- •1. Классификация частотных диапазонов
- •4. Основные типы линий передач.
- •Прямоугольный волновод
- •5. Реализация пассивных элементов на короткозамкнутых и разомкнутых отрезках линий.
- •7. Биполярный транзистор. Структура транзистора. Время задержки сигнала в биполярном транзисторе свч диапазона.
- •8. Полевой транзистор. Структура транзистора. Принцип работы. Граничная частота транзистора.
- •9. Эквивалентная схема биполярного транзистора на свч.
- •10. Эквивалентная схема полевого транзистора на свч.
- •Роль основных функциональных элементов схемы заключается в следующем:
- •15. Основные параметры и характеристики усилителей мощности.
- •16, 17. Интермодуляционные искажения и Параметры р1дБ и ip3
- •19. Цепи смещения.
- •20. Цепи питания.
- •14. Усилители мощности на транзисторах.
- •23. Инвертирующие и трансформирующие цепи согласования.
- •25. Квадратурный мост.
- •26. Синфазный мост.
- •28. Гетеропереходы. Понятие о сверхинжекции и двумерном электронном газе. Усилители на гетеропереходах.
- •29. Варикапы и варакторы. Характеристики. Эквивалентные схемы. Справочные параметры.
- •30. Принцип работы варакторного умножителя частоты.
- •31. Лавинно-пролетные диоды. Принцип работы лпд.
- •32. Эквивалентная схема лпд и топология глпд.
- •33. Диоды Ганна. Принцип работы. Генератор на диоде Ганна.
- •34. Pin диоды. Эквивалентная схема. Области применения и характеристики.
- •35. Клистроны. Устройство и принцип работы 2-х резонаторного клистрона.
- •36. Клистроны. Энергетические соотношения и характеристики клистрона. Область применения и параметры.
- •37. Лбв. Устройство и принцип работы лбв. Условие синхронизма. Пространственные гармоники.
- •38. Лбв Энергетические характеристики лбв. Понятие об амплитудно-фазовой конверсии.
38. Лбв Энергетические характеристики лбв. Понятие об амплитудно-фазовой конверсии.
Для
оценки энергетических характеристик
ЛБВ рассмотрим взаимодействие бегущей
волны СВЧ сигнала с электронным потоком,
используя метод малого параметра. При
взаимодействии одной из пространственных
гармоник Ет.k.
с
электронным потоком происходит модуляция
электронов по скорости, которую можно
представить в виде суммы постоянной
составляющей и зависящей от времени
переменной:
.
Модуляция электронов по скорости
вызывает модуляцию электронного пучка
по плотности:
,
где
- средняя плотность объемного заряда
электронного потока;
- переменная составляющая плотности
объемного заряда.
С учетом взаимодействия электронов с СВЧ сигналом переменные составляющие скорости электронов, плотности объемного заряда и пространственной гармоники сигнала можно представить в виде бегущих волн с постоянной распространения γ:
Взаимодействие
электронного потока с полем СВЧ сигнала
приводит к тому, что переменная
составляющая конвекционного тока ЛБВ,
определяемая плотностью объемного
заряда в лампе ρ,
будет зависеть от поля
.
В
свою очередь, поле замедляющей системы
в лампе из-за обмена энергией с электронными
сгустками будет зависеть от тока I1.
Составив уравнения
и
и решив их совместно, можно получить
так называемое самосогласованное
решение в
следующем виде:
где
- заряд
и масса электрона;
- диэлектрическая проницаемость вакуума;
- параметр усиления, который обычно
составляет 0,2-0,3;
- средний ток электронного пучка;
- ускоряющее
напряжение; Rсв
- сопротивление связи замедляющей
системы.
Уравнение имеет три решения, одно из которых описывает затухающую волну сигнала, второе - волну сигнала, распространяющуюся без взаимодействия с электронным потоком, и лишь третье решение позволяет найти постоянную распространения усиливаемой волны сигнала. Амплитуда напряженности электрического поля волны и первая гармоника тока I1 вдоль замедляющей системы возрастают по экспоненциальному закону, что и свидетельствует об усилении сигнала в ЛБВ.
Коэффициент усиления СВЧ сигнала, распространяющегося по замедляющей системе длиной l, можно вычислить на основе линейной теории как отношение амплитуд на выходе и входе лампы. Учитывая, что коэффициент усиления обычно выражают в децибелах, получим
,
где
-
электрическая длина замедляющей системы.
При большом сигнале в ЛБВ проявляются нелинейные эффекты, обусловленные тем, что сгустки электронов, находящиеся в тормозящем полупериоде сильного поля сигнала, при длительном взаимодействии настолько теряют скорость, что оказываются в последующем ускоряющем полупериоде и начинают отбирать энергию у поля. Кроме того, при сильной модуляции электронного пучка по плотности происходит деформация сгустков, оседание электронов на замедляющей системе вследствие поперечного расталкивания и т. д. Эти явления приводят к снижению коэффициента усиления по сравнению со значением, определяемым формулой, и учитываются нелинейной теорией ЛБВ.
КПД
ЛБВ определяется той долей кинетической
энергии электронного
потока, которую он отдает полю СВЧ
сигнала. Начальная скорость электронов
примерно
на 15% выше фазовой скорости волны сигнала
.
Отдавая энергию полю, электроны
тормозятся, и при равенстве скоростей
усиление сигнала прекращается. Из этих
соображений для оценки
КПД можно записать соотношение
где
т
- масса
электрона.
Учитывая,
что
и С<<1[15], имеем: η ≈ С .
Таким образом, теоретический КПД простейшей маломощной ЛБВ О-типа не превышает 10...15 %, реальный же оказывается еще ниже. В более совершенных конструкциях мощных ЛБВ, удается увеличить КПД в несколько раз.
Степень зависимости фазы выходного сигнала от уровня входного сигнала называется коэффициентом преобразования амплитудной модуляции в фазовую или амплитудно-фазовой конверсией и определяется в градусах на децибел.
