Отбор энергии от электронного потока

Основным назначением электровакуумных СВЧ-приборов является преобразование энергии постоянного тока в высокочастотную энергию поля. Рассмотрим некоторые процессы детектирования электронного потока в приборах энергетического типа.

Наведенный ток, проходя по внешнему сопротивлению /?, создает на нем падение напряжения соответствующей полярности (рис. 3.28). Электрод, по направлению к которому двигается электрон, оказывается под отрицательным потенциалом.

В момент прохождения электрона создается тормозящее электрическое поле. Кинетическая энергия электрона уменьшается, в результате чего кинетическая энергия электрона при выходе из зазора меньше, чем на входе. Разность между этими значениями кинетической энергии электрона равна энергии, отданной во внешнюю цель и рассеянной на сопротивлении. Оставшаяся кинетическая энергия электрона рассеивается на других электродах (например, на коллекторе).

Наибольшая величина наведенного тока достигается при коллинеарности векторов Е и V. Поэтому для полного отбора энергии электроны должны двигаться вдоль силовых линий электрического поля.

Таким образом, энергия электронов передастся во внешнюю цель в процессе их движения в продольном тормозящем электрическом поле. Следовательно, возможно разделение функций электродов. Одни могут выполнять роль отбора энергии и передачу ее во внешнюю цепь, а другие — роль сбора «отработанных» электронов.

Рис. 3.28. Схема отбора энергии из электронного потока: а — в низкочастотном диапазоне на резистивной нагрузке: б — в высокочастотном диапазоне на согласованной линии В области сверхвысокочастотиых колебаний в качестве активного сопротивления используется полый резонатор, сопротивление которого равно обратной величине активной эквивалентной проводимости.

Поэтому вполне естественно использовать конструкцию, сочетающую зазор, пересекаемый электронным потоком и полый резонатор с петлей связи для вывода энергии. Максимальный отбор энергии от электронного потока достигается в случае равенства резонансной частоты и частоты следования электронов или их сгустков.

Однако отбор энергии с помощью резонаторов связан с частотной селективностью или узкополосностью резонатора. Для расширения рабочей полосы нужно увеличить связь с нагрузкой. С этой целью используются различные замедляющие системы, например, система сеток, либо спиралей, гребенок и т. п. Электронные сгустки должны проходить каждый зазор в одной и той же фазе в момент максимального тормозящего поля.

Это означает, что фазовая скорость волны бегущей по линии, соединяющей зазоры, должна быть равна скорости электронного потока К₀.

Передача энергии от электронов полю бегущей волны может происходить на большом промежутке замедляющей системы и носит непрерывный характер. Приборы, реализованные на замедляющих системах, называются приборами с длительным взаимодействием электронов с электромагнитным полем.

Проведя системное изучение процессов, связанных с прохождением электронного потока в вакууме, с его взаимодействием с веществом детектора или отбором энергии из потока, можно приступать к изучению приборов вакуумной электроники.