Цейтлин М.Б., Кац А.М. Лампа с бегущей волной

Подождите немного. Документ загружается.

словлено тем, что увеличение радиуса пучка приводит

к сильному уменьшению параметра пространственного

заряда. При этом уменьшение к. п. д. за счет уменьше-

ния пространственного заряда превалирует над увеличе-

нием к. п. д., обусловленным увеличением параметра

усиления. Необходимо отметить, что для 2 увели-

в режиме насыщения от

/4 =

чение отношения &/а приводит к увеличению максималь-

ного к. п. д. Иначе зависит от отношения bja усиление

в режиме насыщения. Так как с увеличением отноше-

ния Ь/а сильно уменьшается пространственный заряд,

то уменьшается длина, на которой наступает насыще-

ние. При постоянной длине участка взаимодействия это

приводит к уменьшению уровня входного сигнала, соот-

ветствующего насыщению. На рис. VI.20 представлена

зависимость усиления в режиме насыщения от отноше-

ния bja для Af=15. Из кривой следует, что с увеличе-

.296

нием отношения 6/а усиление в режиме насыщения зна-

чительно растет.

Исследуем теперь зависимость максимального к. п. д.

от отношения радиуса пучка к радиусу спирали для

больших значений микропервеанса. На рис. VI.21 пред-

ставлена зависимость

. т

ЗЬ

Pf-3 >

Рг2\

•

к. п. д. в' режиме насы

щения от отношения

bja для различных зна-

чений микропервеанса

при уа= 1,2. Видно,что

для значений pi>l

в рассматриваемом ин-

тервале изменения от-

ношения радиуса пуч-

ка к радиусу спирали

кривая к. -п. д. имеет

максимум. Для более

то ч н ого и сс л е д о в а н и я

зависимости к. п. д. от

отношения радиуса

пучка к радиусу спира-

ли необходимо учесть

распределение высоко-

частотного поля по ра-

диусу пучка.

Отметим, что даже

без учета дисперсии

параметр несинхрон-

ности изменяется при

изменении частоты.

Это обусловлено изме-

нением по диапазону

параметра усиления.

Если настройка напря-

жением на максималь-

ное усиление в линей-

ном режиме произведена в центре диапазона, то в сто-

рону более длинных воли к. п. д. будет уменьшаться как

за счет уменьшения числа длин волн, так и за счет

уменьшения параметра несинхронности. При уменьшении

длины волны к. п. д. будет оставаться практически по-

стоянным, а в некоторых случаях может увеличиваться

20—1230 297

Щ 0,5

Рис. VI.21.

т о.7 0,8 Ь/а

Зависимость максималь-

иого к.п.д. от отношения •— для раз-

личных значений микропервеанса

= 1.2.

(это связано с зависимостью числа длин волн, уклады-

вающих вдоль спирали, от частоты).

Анализ нелинейных характеристик ЛБВ показывает,

что создание инженерного метода расчета ЛБВ в нели-

нейном режиме с учетом изменения всех параметров

представляет значительные трудности. Это обусловлено

сложной зависимостью к. п. д. и длины насыщения от

параметров прибора, а также необходимостью исполь-

зования амплитудных характеристик ЛБВ, получение

которых для параметров, изменяющихся

широких пре-

делах, затруднительно.

VI.5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА. СОПОСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ

РАСЧЕТА С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ

В качестве примера проведем 'расчет основных пара-

метров ЛБВ средней мощности типа М-1789 и сравним

результаты расчета с экспериментальными данными

[12]. Лампа типа Ml789 имеет следующие параметры:

2а='2,28 мм; / = 140 мм; Яо=5 см (центр диапазона);

Pi =0,3 мка[в

ъ1

. Величина распределенного затухания

неизвестна. Локальный поглотитель имеет величину

затухания L—65-^80 <36, длину /2=^51 мм, расстояние

начала поглотителя до входа /j =38 мм. При анализе си-

стемы, формирующей электронный пучок, авторы рабо-

ты i[12] приходят к выводу,' что эффективное отношение

диаметра пучка к диаметру спирали можно выбрать

Ь ПС

равным — =0,5.

Если известно отношение bja и значение микропер-

веанса, то оптимальное значение параметра уа опреде-

ляется из кривых рис. VI.2, что дает

уй=т

1,57. (Расчет

проводится для центра диапазона.) Согласно формулам

(VI.

19)

и (VI.20) имеем С=0,0577 и <7=1,11. Считая, что

6=6от

по формуле (VI.24) вычисляется значение

BCN=62 дб.

Параметр начальных потерь А=*—7 дб (расчет про-

водился для d=0). Для определения значения коэффи-

циента усиления необходимо также вычислить пара-

метр Ль обусловленный влиянием локального поглоти-

теля на коэффициент усиления. Для вычисления вели-

чины А

заменим реальный, поглотитель эквивалентным,

в котором затухание равномерно распределено по длине.

.298

В этом случае можно воспользоваться формулой

(VI.26). Так как затухание распределено неравномерно

по поглощающему участку, то естественно, что параметр

несинхронности «вдоль поглощающего участка будет ме-

няться, и на некоторой длине поглощающего участка его

значение не будет совпадать с оптимальным. Следова-

тельно, уменьшение коэффициента усиления, обуслов-

ленное локальным затуханием, увеличится. Для учета

этого изменения увеличим затухание поглотителя на

10%. Тогда, так как СЛ

2=0,61 и CNi=0,4i5, что соответ-

ствует оптимальному положению .поглотителя в линейном

режиме, получаем Лi = 19,5 дб. Следовательно, значение

коэффициента усиления в линейном режиме

= 35.,5<?6.

Рассчитаем полосу усиливаемых частот при умень-

шении коэффициента усиления на 3 дб: Согласно

рис. VI.6 имеем а =0,10, что соответствует значениям ча-

стоты на краях диапазону fi =4-860 Мгц и /2—7140 Мгц.

Рассчитаем коэффициент усиления лампы в режиме

насыщения. Из отношения (VI.69) получаем

* ВЫХ О ОП

Уровень входного сигнала, при котором наблюдается

максимальная выходная мощность, составляет 16 мет,

что соответствует — 2,88• 10"*.

В соответствии с этим коэффициент усиления в ре-

жиме насыщения равен

= 10^^=30,5 дб.

Определим длину, выраженную в электрических дли-

нах волн, при которой наступает насыщение при задан-

ном уровне входного сигнала. Расчет по формуле (VI.68)

дает

ЛГ

='20.

Учет влияния локального затухания на длину насы-

щения дает AN=9,5. Следовательно, расчетная длина,

при которой наступает насыщение, составляет

13*

Л/н=29,5.

105

В табл. VI.

пред-ставлены расчетные и эксперимен-

тальные значения параметров ЛБВ типа М-1789.

Таблица VI. 1

Наименование

параметра

ГО

«в

ч—

гг

«ч>

«V*

<г

Теоретические . .

1,57 0,0577

1.11

35,5 7 140 4 800

2 340

30,5

29,5 5

Эксперименталь-

ные

1.53

0,058 1,16

33,8 7 200 4 500 2 700 29

4,8

Данные параметров, представленные в этой табли-

це, 'показывают хорошее совпадение теоретических и

экспериментальных значений. Особенно ярко это прояв-

ляется при сравнении разницы между усилениями в ли-

нейном и нелинейном режимах. Это свидетельствует,

о том, что при расчете усиления в обоих режимах не

учитывались одни и те же явления, приводящие к умень-

шению коэффициента усиления.

Представляет интерес сравнить расчетные и экспе-

риментальные данные зависимости к. п. д. от частоты.

В табл. VI.2 «представлены значения рассчитанных пара-

метров ЛБВ типа М-1789 для различных частот.

Таблица VI.2

Параметры

Частота, Мгц

Параметры

4 000 5 000

6 000

7 500

0,075

0,0665

0,0577

0,0455

с/

1,34 1,22

1,11

1,06

Ми

22,5 25,5

29,5 35,5

N 19,5

24,2 29,0 36,3

0,59 0,615 0,71

0,9

На рис. VI.22 представлены расчетная и эксперимен-

тальная зависимости к. п. д. от частоты. Пунктирная

прямая (расчетная) соответствует настройке напряже-

ния в каждой точке диапазона на максимальное усиле-

ние в линейном режиме. Из сопоставления этой кривой

с экспериментальной следует, что отличие в значении

к. п. д. получается существенным лишь на длинновол-

новом участке диапазона. Это отличие может быть обу-

словлено тем, что на длинноволновом конце диапазона

.300

^шшшшшшшт

имеется существенная разница между длиной спирали и

длиной насыщения. Это -приводит к уменьшению коэф-

фициента усиления. Расчет для ЛБВ типа М-1789 пока-

зывает, что при /=4000 Мгц коэффициент усиления

уменьшается на 0,3 дб. Разница в значениях к. п. д. обу-

словлена также тем, что ЛБВ работает при фиксиро-

ванном «напряжении; это приводит к .изменению пара-

метра несинхронности по диапазону. Анализ характери-

ъУ.

10.

Теоретическая

Экспериментальная

то Ш0 5000 5500 6000 6500 7000 f, Мгц

Рис. VJJ2E. Теоретическая и экстерн ментальна я зави-

симости к. in. д. от частоты.

Пунктирная прямая соответствует настройке напряжения

в каждой точке диапазона на максимальное усиление.

стик, приведенных в [12], показывает, что настройка на-

пряжения производилась н*а самой короткой волне.

В табл. VI.2 представлено изменение по диапазону

параметра «есинхронности пр.и его оптимальном значе-

нии на самой короткой вол'не. Результат расчета зави-

симости к. п. д. по диапазону с учетом изменения дли-

ны насыщения и параметра несинхронности представлен

на' рис. VI.22 сплошной линией. Сопоставление получен-

ной зависимости с экспериментальной, показывает, что

они совершенно идентичны, только теоретическая кри-

вая идет несколько выше. На рис. VI.23 представлены

теоретическая и экспериментальная зависимости выход-

ной мощности от тока пучка.

.301

Приведем сравнение расчетных и экспериментальных

данных для более мощной ЛБВ, подробное исследова-

ние которой приведено в работе [13]. Интерес к сопо-

ставлению результатов для указанного прибора объяс-

7500Мги.

О 10 го 30 kO 50 I

,ма

Рис. VI.23. Зависимость выходной мощ-

ности от тока.

няетея тем, что в этой ЛБВ применена неспиральная за-

медляющая система. К сожалению, сопоставление мож-

но провести для максимального к. п. д. только

>в

длинно-

волновой части диапазона, так как в коротковолновой

части диапазона параметр пространственного заряда

очень велик и соотношения; полученные для этого слу-

Таблица VI.3

Параметры

Частота, Мгц

Параметры

2 800 2 900 3 000

С 0,15 •

0,11

0,1

1,0

3,28

4,0

^опт теоретич

1,14

1,95

2,07

^опт эксперим

1,0 1,8 2,0

^макс» °/о теоретич

34,8 30,8

26,1

^макс» Vo эксперим

21,5

.302

чая, становятся несправедливыми. В табл. VI.3 приве-

дены расчетные и экспериментальные основные пара-

метры ЛБВ [13].

Из сопоставления теоретических и эксперименталь-

ных данных следует, что расчетные данные представ-

ляют собой достаточно близкие значения к максимально-

хму к. п. д. Разница в значениях к. п. д. может быть обу-

словлена токооседанием в экспериментальном приборе

(токопрохождение составляет 76%). Сопоставление дру-

гих параметров рассматриваемого прибора затрудни-

тельно в связи с отсутствием данных о поглотителе и

уровне входного сигнала.

ЛИТЕРАТУРА

Литература к главе I

1. В айнштей'н Л. А. Возбуждение в«о лягав одной системы сто-

ронними токами. ЖТФ, т. 23, № 4, 1953, стр. 654.

2. В айн штейн Л. А. Электромагнитные волны. Изд-во «Со-

ветское радио», 1957.

3. Вайнштейн Л. А. Электронные волны в замедляющих си-

стемах. ЖТФ, 1956, т. 26, № 1, ст-р. 126.

4. С h u L., J а с k s о n J. Field theory of the traveling-wave tube.

Proc. IRE, 4948, v. 36, № 7, p. 853.

6. Лошаков Л. H-, О раоиространении волн вдоль коакси-

альной спиральной линии при наличии электронного потока. ЖТФ,

1949, т. 19, № 5, стр. 678.

16. Лошаков Л. -И., Пчельников Ю. Н. Об определении

коэффициентов уравнения для постоянных •распространения волн

•в замедляющей -системе при наличии. электронного пучка. «Радио-

техника и электроника», 1959, т. 4, •№ 10, «стр. 1670.

7. Лошак-ов Л. Н. Об учете -поля объемного заряда при

расчете постоянных распространения в замедляющей системе в при-

сутствии электронного -пучка -с помощью леммы Лоренца. «Радио-

техника и электроника», 1959, т. 4, 4, стр. 628.

в. Пчельников Ю. Н. Об определении постоянных [распро-

странения электромагнитных волн в замедляющих системах при "на-

личии электронного пучка. «Радиотехника и электроника», 1959,

т. 4, № 9, стр. 1493.

9. Пчельников Ю. Н. Определение коэффициентов урав-

нения для постоянных распространения в спиральной линии с труб-

чатым пучком. «Радиотехника и электроника», 1960, т. 5, N° 12,

стр. 1968.

10. Лошаков Л. Н. Приближенный -расчет коэффициентов

депрессии для трубчатых электронных пучков. «Радиотехника»,

1961, т. 16, № 2, стр. 30.

11. Olving S. Electromagnetic and space-charge waves in a

sheat helix. Chalmers tekniska hogskolas handlingar, 1960, 255,

•p. 5.

12. Бр юл ли ен Л., Пароди M. Распространение волн

в периодических структурах. Изд-во иностранной литературы, 1959.

13. В е с k A. Space-charge wave and slow electromagnetic wa-

ves. Pergamon Press, London, 1958.

14. Лопухин В. M. 'Возбуждение электромагнитных колеба-

ний и волн электронными потоками. Гостехиздат, 1953.

.304

15. (П и р с Д. Р. Лампа бегущей волны. (Изд-во «Советское ра-

дио», 1952.

46. 'В а й

ш-т е й н JI. А. Электронные волны в замедляющих

системах, ч. II, ЖТФ, 1956, т. 26, Щ 1.

17. iHahn W. Small signal theory of velosity modulated elec-

tron beams. General Electric >Rev., '1939, v. 42, № 6, p. 258.

•IS. R a m о S. Space Charge and field waves 'in an electron

beam. /Phys. Rev., 1939, v. 56, y. 279.

119. 'Branch, G., Mich ran T. Pilasma frequency reduction fac-

tor in electron beams. I«RiE Trans., 1955, v. ED-2, № 2, Щ. 3.

Литература к главе II

1. Пирс Д. JIa'Mfna бегущей волны. Изд-во «Советское радио»,

1952.

2. Шумегский Б. М. Таблицы для решения кубических

уравнений, Гостехиздат, 1960.

3. В г е w е г G., В i г d s а 11 С. Traveling-wave tube charac-

teristics for finite valves C. IiRiE Trans., 1954, v. EiD-\l, № 3, -p., 30.

4. Brewer G., В i r d s a 11 C. Traveling-wave tube propogation

constants. IRE Trans., 1957, v. EiD-4, l№ 2, p. 140.

i5. Mullen J. A power series solution of the traveling-wave tube

equations. IiRE Trans, 4957, v. ED-4, № 2, ip. 159.

"6. К а ц A. M. Применение рядов к решению некоторых задач

ЛБОВ и ЛО»В. «Радиотехника и- электроника», 1960, т. 5, № 2,

стр. ЭЗЗ.

.7. К1 е е n W., Р б s с h

К. Der Einfluss der Leitungsdampfung

auf -den iLeistungsgewinn der TraweMinig — wave — Rohren. Fermelde-

techn. 1963, v. 6, № 11, S. 609.

'8. Денисов A. H. Расчет усиления 'секционированной ЛБВ.

«Известия ВУЗОВ», Радиотехника, 196-1, № 2, стр. 212.

9. К

а"

ц А. М. Исследование работы ЛБВ с локальным зату-

ханием в линейном режиме. «Радиотехника и электроника», I960,

т. '5, № 12, стр. 1986.

40. Соловьев Е. Г., Бе л о ус Л. В. К теории спиральной

замедляющей линии, окруженной полупроводящей оболочкой. ^Ра-

диотехника», 1956, № 4, стр. 18.

М. Webber К. Calculation of wave propogation on the helix

in the attenuator region. IRE Trans., 1954, v. ED-2, № 2, ip. 156.

12. L a n d a u e r G. Die Wandelleitung mit coaxialer, zilindris-

cher Dampfuiigsschiciht. Archiv E'lectrischen Obertragung, U957, £№ 7,

Bd. 41, S. 267.

Ш. E i с h i n W., L ia n d .a u e r G. Beienf luss von Gevinn und

Stabili'tat einer Wianderfeldrdhre durch wahl des Flaschenwinderstan-

desihrer Dampfungsschicht. Nachrichtentechn. Z., 1957, Hf. 3, № 11,

S. 131.

14. С л у ц к а я В. В., Угорская С. И. Тонкопленочные спи-

ральные поглотители для ЛБВ, «Радиотехника и электроника»,

1959, т. 4, № 6, стр. 341.

15. Клеен В., Пёшль К. Введение в электронику сверхвы-

соких частот. Лампы с длительным взаимодействием. Пер. с нем.

Изд-во «Советское радоо», 1963.

.305