Лампы бегущей волны

Приборы с длительным взаимодействием электронного потока с замедленной электромагнитной волной называются лампами бегущей волны

Из определения следует, что в основе работы усилительных и генераторных ламп бегущей волны лежит длительное взаимодействие электронов с бегущей электромагнитной волной, которая распространяется в нерезонансной колебательной системе. При этом происходит группировка ускоренных электронов и отдача энергии замедленных электронов полю сверхвысокой частоты.

Для длительного взаимодействия электронов с электромагнитным полем необходимо выполнение условия фазового синхронизма, при котором скорость электронов в потоке У₀ совпадает с фазовой скоростью волны Уф.

Различают лампы прямой волны (или лампы бегущей волны) и лампы обратной волны. Приборы, в которых направление движения электронов совпадает с направлением движения энергии по замедляющей системе, называются лампами бегущей ваты (ЛБВ). В этих приборах электронный поток взаимодействует с прямой замедленной волной или, как ее еще называют, с положительной пространственной гармоникой.

Приборы, в которых используется взаимодействие электронного потока с обратными волнами или отрицательными пространственными гармониками, получили название лампы обратной волны (ЛОВ). В ЛОВ электронный поток движется навстречу потоку энергии.

Лампы типа ЛБВ и ЛОВ делятся на две основные группы.

К приборам О-типа относятся лампы с продольным магнитным полем, которое служит лишь для целей фокусировки прямолинейного электронного пучка.

К приборам М-типа относятся все СВЧ-приборы, в которых постоянное магнитное поле является поперечным. В этом случае электроны движутся в скрещенных электрических и магнитных полях.

На рис. 4.14, а представлена ЛБВ О-типа в коаксиальной арматуре. Эмитируемые катодом электроны ускоряются напряжением 6/₀, которое обеспечивает требуемое условие синхронизма между электронами и волной, замедленной до скорости 0,1-с, где с — скорость света. Движение энергии по замедляющей системе происходит в направлении движения электронов. Фокусировка электронного потока осуществляется с помощью постоянного магнитного поля, созданного соленоидом. Электронные сгустки формируются по мере движения вдоль оси лампы и наводят в спирали ток, а также создают тормозящее высокочастотное поле. Именно это тормозящее поле обеспечивает отбор энергии от электронного потока и усиление входного сигнала.

Рис. 4.14. Схема усилительной лампы ЛБВ (а) и мощная ЛБВ О-типа (б): 1 — катод;

• 2 — ускоряющий электрод;
• 3 — коллектор электронов;
• 4 — спираль замедляющей системы;
• 5 — коаксиальный соленоид; б — вход:
• 7 — выход СВЧ-энергии; в — стеклянная оболочка;
• 9 — электронный пучок

Главным достоинством ЛБВ является широкая полоса усиливаемых частот. Наряду с усилительными ЛБВ разработаны преобразовательные ЛБВ. В лампах этого типа электронный поток сначала модулируется по скорости сигналом частоты Q и поступает в пространство взаимодействия замедляющей системы. Через вводное устройство подаются колебания СВЧ-диапазона с частотой co=lOQ. Взаимодействие промодулированного двумя частотами электронного потока с полем бегущей волны приводит к образованию сложной периодической структуры сгустков электронов. Они возбуждают в замедляющей системе колебания с частотами тз и <�о ± m-Q, где т — целое число. Обычно параметры замедляющей системы оптимизируют для работы на частоте w + m fl. В зависимости от режима работы ЛБВ можно разделить на импульсные, непрерывного и квазинепрерывного действия.

По уровню выходной мощности ЛБВ могут быть малой (I—Ю Вт), средней (10—100 Вт) и большой мощности (> 100 Вт).