1. Пристрій і принцип дії [ правити | правити код ]
2. Параметри і характеристики [ правити | правити код ]
3. Коефіціент посилення [ правити | правити код ]
4. Діапазон частот [ правити | правити код ]
5. Вихідна потужність [ правити | правити код ]
6. ККД [ правити | правити код ]
7. застосування [ правити | правити код ]
8. Відмінність від ЛБХ типу О [ правити | правити код ]
9. Пристрій і принцип дії [ правити | правити код ]
10. Параметри і характеристики [ правити | правити код ]
11. Діапазон частот [ правити | правити код ]
12. Вихідна потужність [ правити | правити код ]
13. ККД [ правити | правити код ]

Лампа біжучої хвилі (ЛБХ) - електровакуумний прилад , В якому для генерування і / або посилення електромагнітних коливань СВЧ використовується взаємодія біжить електромагнітної хвилі і електронного потоку, що рухаються в одному напрямку (на відміну від лампи зворотної хвилі (ЛОВ) ).

Лампа біжучої хвилі була вперше створена Рудольфом Компфнер (Rudolf Kompfner) в 1943 році (За іншими відомостями в 1944).

Лампи біжучої хвилі поділяються на два класи: ЛБХ типу О і ЛБХ типу М.

У приладах типу Про відбувається перетворення кінетичної енергії електронів в енергію НВЧ поля в результаті гальмування електронів цим полем. Магнітне поле в таких лампах направлено вздовж напрямку поширення пучка і служить лише для фокусування останнього.

У приладах типу М в енергію НВЧ поля переходить потенціальна енергія електронів, що зміщуються в результаті багаторазового гальмування і розгону від катода до анода . Середня кінетична енергія при цьому залишається незмінною. Магнітне поле в таких приладах направлено перпендикулярно напрямку поширення пучка.

Пристрій і принцип дії [ правити | правити код ]

Принцип дії ламп біжучої хвилі (ЛБХ) заснований на механізмі тривалої взаємодії електронного потоку з полем біжить електромагнітної хвилі. На малюнку схематично представлено пристрій ЛБХ. Електронна гармата формує електронний пучок з певним перетином і інтенсивністю. Швидкість електронів визначається прискорює напругою. За допомогою фокусує системи , Що створює поздовжнє магнітне поле, забезпечується необхідне поперечний переріз пучка на всьому шляху вздовж сповільнює системи. В ЛБХ електронна гармата, спіральна замедляющая система і колектор розміщуються в металлостеклянном або металевому балоні, а фокусує соленоїд розташовується зовні. Спіраль кріпиться між діелектричними стрижнями, які повинні володіти малими втратами на СВЧ і гарну теплопровідність. Остання вимога важливо для ламп середньої та великої вихідної потужності, коли спіраль нагрівається через осідання електронів і потрібно відводити це тепло, щоб не було прогорання спіралі.

На вході і виході сповільнює системи є спеціальні пристрої для узгодження її з лініями передачі. Останні можуть бути або хвилеводними, або коаксіальними. На вхід надходить СВЧ сигнал, який посилюється в приладі і з виходу передається в навантаження.

Важко отримати хороше узгодження у всій смузі посилення лампи. Тому є небезпека виникнення внутрішнього зворотного зв'язку через відображення електромагнітної хвилі на кінцях сповільнює системи, при цьому ЛБХ може перестати виконувати свої функції підсилювача. Для усунення самозбудження вводиться поглинач, який може бути виконаний у вигляді стрижня з поглинає кераміки або у вигляді поглинаючих плівок.

Параметри і характеристики [ правити | правити код ]

Параметр посилення [ правити | правити код ]

Параметр посилення - безрозмірний коефіцієнт:

C = R C B I 0 4 U 0 3 {\ displaystyle C = {\ sqrt [{3}] {\ frac {R_ {CB} I_ {0}} {4U_ {0}}}}} , Де R C B {\ displaystyle R_ {CB}} - опір зв'язку, I 0 {\ displaystyle I_ {0}} - струм катода і U 0 {\ displaystyle U_ {0}} - потенціал останнього анода електронної гармати ЛБХ.

Значення С складають ~ 0,1-0,01.

Коефіціент посилення [ правити | правити код ]

Коефіціент посилення ЛБХ в лінійному режимі прямо пропорційний параметру C.

Реально досяжне значення коефіцієнта посилення ЛБВО середньої і великої потужності становить 25-40 дБ , Тобто трохи нижче, ніж у багаторезонаторних клистронов (60 дБ). У малопотужних ЛБВО коефіцієнт посилення може досягати 60 дБ.

Діапазон частот [ правити | правити код ]

Особливо цінною властивістю ЛБХ є їх широкополосность. Коефіцієнт посилення ЛБВ при незмінному ускоряющем напрузі може залишатися майже незмінним в широкій смузі частот - близько 20 - 50% від середньої частоти. В цьому відношенні ЛБХ значно перевершують підсилювальні клістрони, які можуть забезпечувати досить високу посилення, але мають значно більш вузьку смугу частот.

Вихідна потужність [ правити | правити код ]

Залежно від призначення ЛБХ випускаються на вихідні потужності від часток мВт (вхідні малопотужні і малошумні ЛБВ в підсилювачах НВЧ) до десятків кВт (вихідні потужні ЛБХ в передавальних пристроях НВЧ) в безперервному режимі і до декількох МВт в імпульсному режимі роботи.

У ЛБВО малої і середньої потужності застосовують спіральні уповільнюють системи, в потужних ЛБВО - ланцюжки зв'язаних резонаторів.

ККД [ правити | правити код ]

Електрони, пролітаючи крізь уповільнює систему, віддають частину своєї кінетичної енергії СВЧ полю, що призводить до зменшення швидкості електронів. Але при цьому порушується умова фазового синхронізму Ve ≅ Vф. Звідси випливає основне обмеження ККД ЛБВО, пов'язане з неможливістю віддачі всієї кінетичної енергії електронів СВЧ полю: електронні згустки зміщуються з області гальмуючого поля в область прискорює.

Нижня межа швидкості електронів визначається фазової швидкістю сповільненій хвилі. Тому величина ККД повинна бути тим більше, чим значніше перевищення початкової швидкості електронів над фазовою швидкістю хвилі в уповільнює системі. Однак при збільшенні рассінхронізма погіршується групування на вхідному ділянці сповільнює системи і різко зменшується коефіцієнт посилення. Таким чином, вимоги максимального ККД і високого коефіцієнта посилення в ЛБВО виявляються суперечливими.

Реальна величина ККД у ЛБВО становить 30-40%.

застосування [ правити | правити код ]

Малопотужні ЛБВО застосовуються у вхідних підсилювачах, середньої потужності - в проміжних підсилювачах, великий - в вихідних підсилювачах потужності СВЧ коливань.

Відмінність від ЛБХ типу О [ правити | правити код ]

В ЛБХ типу М, на відміну від ЛБВО, існують дві суттєві особливості:

1. найбільш сприятливе взаємодія електронів з хвилею, що біжить і передача енергії від електронів до поля відбуваються при точному рівності середньої швидкості електронів і фазовоїшвидкості хвилі (Ve = Vф). Навпаки, для передачі енергії від електронів до полю в ЛБХ типу О потрібно, щоб електрони рухалися трохи швидше.
2. в ЛБВО електрони віддають полю тільки надлишкову кінетичну енергію , Відповідну різниці швидкостей електронів і хвилі. ККД обмежений допустимої різницею цих швидкостей. Енергія, що передається полю, береться від джерела прискорюючої напруги U 0 {\ displaystyle U_ {0}} . У ЛБВМ ж кінетична енергія електронів не змінюється, а полю передається потенційна енергія електронів.

Пристрій і принцип дії [ правити | правити код ]

Лампа має дві основні частини: инжектируются пристрій і простір взаємодії.

Инжектируются пристрій, що складається з катода, що підігрівається і керуючого електрода, забезпечує створення стрічкового електронного потоку і введення його в простір взаємодії.

Простір взаємодії, що складається з волноводного входу, поглинача, сповільнює системи-анода, волноводного виходу, колектора і холодного катода, забезпечує взаємодію електронів з НВЧ полем. Для створення такої взаємодії необхідно виконання умови

V 0 = E 0 B {\ displaystyle V_ {0} = {\ frac {E_ {0}} {B}}} , Де V 0 {\ displaystyle V_ {0}} - початкова швидкість потоку на вході в простір взаємодії, E 0 B {\ displaystyle {\ frac {E_ {0}} {B}}} - швидкість поступального руху в схрещених електричному (E 0 {\ displaystyle E_ {0}} ) І магнітному полях (B {\ displaystyle B} ).

При виконанні цієї умови електрони, за відсутності СВЧ поля, прямолінійно рухаються до колектора. Оскільки початкова швидкість потоку визначається співвідношенням

V 0 = E c o n t r o l B {\ displaystyle V_ {0} = {\ frac {E_ {control}} {B}}} , То описане вище умова зводиться до

E 0 = 2 E c o n t r o l {\ displaystyle E_ {0} = 2E_ {control}}

Параметри приладу вибирають таким чином, щоб при появі на вході сповільнює системи СВЧ сигналу на одній з його просторових гармонік виконувалася умова фазового синхронізму приладів типу М (V0 = Vф). В цьому випадку в гальмують напівперіодах електричного поля цієї гармоніки буде відбуватися збільшення енергії СВЧ сигналу за рахунок зменшення потенційної енергії електронів. Посилений СВЧ сигнал надходить на вихід сповільнює системи, а електрони осідають на колекторі.

Лампа біжучої хвилі типу М, також, як і лампа біжучої хвилі типу О, є широкосмуговим підсилювачем, і тому в ній можливо самозбудження за рахунок відображення підсилюється сигналу від виходу сповільнює системи. Для запобігання самозбудження застосовується поглинач.

Параметри і характеристики [ правити | правити код ]

Коефіціент посилення [ правити | правити код ]

Характерний вид залежності коефіцієнта посилення від вхідної потужності показані на малюнку. При малих рівнях вхідного сигналу амплітуда коливань на виході ЛБВМ і величина коефіцієнта посилення зростають прямо пропорційно величині вхідного сигналу. Зв'язок дотримується до тих пір, поки електрони не почнуть потрапляти замість колектора на анод в кінці сповільнює системи. В цьому випадку сповільнюється зростання вихідної потужності і коефіцієнт посилення ЛБВМ зменшується.

Коефіцієнт посилення в реальних лампах хвилі, що біжить типу М досягає 40 дБ і більше.

Діапазон частот [ правити | правити код ]

Смуга робочих частот в підсилювачах на ЛБВМ досягає 30% від середньої робочої частоти і визначається дисперсійної характеристикою сповільнює системи.

Вихідна потужність [ правити | правити код ]

Вихідна потужність ЛБВМ в безперервному режимі досягає декількох кіловат , В імпульсному - декількох мегават.

ККД [ правити | правити код ]

ККД підсилювача на ЛБВМ можна оцінити виходячи з того, що максимальна потенційна енергія, яку електрон може передати СВЧ полю E p o t = e U 0 {\ displaystyle E_ {pot} = eU_ {0}} ,

Кінетична енергія електрона, що не віддається СВЧ полю:

E kin = mve 2 2 = m E 0 2 / B 2 2 {\ displaystyle E_ {kin} = {\ frac {mv_ {e} ^ {2}} {2}} = {\ frac {mE_ {0} ^ {2} / B ^ {2}} {2}}}

У реальних приладах його величина ККД не перевищує 70%.

У Росії виробництвом ламп біжучої хвилі займаються ВАТ «Плутон» , НПП «Исток» і НПП «Алмаз» .

НПП «Исток», що входить в холдинг «Роселектроніка», розробляє і випускає потужні лампи біжучої хвилі на ланцюжку пов'язаних резонаторів , Потужність яких досягає декількох десятків кіловат [2] [3]

• Трубецькой Д. І., Храмов А. Е. Лекції з надвисокочастотної електроніці для фізиків. Том 1. Москва: Фізматліт, 2003. 496c.
• Кулешов В.М., Удалов М.М., Богачев В.М. та ін. Генерування коливань і формування радіосигналів. - М.: МЕІ, 2008. - 416 с. - ISBN 978-5-383-00224-7 .