Лампа біжучої хвилі, основи електроакустики

ЛБХ - електронно-вакуумний прилад СВЧ діапазону, робота якого заснована на тривалій взаємодії електронного потоку поля підсилюється сигналу, що рухаються уздовж однорідної сповільнює системи.

За способом посилення СВЧ сигналу:

  • ЛБХ типу = О = використовується для посилення сигналу кінетична енергія електронного пучка (в просторі взаємодії).
  • ЛБХ типу = М = використовується потенційна енергія електронного пучка.

За рівнем вихідної потужності:

  • малопотужні - до 1 Вт;
  • середньої потужності - від 1 Вт до 100 Вт;
  • великої потужності від 100 Вт до 100 кВт;
  • надпотужні - понад 100 кВт.

По режиму роботи:

  • імпульсної дії (радіолокація);
  • безперервної дії (зв'язок).

Застосування ЛБХ ЛБХ застосовується в якості підсилювачів коливань СВЧ діапазону. Використовується в якості:

  • малошумливих підсилювачів прийому (малопотужні);
  • проміжних підсилювачів потужності передавача.

Складові частини ЛБХ

  • 1 - довга скляна колба
  • 2 - фокусуються система
  • 3 - електронний інжектор
  • 4 - анод
  • 5 - уповільнює система
  • 6 - циліндри зв'язку
  • 7 - коротко замкнуті поршні
  • 8 - локальний поглинач
  • 9 - вхідний і вихідний хвилевід
  • 10 - колектор.

Призначення складових частин ЛБХ

  • Електронний інжектор (3) призначений для створення спрямованого пучка електронів.
  • Анод (4) - являє собою електростатичну лінзу, виконану у вигляді диска з отворами, і призначений для додаткової фокусування електронного пучка.
  • Фокусуються система (2) за допомогою свого магнітного поля остаточно фокусує електронний промінь. Уповільнює система (5) являє собою металеву спіраль і призначена для зменшення швидкості поширення ЕМВ.
  • Циліндри зв'язку (6) спільно з
  • коротко замкнутими поршнями (7) є трансформирующим пристроєм, який призначений, для узгодження вхідних і вихідних волноводов з уповільнює системою.
  • Локальний поглинач (8) призначений для поглинання відбитої хвилі, утвореної в результаті неузгодженості сповільнює системи і вихідного хвилеводу.
  • Колектор (10) поглинає потік електронів, що пройшов через замедляющую систему.

Принцип дії ЛБВ

Електронний потік, інжектіруемого в простір всередині спіралі, взаємодіє з осьової компонентою електромагнітного поля СВЧ хвилі і при певних умовах віддає їй частину своєї кінетичної енергії, забезпечуючи тим самим посилення НВЧ сигналу. Для простоти поняття принципу роботи розглянемо посилення сигналу на одній частоті Розглянемо рух найбільш характерних електронів, що летять з інжектора зі швидкістю Uо і взаємодіючих з сигналом А Дані електрони потрапляють в прискорює і гальмує (область II) поле і знаходяться в однакових кількостях. За умови, якщо Uо »Uф то електрони, які потрапляють в прискорює і гальмує полі, зміщуються в напрямку електрона 5 поступово утворюючи згусток електронів в центрі з електроном 5. на який ВЧ електричне поле не діє, тому що в місці розташування цього електрона напруженість поля дорівнює нулю. Утворений згусток збуджує в свою чергу ЕМВ, відстаючу від модулирующей хвилі на 90 ° і складається з початкової хвилею А - результуюча крива В Це можливо при точному рівності Uо = Uф. Якщо швидкість електронів (Uо) дещо збільшити, то утворюються згустки випереджають первісну хвилю і порушувані ними поле виявляється ближче по фазі до біжить хвилі, а амплітуда результуючого поля зростає. Якщо ж ще збільшити Uо, то утворення згустків буде утруднено, тому що електрони будуть потрапляти послідовно то в прискорює, то в гальмує полі і відбір енергії від них стає неможливим. На практиці максимальне посилення досягається при швидкості електронів Uо, на одиниці відсотків перевищує Uф сповільненій ЕМВ. Т.ч. принцип посилення сигналу в ЛБХ відбувається наступним чином: вхідний НВЧ сигнал надходить на вхід сповільнює системи, через яку рухається потік електронів, що вилетіли з електронного інжектора, в результаті взаємодії НВЧ сигналу (модулюючого) з потоком електронів утворюються "згустки", які збуджують наведений струм, перебіг якого по сповільнює системі викликає поява ВЧ напруженості електричного поля; поля в напрямку поздовжньої осі ЗС. Однак напруженість поля уздовж ЗС виявляється невеликий, тому досить Ффективность гальмування згустків електронів, а отже, і відбір енергії від модульованого за щільністю електронного пучка вдається здійснити складанням збуджується на кожній ділянці ЗС ВЧ поля з полем хвилі, що біжить уздовж сповільнює системи (тривале взаємодія електронного потоку і поля підсилює сигналу). Амплітуда хвилі, що біжить наростає експоненціально, тому що усиливаемая хвиля в свою чергу впливає на електронний потік, збільшуючи його модуляцію.

Якісні показники ЛБХ оцінюються за допомогою сукупності параметрів і характеристик. Основними з них є:

  • робоча смуга частот;
  • тип сповільнює системи;
  • напруга і струм колектора;
  • напруга і струм анода;
  • напруга і струм ЗС;
  • коефіціент посилення;
  • Вихідна потужність;
  • коефіцієнт корисної дії.

3.3. Пристрої розподілу потужності НВЧ сигналу.

У ВЧ трактах станції супутникового зв'язку (ССС) використовуються елементи НВЧ призначені для розподілу потужності НВЧ сигналів. До них відносяться:

  • ферритові циркулятори;
  • спрямовані відгалужувачі;
  • СВЧ - мости.

Ферітовий циркулятор (ФЦ) ФЦ- є коаксіальний або хвилеводний трійник, усередині якого розташовується феритовий вкладиш, що знаходиться в постійному магнітному полі.

Залежно від діапазону частот використовуються:

  • коаксіальні циркулятори (ФЦК) - 1.5-2.1 ГГц;
  • хвильове циркулятори (ФЦВ) - 3.4-11.7 ГГц.

Циркулятори, що мають три плеча, називають Y-циркулятора Основною властивістю циркулятора є те, що НВЧ сигнал, що надходить в плече I, виходить через плече II. Сигнал, що надходить в плече II, виходить через плече III А хто робить в плече III, виходить через плече I. Дія ферритового циркулятора грунтується на явищі поперечного магнітного резонансу, або ефекту зміщення поля в ферритах. Ферити являють собою матеріал з кристалічною структурою, одержуваної спеканием окису заліза з оксидами нікелю, цинку, магнію, хрому міді та інших металів. За зовнішніми ознаками ферити мають схожість з керамікою і мають високу стійкість. На СВЧ при відсутності постійного магнітного поля початкова магнітна проникність фериту близька до одиниці. Анізотропні властивості фериту виявляються при внесенні в його поле постійного магніту.

Пристрій коаксіального циркулятора

Постійної магнітне поле створюється двома магнітами, розташованими зовні по обидва боки Полоскова трійника. Шляхом підбору геометричних розмірів і параметрів вкладиша, а також регулюванням напруженості магнітного поля отримують необхідні електричні параметри циркулятора в заданій смузі частот. Поступаючи на вхід циркулятора хвиля дифрагує на ферритовом вкладиші і збуджує рівні по амплітуді поверхневі хвилі, що огинають феррит в протилежних напрямках. При цьому фазові швидкості поверхневих хвиль виявляються різними. Підбираючи діаметр фериту і величину напруженості поля постійного магніту можна при додаванні поверхневих хвиль забезпечити розташування пучности напруженості електричного поля в центрі одного плеча, а вузла напруженості в центрі іншого плеча. Цим забезпечується, що енергія з першого плеча передається в другу і не надходить у третє.

Циркулятори застосовуються в якості: пристрої забезпечує поділ прийнятого і переданого СВЧ сігналов.15 пристрої відвідного відбитий сигнал в поглинає навантаження пристрою узгодження між елементами тракту СВЧ.

До основних електричним параметрам циркуляторов відносяться:

  • робочий діапазон частот;
  • значення КСХН;
  • розв'язка між плечима;
  • загасання сигналу.

Відгалужувачі призначені для розподілу потужності НВЧ сигналу на наскільки напрямків із заданим ослабленням на кожному з них. Найбільше застосування знайшли ответвители на 2 і 3 напрямки (одне основне). Ослаблення сигналу в кожному відгалуженні може бути регульованим і нерегульованим. Зазвичай ответвители реалізуються на чверть хвильових Полоскова лініях з повітряним заповненням Ширина смужки і відстань між ними в галузі зв'язку підібрати таким чином, що при надходженні СВЧ потужності в плече Ш1 сигнал в Ш2 поширюється без ослаблення, а в Ш3 надходить із заданим ослабленням. У друге плече вторинної лінії (II) Ш4 потужність практично не надходить, і на нього ставиться узгоджена навантаження у вигляді резистора. Якщо в відгалужувачів передбачити можливість зміни відстані між первинною (I) і вторинної (II) лініями, то такий ответвитель буде регульованим.

  • для контролю переданої потужності;
  • для контролю якості узгодження;
  • вимір послаблень;
  • вимір КСВ або коефіцієнта відбиття.