Лампа бегущей волны
Используются два одинаковых рабочих перехода Сигнал накачки с частотой F14 одновременно обогащает верхний уровень Е4 рабочего перехода и обедняет нижний уровень Е1 рабочего перехода Число активных частиц при этом получается в 3 раза больше, чем в трехуровневой системе. В ЛБВ в результате взаимодействия электронов с электромагнитной волной происходит максимально возможный отбор энергии… Читать ещё >
Лампа бегущей волны (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задача 1
Домашнее задание на тему «ЛБВ типа О»
В ЛБВ в результате взаимодействия электронов с электромагнитной волной происходит максимально возможный отбор энергии у электронов — оптимальный вариант электрообмена.
Требуется:
Для заданных f (рабочая частота), l (длина замедляющей системы) и дисперсионной характеристики
определить:
1) оптимальное ускоряющее
2) максимально возможный электронный КПД;
3) как изменится если одну из заданных величин увеличить в 1,5 раза?
Исходные данные:
f = 9 ГГц;
l = 35 см;
l2 = 1,5l1
Решение:
Рисунок 1.1 — График дисперсионной характеристики По графику (рисунок 1.1) определяем коэффициент замедления:
K = 0,11.
Скорость света м/с.
Определим фазовую скорость электромагнитной волны:
м/с.
Скорость электронов определяется ускоряющим напряжением:
где Кл — заряд электрона;
кг — масса электрона.
Максимально возможный отбор энергии у электронов — это оптимальный вариант энергообмена.
Для эффективного взаимодействия электронов с бегущей волной нужно, чтобы скорость электрона Ve была приближенно равна фазовой скорости электромагнитной волны VФ в направлении движения электронной. Это называется условием фазового синхронизма и записывается следующим образом:
Таким образом, получаем:
кВ.
КПД ЛБВ определяется как:
Время, за которое волна проходит замедляющую систему, определяется формулой:
с.
При увеличении длины замедляющей системы необходимо чтобы режим оставался оптимальным, т. е. фазовая скорость волны являлась оптимальной:
м/с.
кВ.
Задача 2
Выбор диодов СВЧ для конкретного применения Выполнить:
1) Указать выбранные типы, обеспечивающие лучшее качество работы и указать страницы справочника.
2) Указать функциональное назначение выбранных типов диодов.
3) Привести параметры:
— характеризующие качество работы;
— номинальные электрические;
— предельные эксплуатационные данные;
— параметры эквивалентной схемы;
4) Привести вид и размеры корпуса.
Исходные данные:
Диоды — Смесительный Переключательный Генераторный Линии — МПЛ Диапазон частот — 10−12 ГГц.
Решение:
Длина волны, соответствующая диапазону частот 10−12 ГГц, составляет 3 см.
Смесительный диод — 2А109А
1. Тип — кремниевый, точечный, смесительный.
Страницы справочника — 237−238.
2. Назначение — предназначен для применения в преобразователях частоты на длине волны 3 см.
3. Параметры Таблица 2.1 — Электрические параметры диода 2А109А
Потери преобразования при Рпд = 1 мВт и rпосл = 350 Ом, не более: при Т=+25 оС при Т=-60 оС … +12 оС | 6,5 дБ 8 дБ | |
Выпрямительный ток при Рпд = 1 мВт и rпосл = 100 Ом, не более: | 0,9 мА | |
Нормированный коэффициент шума при Fупч = 1,5 дБ, не более: | 8,5 дБ | |
Коэффициент стоячей волны по напряжению при Рпд = 1 мВт и rпосл = 100 Ом, не более: | 1,6 | |
Выходное сопротивление при Рпд = 1 мВт и rпосл = 100 Ом | 220…380 Ом | |
Таблица 2.2 — Предельный эксплуатационные данные диода 2А109А
Рассеиваемая мощность: при Т=+125 оС при Т=-60 оС … +85 оС | 10 мВт 20 мВт | |
Рассеиваемая мощность при кратковременном воздействии (не более 1 ч) при Т=-60 оС … +85 оС | 100 мВт | |
Импульсная рассеиваемая мощность при 0,5…1 мкс и 1000 кГц | 300 мВт | |
Импульсная рассеиваемая мощность при кратковременном воздействии (не более 5 мин) при 0,5…1 мкс и 1000 кГц | 500 мВт | |
Энергия СВЧ импульсов | 0,3*10−7 Дж | |
Мощность плоской части импульса, просачивающегося через разрядник | 100 мВт | |
Температура окружающей среды | — 60 оС … +125 оС | |
4. Корпус Выпускает в металлостеклянном корпусе. Тип диода приводится на этикетке. Маркируется серой точкой у положительного электрода (вывод 1).
Масса диода не более 0,15 г.
Рисунок 2.1 — Корпус диода 2А109А Переключательный диод — 2А511А
1. Тип — кремниевый, диффузионный, переключательный.
Страницы справочника — 315−317.
2. Назначение — предназначен для применения в переключающих устройствах, модуляторах, фазовращателях, аттенюаторах сантиметрового и дециметрового диапазонов длин волн.
3. Параметры
Таблица 2.3 — Электрические параметры диода 2А511А
Качество диода на высоком уровне мощности при кВт, Iпр = 500 мА и Uсм = 50 В, не менее | ||
Качество диода на низком уровне мощности Вт, Iпр = 500 мА и Uсм = 50 В и f=3 ГГц, не менее: при Т=+25 оС при Т=+125 оС при Т=-60 оС | ||
Прямое сопротивление потерь при Вт, Iпр = 500 мА и f=3 ГГц, не более | 2 Ом | |
Накопленный заряд при Iпр = 100 мА и Uсм = 100 В, f=1 ГГц и tи = 10 мкс, не более | 350 нКл | |
Общая емкость при Вт, Uобр = 200 В и f=10…30 ГГц | 0,55…0,75 пФ | |
Таблица 2.4 — Предельный эксплуатационные данные диода 2А511А
Постоянное обратное напряжение | 50…200 В | |
Постоянный прямой ток | 700 мА | |
Импульсная падающая СВЧ мощность в коаксиале с W=50 Ом | 10 кВт | |
Температура окружающей среды | — 60…+100 оС | |
4. Корпус Выпускает в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода в виде первой цифры приводится на корпусе.
Масса диода не более 0,25 г.
Рисунок 2.2 — Корпус диода 2А511А
Диод генераторный — АА724А
1. Тип — арсенидогаллиевый, мезаэпитаксиальный, на эффекте Ганна, генераторный.
Страницы справочника — 399−401.
2. Назначение — предназначен для применения в генераторах сантиметрового диапазон длин волн.
3. Параметры Таблица 2.3 — Электрические параметры диода АА723А
Минимальная непрерывная выходная мощность в рабочем диапазоне частот при Т=-30 оС … +60 оС при U = 7…9 В | 10…15 мВт | |
Рабочий диапазон частот | 8,15…12,42 ГГц | |
Постоянный рабочий ток при U = 7…9 В | 190…400 мА | |
Сопротивление диода при I = мА при Т=-+25 оС при Т=-+70 оС при Т=—60 оС | 2,5…11 Ом 2,5…13 Ом 1,4…11 Ом | |
Таблица 2.4 — Предельный эксплуатационные данные диода АА723А
Постоянное напряжение при Т=-60 оС … +85 оС | 9,5 В | |
Рассеиваемая мощность при Т=-60 оС … +85 оС | 6,5 Вт | |
Температура корпуса | +85 оС | |
Температура окружающей среды | — 60 оС … +70 оС | |
4. Корпус Выпускает в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода на групповой таре. Отрицательный вывод — со стороны крышки.
Масса диода не более 0,15 г.
Рисунок 2.3 — Корпус диода АА723А Задача 3
Пользуясь графиками зависимости энергии уровней, расщепленных внешним постоянным магнитным полем, для заданной рабочей частоты:
а) выбрать систему рабочих энергетических уровней — трехуровневую или четырехуровневую; выбор обосновать;
б) определить напряженность магнитного поля, обеспечивающую нужную рабочую частоту;
в) указать переходы соответствующие усилительному процессу, процессу накачки и вспомогательному излучению;
г) определить частоту генератора накачки.
Исходные данные:
Частота усиливаемого сигнала — 5 ГГц.
Решение:
В системе, находящейся в нормальном состоянии, частицы распределяются по энергетическим уровням в соответствии с функцией распределения статистики Больцмана: более высокий энергетический уровень заселен меньшим числом частиц. Излучение происходит при условии, что на верхнем энергетическом уровне будет больше частиц, чем на нижнем. Состояние вещества или системы, в которой выполняется это условие, называется состояние с инверсией населенности уровней.
Частота квантового перехода:
(3.1)
Подставляя в (3.1) данную по условию частоту и постоянную Планка получаем величину энергии излучения:
Дж.
Излучение происходит при переходе электрона с более высокого уровня энергии на более низкий.
Энергетической накачкой в квантовой электронике называют процесс нарушения равновесного распределения частиц по энергетическим состояниям под воздействием внешнего электромагнитного излучения. Метод энергетической накачки применяется для систем частиц, обладающих тремя и более энергетическими уровнями. В двухуровневой системе создать инверсную населенность частиц с помощью электромагнитного поля нельзя.
В трехуровневой системе возможно получение переходов и при частоте накачки более чем в 2 раза превышающей частоты переходов и
Использование четырех энергетических уровней позволяет при определенных условиях получать большую инверсию, чем в трехуровневой системе, снижать частоту накачки до величины, превышающей частоту сигнала, а не удвоенную частоту, как это требуется в трехуровневой системе.
Используются два одинаковых рабочих перехода Сигнал накачки с частотой F14 одновременно обогащает верхний уровень Е4 рабочего перехода и обедняет нижний уровень Е1 рабочего перехода Число активных частиц при этом получается в 3 раза больше, чем в трехуровневой системе.
Дж;
Дж.
Частота накачки равна:
ГГц Рисунок 3.1 — График зависимости энергии уровней от величины магнитного поля
Литература
лампа бегущая волна
1. Федоров Н. Д. Электронные приборы СВЧ и квантовые приборы. — М.: Атомиздат, 1979.
2. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, опроэлектронные приборы: Справочник под ред. А. В. Голомедова. — М.: Радио и связь, 1988.