3.8. Отражательный клистрон

Для генерирования малых мощностей СВЧ (до единиц ватт) широкое распространение получил отражательный клистрон (рис.3.15).

В отличие от пролётного, он содержит только один резонатор, а на коллектор (называемый в данном случае отражателем) подано тормозящее напряжение U_отр<0. В отражательном клистроне также осуществляется модуляция электронов по скорости.

Рис. 3.15. Схема отражательного клистрона

Допустим, в резонаторе уже существуют колебания СВЧ, и следовательно, между сетками его приложено U_рез. Электроны, пролетающие через резонатор, выходят из него с различными скоростями, в зависимости от того, состоялся ли пролет во время действия положительной или отрицательной полуволны U_рез. Дальнейшее движение электрона под действием тормозящего U_отр напоминает движение камня, брошенного вверх.

Точно так же электрон, имевший в момент выхода из резонатора наибольшую скорость, совершит самый высокий полет и время его нахождения на участке резонатор-отражатель максимально.

Заторможенный же электрон ’’поднимется ’’ на небольшую высоту и время его полета невелико.

Таким образом, поле СВЧ в резонаторе модулирует электронный поток по скорости. Подбирая напряжение U_отр, можно добиться, чтобы формирование ’’падающих’’ электронов в сгустки происходило на уровне резонатора. В этом случае поток электронов отдает часть своей энергии полю СВЧ в резонаторе (смотри рис.3.16).

Рис.3.16. Схема движения электронов в зависимости от функции U(t)

Рис.3.17.Графическое соотношение между E₀, мощностью колебаний P_H и их частотой

Условия возбуждения отражательного клистрона выполняются при нескольких значениях U_отр. В связи с этим наблюдают несколько зон генерации, в которых в небольших пределах может изменяться f и P колебаний.

Графическое соотношение между E₀, мощностью колебаний P_H и их частотой приведено на Рис. 3.17.

Максимальная мощность снимается обычно во второй зоне.

Диапазон частот работы отражательного клистрона очень широк: от 1 ГГц до сотен ГГц.

P_вых варьируется в пределах от нескольких мВт до единиц Вт.

Одной из положительных особенностей является наличие механической и электронной перестройки.

Механическая перестройка рабочей частоты осуществляется путем манипуляций с резонатором клистрона (деформацией резонатора, перемещением настроечных поршней), и осуществляется в пределах 120%.

Пределы изменения f_раб электронным путем менее одного процента, осуществляется изменением напряжения на отражателе в небольших пределах.

3.9. Особенности построения и работы магнетронов и амплитронов

Приборы магнетронного типа исторически были первыми устройствами, с помощью которых были получены колебания в сантиметровом диапазоне длин волн сравнительно большой мощности.

Отличительной особенностью приборов магнетронного типа, выделяющихся их из всех остальных сверхвысокочастотных (СВЧ) генераторных приборов, является весьма высокий электронный КПД, достигающий в отдельных случаях 80- 90%. Это объясняется тем, что в приборах магнетронного типа электроны, кроме кинетической, обладают запасом потенциальной энергии, в результате расхода которой скорость электронных сгустков поддерживается постоянной в течение всего процесса передачи энергии СВЧ- полю. А в клистронах, ЛБВ, энергия электронного потока в области взаимодействия с СВЧ- полем определяется лишь кинетической энергией электронов, зависящей от скорости электронов после прохождения постоянного ускоряющего поля.