Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Z
Рис. 4.
Рис.
которые проходят между сетками, когда АУ отрицательно, замедляются и отдают энергию высокочастотному полю. Так как ток электронов постоянен, изменения энергии приблизительно балансируются.
В области дрейфа электроны движутся под действием замедляющего поля (рис. 2)
В этом поле скорость и положение электрона определяются соотношениями
(17) (18)
01 т L
*-<ob + A0)<_i.JL!b±?<\
154
где р0 взято из уравнения (13), а Аи — из (15). Координата г от-считывается от положения сеток и б2- Электроны возвращаются к сеткам в момент времени, который можно определить из уравнения (18) подстановкой 2=0. Таким образом, мы получаем
*. = 2(0. + АВ)5.р-^ (19)
(см. рис. 6). Мы видим, что электроны с положительным Ах) возвращаются к сеткам позднее, чем электроны с отрицательным Аи.
Наконец, на рис. 7 дана полная диаграмма для отражательного клистрона, на которой показаны характерные электроны, проходящие через сетки каждую четверть периода колебаний резонатора. Заметьте, что при возвращении электронов сгустки образуются вокруг тех
электронов, которые проходили через з
сетки при / —^ Т, когда АУ было
равно нулю и уменьшалось. Это происходит потому, что те электроны, которые проходят через сетки немного раньше, ускоряются так, что им надо больше времени, чтобы вернуться к сеткам, и они отстают. Те электроны, ^ 4
КОТОрые ПрОХОДЯТ через СеТКИ НеМНОГО Рис. 6.
позднее, замедляются, и им требуется
меньше времени, чтобы вернуться к сеткам, поэтому они опережают сгусток электронов. При каких условиях электронные сгустки
Рис. 7.
регенерируют высокочастотное поле? Электроны, проходящие обратно через сетки, когда ДV положительно, замедляются, сообщая энергию полю. Электроны, возвращающиеся через сетки при отрицательном А^, ускоряются, отнимая энерги:о у поля. Таким обра-
155
зом, самой большой регенерации поля можно ожидать при прохождении электронных сгустков через сетки при г=/гТ.
Регенерация будет максимальна тогда, когда общее время пролета электронов дается уравнением
Подставляя значение /0 из (19), получаем
пг Ь
(20)
(21)
Используя равенство (13), получаем, наконец, соотношение между Ув и Ус:
^4 ^(Уд-ЬУс)»
(22)
где УА— приблизительно постоянная, характеризующая прибор и выражающаяся через
(23)
л=5
Уравнение (22) дает семейство кривых, которые называются модами колебаний клистрона и обозначаются номером моды п. Уравнение (22) выражает условие максимальной регенерации, которое соответствует максимальной выходной мощности. V Для напряжений, отличных от
/00
50
400 Уд
Рис. 8.
Рис. 9.
напряжений, соответствующих максимуму колебаний данной моды, все еще можно получить колебания, но на уменьшенном уровне. Если мы выходим слишком далеко от максимума кривой, регенерация оказывается недостаточной для поддержания колебаний и клистрон перестает работать. Для каждой моды колебаний мы получаем кривую выходной мощности Р в зависимости от напряжения на отражателе Ус, показанную на рис. 8. Если бы не было потерь в резонаторе и нагрузке, интервал Ус соответствовал бы интервалу времен пролета („=±774. Это дало бы нам ширину области колебаний данной моды, которая грубо была бы
156
0,0! гр
Рис. 10.
равна половине расстояния между центрами мод. Из-за потерь энергии в резонаторе и нагрузке ширины мод немного уже.
На рис. 9 дан график уравнения (22) для клистронов типа 723 А/В. Показаны величины VB и Vc* соответствующие центрам различных мод колебаний для определенной величины VA, которая соответствует определенной рабочей частоте. При изменении частоты клистрона за счет регулировки расстояния между сетками кривые слегка сдвигаются.
Отражательный клистрон 723 А/В, который работает в диапазоне 8,5—9,66 Ггц (длины волн 3,5—3,1 см), является распространенным низковольтным клистроном. На рис. 10 показана принципиальная схема клистрона 723 А/В, подсоединенного к источнику питания. Отражатель подключен к источнику питания через сопротивление 1 Мом. Конденсатор 0,01 мкф соединяет отражатель со входным гнездом для модуляции. Подавая напряжение модуляции в это гнездо, можно изменять напряжение отражателя Vc- Наиболее удобным источником напряжения модуляции является пилообразное напряжение горизонтальной развертки (ГР) осциллографа.
Чтобы привести клистрон в действие, сначала необходимо включить цепь накала нити и подождать около минуты. Включите рабочие напряжения при положении регуляторов В+ и С~ примерно в середине их диапазона. Регулируйте питание В+ в пределах 300 в, а С~ — в пределах 100 е. Ток клистрона должен быть приблизительно 25 ма. Если ток не достигнет этой величины за несколько минут, возможно, понадобится заменить клистрон.
Микроволновая энергия выводится из клистрона 723 А/В с помощью петли связи, которая введена в индуктивную часть резонатора. Микроволновый ток течет по коаксиальному выходному выводу к выходной антенне. Выходная антенна соединяется с волноводом» который в свою очередь может быть связан с выходным излу-
Ч \ Клистрон
ГР
Рис. 11.
1ST
чателем (рупором) (рис. II). Микроволновая энергия может восприниматься приемным рупором и детектироваться микроволновым диодом Ш23. В этом эксперименте нас прежде всего будут интересовать моды колебаний клистрона 723 А/В. В последующих экспериментах мы рассмотрим распространение микроволн.
