняет процессы модуляции скорости и группировки. Здесь и - координаты середин входного и выходного зазоров, a и - напряжения на этих зазорах. В плоскости траектории ускорен­ных электронов 5,5’ идут круче, а замедленных 3,3’ - положе, чем у невозмущенных 1,4,1',4'. По мере удаления от входного зазора траекторий электронов 3,4,5 сближаются, что говорит об образовании сгустка.

Как видно, в пролетном клистроне электрическое поле усиливаемого сигнала управляет плотностью электронного потока не непосредственно, как, например, в триодах, а через модуляцию их скорости. В этом суть метода динамического управления электронным потоком, пред­ложенного в 1932 г. Д. А. Рожанским. При этом то, что затрудняет работу приборов с электростатическим управлением потоком (триодов, тетродов и др.) - конечное время пролета электронов в прибора, сравнимое с периодом колебаний поля - используется для получения группи­ровки. Как видно, в пролетном клистроне области формирования потока, модуляции его скорости, группирования, отбора энергии и выделения избытка энергии электронов в виде тепла разделены. Входная и выход­ная цепи связаны; только через электронный поток. Все это облегчает анализ процессов и построение клистронов с различными характеристи­ками. К настоящему времени известны пролетные клистроны с двумя и более резонаторами, используемые, как правило, для усиления. Полу­чен ряд выдающихся результатов: многорезонаторныё клистроны дают усиление до 110 дБ и КПД до 82%. Основная область применения многорезонаторных пролетных клистронов - оконечные каскады источников стабильных СВЧ колебаний различной мощности (до 500 кВт в непрерыв­ном и 40 мВт в импульсном режимах), создаваемых для нужд радиолока­ции, связи, ускорения частиц и т.д.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГРУППИРОВКИ В ПК

Кинематическим называется приближенный анализ, при котором пренебрегают влиянием объемного заряда электронов в потоке, т.е. взаимодействием их зарядов. В этом разделе будут использованы и дру­гие упрощения, обычные при описании процессов в пролетных клистронах малой и средней мощности.

Так, будем пренебрегать начальными скоростями электронов, эмитированных катодом. При этом скорости всех электронов, влетающих во входной зазор, одинаковы и равны

(3)

т.е. поток односкоростной. В (3) Кл - абсолютная величина заряда электрона кГ - его масса; - ускоряющее напряжение катод-резонатор.

Зазоры резонаторов будем считать образованными плоскими идеальными сетками - прозрачными для электронов и непрозрачными для СВЧ поля, расположенными перпендикулярно оси прибора и электронного потока. Тогда поля в обоих зазорах будут иметь составляющие только вдоль продольной оси прибора. С учетом (I) поле во входном зазоре будет иметь вид

(4)

- ширина входного зазора.

Использование (I) и (4) означает, что процессы во входном зазоре будут рассматриваться в приближении заданного поля.

С учетом (4) и в пренебрежении силами объемного заряда следует полагать, что электроны в потоке перемещаются только вдоль продольной оси. Все параметры электронного потока изменяются только вдоль продольной оси, в каждом сечении они не зависят от поперечных координат. Такая модель электронного потока называется одномерной.

С учетом сделанных оговорок уравнение движения электронов во входном зазоре

(5)

Проинтегрируем его в предположении, что

(6)

При этом будем считать, что время пролета в зазоре не зависит от переменного поля и равно - времени пролета невозмущенного электрона. Обозначим - время пролета электроном середины зазора, куда поместим начало координат. Тогда

(7)

где

(8)

- коэффициент электронного взаимодействия в первом зазоре, учитыва­ющий снижение влияния поля зазора на электрон из-за конечного времени пролета ( (рис.3); - невозмущенный угол пролета в первом зазоре, a .

Рис.3.

Угол пролета электронов в трубе дрейфа длиной

где - угол пролета трубы невозмущенным электроном.

прибытия электрона в вы­ходной зазор

(9)

где

(10)

- кинематический параметр группировки.

Видно, что при скорость электронов на выходе из зазора (7) и угол пролета их между резонаторами (9) испытывают малые синусоидальные колебания относительно своих средних значений и .

Параметр группировки является амплитудой переменной со­ставляющей угла пролета. Зависимость от для разных ,показана на рис.4,а.

Рис.4.

Найдем ток, переносимый зарядами (конвекционный) через выход­ной зазор. Полагая, что потери зарядов в пути отсутствуют, заметим, что заряд, переносимый током через входной зазор за интервал , равен заряду, переносимому током через выходной зазор за соответствующий интервал , , т.е. . Это выражение известно как закон сохранения заряда. Следовательно, конвекционный ток в выходном зазоре

(11)

Для определения конвекционного тока в выходном зазоре по (11) производную вычисляют по графикам на рис.4,а. Форма тока при разных приведена на рис.4,б. Из рис.4,а видно, что при фаза прибытия электрона в выходной зазор однозначно определяет фазу выхода его из входного зазора. Электроны, по­следовательно проходящие входной зазор, приходят в выходной зазор в той же последовательности, т.е. обгона электронов друг другом нет.

Из (9) находим, что

(12)

Поэтому, в соответствии с (11), на рис.4,б показано, что при ток обнаруживает малую синусоидальную модуляцию с частотой входного сигнала. С ростом группировки ( ) импульсы тока все более обостряются. При ток в импульсе равен бесконечности. Физически это означает, что электроны, прошедшие входной зазор за интервал , проходят выходной зазор за интер­вал (рис.4,а). Следует также помнить, что эти бесконечные (практически - значительно превышающие ) импульсы тока переносят заряд конечной величины. При фаза становится неоднозначной функцией , так как в течение интервала выходной зазор проходят электроны, прошедшие входной зазор в интерва­лы , , , так что

(13)

Появляется обгон одних электронов другими: электроны, прошедшие входной зазор в течение , в пути меняются местами, так что вышедшие раньше приходят в выходной зазор позже. В этой области за­висимости (9) . Поскольку при вычислении тока нас инте­ресует число зарядов, прошедших выходной зазор, а не порядок их следования, в (13) используется модуль . С учетом возможности обгона электронов при в (13) формула (11) примет вид

(14)

где . При появляются два бесконечных симметричных импульса.

Из рис.4,б видно, что ток в выходном зазоре является периодической (с периодом входного сигнала), но, в общем случае, несинусоидальной функцией времени. Определим гармонический состав тока. Для этого представим его рядом Фурье. В комплексной форме

(15)

где

(16)

а , и определены в (9), (11) и (12) соответственно. Используя (12), мы ограничиваем анализ случаем . Однако можно показать, что полученные при этом результаты можно распространять и на случай , что и будет сделано. Подставив (9), (11), (12) в (16), получим

(17)

где

- функция Бесселя первого рода -го порядка. Подставив (17) в (15) и воспользовавшись соотношением , будем иметь

(15 a)

т.е. ток в выходном зазоре состоит из постоянной бесконечной сумы гармоник входной частоты с комплексными амплитудами . Зависимость амплитуд гармоник от амплитуды входного сигнала определяется видом функции , ход которых для разных показан на рис. 5. С ростом номера гармоники амплитуды их убывают медленнее, чем, например, в разложении косинусоидального импульса. Поэтому до недавнего времени двухрезонаторные клистроны использовались как умножители частоты с кратностью 8 - 34.

Рис.5.

Для усилителя на пролетном клистроне важна первая гармоника, комплексная амплитуда которой, приведенная к середине выходного зазора,

модуль ее

(19)

II

, когда так что

(20)

При прохождении конвекционного тока через выходной зазор в резонаторе будет возбужден наведенный ток. По теореме Шокли-Рамо для одномерного электронного потока наведенный ток , где - ширина выходного зазора. Для комплексных амплитуд первых гармоник конвекционного и наведенного токов это соотношение примет вид

где - невозмущенный угол пролета в выходном зазоре; - коэффициент электронного взаимодействия в выходном зазоре, a - комплексная амплитуда первой гар­моники конвекционного тока, приведенная к середине выходного зазо­ра. При и наведенный ток совпадает с конвекционным по амплитуде и фазе.

Отметим, что вывод из теоремы Шокли-Рамо получен для зазоров, закороченных снаружи, т.е. без учета поля, возникающего на зазоре при наведении тока. В клистронах при возбуждении наведенных токов на зазорах резонаторов появляются значительные колебательные напря­жения, оказывающие обратное воздействие на ток. Поэтому задача о взаимодействии тока с зазором в клистроне нелинейная. Полученные результаты (21) представляют собой оценки, которыми мы будем пользоваться. Точность их растет с уменьшением угла пролета в зазоре и наведенного напряжения,

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХРЕЗОНАТОРНОГО КЛИСТРОНА

Амплитудная характеристика (АХ) - это зависимость выходного напряжения (мощности) от входного напряжения (мощности). Амплитудной характеристикой также называют зависимость коэффициента усиле­ния от входного напряжения (мощности).

Представим входную и выходную цепи клистрона в виде, указанном на рис.6,а,б соответственно.

Здесь и - импедансы входного и выходного контуров; и - комплексная амплитуда ЭДС и внутреннее сопротивление источника входного сигнала, пересчи­танные во входной контур; - генератор на­веденного тока, возбуждающий выходной резонатор; - сопротивле­ние согласованной нагрузки, пересчитанное в выходной контур; - напряжение на входном зазоре клистрона; - напряжение на на­грузке выходного резонатора.

где ,

где

Модуль коэффициента усиления напряжения клистрона

(22)

Зависимость коэффициента усиления от входного сигнала сосредоточена в выражении

При малых входных сигналах и , так что т.е. достигает максимального значения. Таким образом, при усилении малых сигналов, когда , коэффициент усиления двухрезонаторного клистрона максимален и не зависит от входного сигнала. Выходное напряжение (мощность) пропорционально входному напряжению (мощности). Это линейный режим, используемый для усиления сигналов с амплитудной модуляцией (рис.8).

С ростом входного сигнала отношение , начинает снижаться (рис.7). Начинает снижаться также и коэффициент усиления (22). Выходное напряжение (мощность), хотя и растет, но медленнее, чем входное напряжение (мощность). Это нелинейный режим (рис.8). При = 1,84 выходное напряжение (мощность) достигает максимума. Эту точку АХ называют также точкой насыщения. Здесь отношение снижается до 0,63, т.е. коэффициент усиления снижа­ется примерно на 4 дБ по сравнению с линейным режимом. В насыщенном режиме клистроны используются для усиления сигналов с частотной (фазовой) модуляцией (манипуляцией). Дальнейшее увеличение входного сигнала вызывает сильную перегруппировку электронного потока, сни­жение , коэффициента усиления и выходной мощности.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой зависимость коэффициента усиления от частоты. При изменении частоты входного сигнала коэффициент усиления (22) может изменяться из-за изменения модулей импедансов входного и выходного контуров, а также из-за изменения амплитуды напряжения на входном зазоре и параметра группировки.

В линейном режиме , и вид АЧХ клистрона определяется произведением частотных характеристик резонаторов. Обычно выходной контур нагружен сильнее входного, более широкополосен, поэтому в линейном режиме вид АЧХ двухрезонаторного клистрона определяется резонансной кривой входного резонатора:

В нелинейном режиме на форму АЧХ также влияет зависимость от амплитуды на входном зазоре. Поведение АЧХ при малых расстройках будет определяться произведением . В оптимальном режиме ( = 1,84, максимум амплитудной характеристики) отстройка частоты сигнала от резонансной частоты первого резонатора приводит к уменьшению , напряжения на входном зазоре и . При этом растет (рис.7). Спад АЧХ замедляется по сравнению с линейным режимом, АЧХ уплощается, приближаясь к прямоугольной, полоса пропускания расширяется.

При >84 отношение резко уменьшается. Поэтому в заоптимальном режиме при малых расстройках от частоты входного резонатора член сначала возрастает, а за­тем уменьшается, и АЧХ клистрона становится двугорбой. Связь АЧХ клистрона с резонансной кривой первого контура и ее изменения при увеличении входного сигнала иллюстрируются также рис.9.

Электронные мощность и КПД. Средняя за период колебаний мощность взаимодействия конвекционного тока , определенного в (15а), есть мощность взаимодействия первой гармоники конвекционного тока с полем зазора: ,

. (23)

Гармоники выше первой не дают вклада в в силу ортогональности функций, описывающих эти гармонические токи и напряжение на зазоре узкополосного, выходного резонатора.

В (23) и - соответственно комплексные амплитуды первой гармоники конвекционного тока в выходном зазоре и напряженно­сти поля на нем, а знак (* ) здесь и далее указывает, что имеется в виду комплексно-сопряженная величина. В кинематическом приближении поле плоского сетчатого выходного зазора однородно и , где - комплексная амплитуда напряжения на зазоре.

В общем случае выходной контур может быть расстроен относитель­но частоты входного сигнала. При этом в (23) будет комплексной величиной. Вещественная часть средней мощности, передаваемую электронным потоком полю, и называ­ется электронной мощностью. Мы в своем анализе предположили, что выходной контур настроен на частоту входного сигнала, а нагрузка его - активная. Поэтому в нашем случае , определенная в (23), -величина вещественная и представляет собой электронную мощность. С учетом сказанного выше

(24)

Знак минус в (24) напоминает, что - это не затрачиваемая источником мощность в связи с протеканием наведенного тока , а, наоборот, отдаваемая током полю. Абсолютное значение электронной мощности

(25)

достигает максимума при и когда Величиной можно управлять. С уменьшением полной проводимости выходного контура растет, но не безгранично. Уже при часть электронов тормозится в зазоре до полной остановки и отбрасывается из зазора назад, забирая часть электронной мощности. Так действует механизм авторегулирования величины , вследствие чего, как показывают расчеты, лишь незначительно превышает ускоряющее напряжение. Для оценок энергетических показателей принимают, что . Здесь уместно вновь указать на нелинейность процессов взаимодействия тока с полем в зазоре клистрона.

Таким образом, максимум электронной мощности

, (26)

максимальное значение которого

Выходная мощность и полный КПД. Выходной резонатор представим в виде, показанном на рис.10,а, где - собственная резонансная проводимость резонатора, a - проводимость нагрузки, пересчи­танная через элемент связи к выходному зазору.

Так как , где , то , где - мощность потерь в резонаторе, а - выходная мощность (в нагрузке). Представим

. (29)

? Это зависит от режима клистрона. Рассмотрим два случая.

1. Амплитуда напряжения на выходном зазоре меньше ускоряющего . При этом схема выходного резонатора имеет вид, изобра­женный на рис.10,а: выходной зазор возбуждается наведенным током с постоянной амплитудой. Мощность в нагрузке

2. Амплитуда напряжения на выходном зазоре равна ускоряющему напряжению . Эквивалентная схема выходного контура в этом случае показана на рис.10,б: зазор выходного резонатора возбуждается источником напряжения с неизменной амплитудой . При этом, как отмечено выше, при оптимальной группировке , а максимальный полный КПД . При и .

Отметим, что режим энергетически наиболее выгоден. Но при приближении к нему с ростом снижается эквивалентное сопро­тивление выходного контура и для поддержания требуется увеличение тока луча . При этом возникают специфические трудно­сти (например, связанные с созданием бессеточных зазоров), преодо­ление которых оправдывается только в клистронах повышенной мощности. Что касается то в некоторых современных мощных клистронах он превышает 94%.

ВЛИЯНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА НА ГРУППИРОВКУ В КЛИСТРОНЕ

Поперечное расталкивание сгустков, приводящее к увеличению диаметра потока с ростом (динамическая расфокусировка). При этом часть электронов с периферии пучка оседает на трубе дрейфа, а ток в выходном зазоре, коэффициент усиления и выходная мощность сни­жаются. Признаком наличия динамической расфокусировки является снижение тока коллектора в динамическом режиме. В то же время минимум токопрохождения на коллектор - хороший критерий настройки входного сигнала на рабочую частоту клистрона. Динамическая фокусировка мо­жет быть преодолена, например, увеличением фокусирующего продольного магнитного поля.

Продольное расталкивание. Учет сил объемного заряда приводит к представлению электронного потока в виде упругого тела с собствен­ной частотой упругих колебаний (так называемой плазменной частотой) , где = 8,85×10-12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума; - плотность объемного заряда, а - коэффициент редукции, учитывающий влияние металлических экранов, внутри которых обычно проходит электронный поток. Как во всяких упругих телах, нарушение равновесия под действием внешних сил (например, модуляция скорости электронов во входном зазоре) приводит к появлению в электронном потоке упругих колебаний в виде стоячих волн с собственной частотой , постоянной распространения , и длиной волны .От простых продольных упругих колебаний, например, в пружине, закрепленной на обоих концах, колебания в электронном потоке отличаются тем, что сносятся вместе с потоком со средней скоростью . При этом электроны, замедленные и ускоренные во входном зазоре, двигаясь в трубе дрейфа, сближаются до тех пор, пока силы инерции группирования не уравнове­сятся кулоновскими силами расталкивания, нарастающими по мере сбли­жения электронов. В этот момент и в этом сечении потока плотность зарядов и переменная составляющая конвекционного тока максимальны. Дальнейший ход колебательных движений зарядов в потоке можно легко представить себе, пользуясь аналогией с продольными механическими колебаниями. Важно отметить, что первый максимум конвекционного то­ка отстоит от входного зазора на четверть .длины волны плазменных колебаний . Это расстояние является оптимальной длиной трубы дрейфа.

Продольное расталкивание замедляет образование сгустка. Можно показать, что при учете сил объемного заряда группировка описывает­ся эффективным параметром

Как видно, силы объемного заряда не препятствуют достижению опти­мальной группировки, но требуют для этого напряжения на входном за­зоре, в раз большего, чем это предсказывает кинема­тический анализ.

Применение пролетных двухрезонаторных клистронов ограничено. Пожалуй, есть только одна область, где они вне конкуренции: генера­торы на ПДК имеют наименьший среди ЭВП СВЧ уровень низкочастотных флуктуации амплитуды и частоты. Широкому применению двухрезонаторных клистронов мешают малое усиление (обычно - не более 15 дБ) и невысокий КПД - менее 58%. Последнее особенно важно, так как не дает возможности построить приборы большой мощности из-за ограничений в системе теплоотвода. Требовались новые подходы.

Повысить коэффициент усиления мощности можно каскадным соединением нескольких двухрезонаторных клистронов, однако ограничения по КПД в каждой ступени - остаются прежними, полный КПД всей цепочки бу­дет ниже, чем у одного прибора. Значит, повышение КПД клистрона -главная цель.

В чем причина невысокого электронного КПД двухрезонаторного клистрона? Ответ дает рис.4. Причина - в синусоидальной модуляции скорости и угла пролета электронов в приборе. Вследствие этого в состав сгустка электронов, отдающего энергию в выходном зазоре, вхо­дит незначительная часть электронов, прошедших входной резонатор за период усиливаемых колебаний. Эти работающие электроны проходят входной зазор в окрестности значений , соответствующих экстре­мумам зависимости . Остальные электроны, прошедшие входной зазор за рассматриваемый период входных колебаний, не вносят существенного вклада в процесс усиления.

При этом все электроны, прошедшие входной зазор за период входной частоты ( ) , пройдут выходной зазор одновременно в момент , образовав бесконечно узкий сгусток. Следует ожидать, что электронный КПД клистрона значительно повысится. При такой группировке переменная составляющая угла пролета между зазорами

Принцип работы кукла против толпы.

Клистрон принцип работы - изображение 17 - изображение 17

Рассмотрим один цикл движения цены.

https://www.tradingview.com/x/ijFBW1hh/

Клистрон принцип работы - фото 18 - изображение 18

В точке А кукл начинает покупки. Толпа присоединяется к движению с опозданием в точке В. В точке С кукл прекращает свои покупки.

Средняя цена покупки кукла ЦЕНА покупки КУКЛА =( Цена в точке С  + Цена в точке А)/2 Средняя цена покупки толпы ЦЕНА покупки ТОЛПЫ =( Цена в точке С  + Цена в точке В)/2 Обратим внимание, что средняя цены покупки кукла МЕНЬШЕ чем цена покупки толпы. 

Затем в точке С кукл начинает продажи. Толпа начинает продавать с опозданием в точке D. В точке Е кукл прекращает продажи. Средняя цена продажи  кукла ЦЕНА продажи КУКЛА =( Цена в точке С  + Цена в точке Е)/2 Средняя цена продажи  толпы ЦЕНА продажи ТОЛПЫ =( Цена в точке D  + Цена в точке Е)/2Обратим внимание, что средняя цены продажи кукла БОЛЬШЕ чем цена продажи толпы. 

Итак КУКЛ КУПИЛ ДЕШЕВЛЕ, ЧЕМ ТОЛПА, И ПРОДАЛ ДОРОЖЕ, ЧЕМ ТОЛПА. На бирже ведомый всегда проиграет ведущему. Это основной принцип игры умных денег против глупых денег. Да. замените слово кукл на биржевой картель. Кукла нет, а биржевой картель есть.

★8 | +68 | 30К

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 602)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты