Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1999/01/12.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:24:59 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:10:25 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: trifid nebula

Вход
Рис.1. Лампа бегущей волны

Выход

КВАНT 1999/?1

места волны, где поле меняет знак сзади оно ускоряющее, спереди тормозящее, как люди перед входом в метро в час пик. Что объединяет и что отличает лампу бегущей волны (ЛБВ) и клистрон? Первое и важнейшее отличие: у клистрона резонаторы, у ЛБВ спираль, нерезонансная замедляющая система. Поэтому клистрон прибор узкополосный, а ЛБВ широкополосный. Это свойство важно для систем передачи информации. Правда, замедляющая система может быть не только спиральная. Если мы поставим вдоль электронного пучка просто резонаторы и надлежащим образом возбудим в них колебания, то такая ЛБВ тоже будет работать. Надлежащим образом это так, чтобы разность фаз между колебаниями в соседних резонаторах была такой, чтобы подлетающие электроны встречали волну в нужной фазе. Такие замедляющие системы называются системами со связанными резонаторами. Связь это как раз то, что нужно для организации 'нужных фаз'. (Ясно, что можно взять один конец от одного прибора, а другой от другого. Если создавать исходную модуляцию, как в ЛБВ, потом давать электронам подрейфовать, а снимать сигнал с пучка резонатором, как в клистроне, получится один гибридный прибор. Если же создавать исходную модуляцию, как в клистроне, а снимать сигнал с пучка, как в ЛБВ, получится другой гибридный прибор. Этот прибор сочетает (в некоторой мере) сильные стороны ЛБВ и клистрона и называется твистроном.) Мы можем провести границу между замедляющими системами на связанных резонаторах и многорезонаторными клистронами именно здесь: в клистроне резонаторы связаны только электронным пучком, в лампах бегущей волны еще и электромагнитной волной. Эта связь имеет важное следствие в ЛБВ электромагнитная волна может бегать и туда и обратно. По пути 'туда' ее усиливает электронный поток, а на обратном пути она только затухает,

и если усиление окажется больше затухания, лампа возбудится, превратится в генератор. Для защиты от возбуждения в ЛБВ вводится так называемая поглощающая вставка деталь из вещества, сильно поглощающего электромагнитное излучение. Она устанавливается в середине ЛБВ и сильно ослабляет электромагнитную волну (как бегущую 'туда', так и бегущую 'обратно'). Усиление при этом, конечно, уменьшается, но как это ни странно не очень сильно, так как через участок с поглощающей вставкой энергию проносит электронный пучок. Зато возможность возбуждения исчезает ведь обратно электронный пучок энергию не переносит. Конечно, каждая из половинок ЛБВ это тоже ЛБВ, и она тоже может возбуждаться... Одним словом, реальная ситуация всегда будет сложнее, сколько ни рассказывай. Из чего делать поглощающую вставку? В диэлектрик электромагнитная волна проникает, но в нем она не поглощается, а в металл она почти не проникает. Так что поглощающие вставки должны делаться из 'плохого проводника' чего-то такого, во что электромагнитная волна проникает и в чем она поглощается. Часто вставки делают из углерода, точнее из тонких углеродных пленок, нанесенных на диэлектрик.

Рис.2. Замедляющие системы. Горизонтальная стрелка электронный пучок. Нижняя замедляющая система имеет поэтичное название 'клеверный лист'

Архитектура лампы бегущей волны
Мы начали с аналогии между лестницей и спиральной замедляющей системой. Раньше всех в ЛБВ была использована в качестве замедляющей системы спираль. Конструктивно простая, технологичная и позволяющая создавать широкополосные ЛБВ, она стала символом ЛБВ. Но время шло, требования к мощности и рабочей частоте ЛБВ увеличивались. А спираль трудно охлаждать она закрепляется на диэлектрических опорах, которые проводят тепло плохо. Далее, при длине волны меньше 5 мм сделать спираль становится трудно. Для работы в области больших мощностей и малых длин волн применяются другие замедляющие системы. На рисунке 2 показаны несколько таких систем, состоящих из отдельных резонаторов, связанных отверстиями, через которые электромагнитное поле проникает из одного в другой.

Энергия, подводимая к ЛБВ, превращается в кинетическую энергию электронов. И вот она начала передаваться электромагнитной волне. Энергия электронов уменьшается, летят они все медленнее, и, наконец, скорости их уравниваются со скоростью волны. Передача энергии прекращается. Как сделать, чтобы то, что у электронов осталось, было поменьше? Как выкачать из электронов побольше? Один из путей сделать так, чтобы скорость волны уменьшалась при ее движении вдоль ЛБВ. Например, можно изготовить спираль с переменным шагом. Таким способом можно уменьшить энергию, остающуюся у электронов. Ну, а с ней что делать? Ведь вся энергия, с которой электроны долетают до коллектора, во-первых, нагревает его, порождая свой круг проблем (охлаждение, перегрев и т.д.), а во-вторых, теряется зря. Решение этой задачи так называемая рекуперация. На коллектор подается потенциал ниже, чем у замедляющей системы, и поэтому электроны, прежде чем поглотиться металлом коллектора, подтормаживаются. Расход энергии на питание лампы уменьшается. Рост КПД при использовании рекуперации порядка 10%. Это немало. Бывает, что удается получить и больше, в частности, если применен многоступенчатый коллек-

12