Клистрон — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля. Клистроны подразделяются на 2 класса: пролётные и отражательные.

46. 
    Клистроны. Физические процессы. Пролётные клистроны. Основные параметры. Область применения.
    

Клистрон — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля. Клистроны подразделяются на 2 класса: пролётные и отражательные.

Пролётный Клистрон – это Клистрон, в котором электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объёмных резонаторов. В зазоре входного объёмного резонатора происходит модуляция скоростей электронов: электрическое поле в нем периодически полпериода ускоряет, а следующие полпериода замедляет движение электронов. В пространстве дрейфа ускоренные электроны догоняют замедленные, в результате чего образуются сгустки электронов. Проходя сквозь зазор выходного объёмного резонатора, сгустки электронов взаимодействуют с его электрическим полем СВЧ, большинство электронов тормозится и часть их кинетической энергии преобразуется в энергию колебаний СВЧ.

Основные параметры, характеризующие работу клистрона.

1. 
   Коэффициент усиления клистрона определяется отношением мощности на выходе клистрона к мощности на его входе. Коэффициент усиления двухрезонаторного клистрона обычно не превышает 20 дБ. Многорезонаторные клистроны позволяют по­лучить коэффициенты усиления 50-70 дБ.
   
2. 
   Электронный КПД- отношение выходной мощности к затраченной
   
3. 
   Полоса пропускания, определяемая в процентах по отношению к средней частоте сигнала. Величина  находится обычно по уровню половинной мощности.
   

Важную роль в оценке свойств усилительного клистрона игра­ет частотная характеристика, которая обычно определяется ис­пользуемыми колебательными системами - резонаторами.

Частотные свойства клистрона характеризуются полосой про­пускания частот, которая не превышает 1-2% рабочей частоты. При расширении резонансной характеристики коэффициент усиления Кр уменьшается.

---

Двухрезонаторные клистроны применяют для усиления в передатчиках СВЧ. Многорезонаторные клистроны используются в системах тропосферной и радиорелейной связи, в наземных станциях спутниковой связи, в телевизионных передатчиках, в выходных каскадах радиолокационных передатчиков, в установках промышленного нагрева.

46. 
    Магнетроны. Физические процессы. Основные параметры. Область применения.
    

Магнетрон — электронный прибор, генерирующий микроволны при взаимодействии потока электронов с электрической составляющей сверхвысокочастотного поля в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон.

Принцип действия магнетрона

Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения.

При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода.

Основными параметрами магнетронных генераторов являются выходная мощность, КПД, генерируемая частота и ее стабильность. Эти параметры зависят от электрического режима магнетрона, т.е. от анодного напряжения  магнитной индукции, анодного тока и проводимости подключенной к магнетрону нагрузки, которая в общем случае имеет комплексный характер.

Магнетроны ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в ра­дио­тех­нических сис­те­мах различных на­зна­че­ния (в ра­дио­ло­ка­ции и на­ви­га­ции, ра­дио­ас­тро­но­мии, ме­тео­ро­ло­гии, свя­зи), в промышленных и на­учных СВЧ-ус­та­нов­ках, в бы­то­вых СВЧ-пе­чах, в ме­ди­цин­ской и др. ап­па­ра­ту­ре, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот.

---

46. 
    Замедляющие системы. Лампы бегущей волны. Область применения.
    

Замедляющая система- уст­рой­ст­во, фор­ми­рую­щее и ка­на­ли­зи­рую­щее элек­тро­маг­нит­ные вол­ны с фа­зо­вой ско­ро­стью, мень­шей ско­ро­сти све­та в ва­куу­ме (за­мед­лен­ные вол­ны), и обес­пе­чи­ваю­щее их дли­тель­ное, син­хрон­ное взаи­мо­дей­ст­вие с по­то­ка­ми за­ря­жен­ных час­тиц.

Основные об­лас­ти при­ме­не­ния ЗС: элек­трон­ные СВЧ-при­бо­ры с дли­тель­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем (лам­пы бе­гу­щей вол­ны, лам­пы об­рат­ной вол­ны, маг­не­тро­ны, не­ко­то­рые раз­но­вид­но­сти ма­зе­ров на цик­ло­трон­ном ре­зо­нан­се), син­хро­трон­ные и ли­ней­ные ус­ко­ри­те­ли, се­па­ра­то­ры за­ря­жен­ных час­тиц. ЗС при­ме­ня­ют­ся так­же в ка­че­ст­ве ан­тенн бе­гу­щей вол­ны, ли­ний за­держ­ки, элек­трических фильт­ров, фа­зов­ра­ща­те­лей.

Лампа бегущей волны (ЛБВ) — электровакуумный прибор, в котором для генерирования и/ или усиления электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и электронного потока, движущихся в одном направлении.

Принцип действия ЛБВ основан на механизме длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны. Электронная пушка формирует электронный пучок с определенным сечением и интенсивностью. Скорость электронов определяется ускоряющим напряжением. С помощью фокусирующей системы, создающей продольное магнитное поле, обеспечивается необходимое поперечное сечение пучка на всем пути вдоль замедляющей системы.

Лампы бегущей волны пред­на­зна­че­ны для ши­ро­ко­по­лос­но­го уси­ле­ния СВЧ-ко­ле­ба­ний в диа­па­зо­не от 300 МГц до 300 ГГц, а так­же для пре­об­ра­зо­ва­ния и ум­но­же­ния час­то­ты.

Маломощные ЛБВО применяются во входных усилителях, средней мощности — в промежуточных усилителях, большой — в выходных усилителях мощности СВЧ колебаний.

46. 
    Фильтры СВЧ. Согласующие устройства как фильтры.
    

Фильтры предназначены для подавления колебаний одних частот и пропускания колебаний других. Используются в приемниках для подавления сигналов помех, частоты которых лежат вне рабочей полосы приемника, для подавления гармоник излучения мощных передатчиков, для разделения или сложения сигналов с различными частотами в схемах диплексеров и мультиплексеров, для решения вопросов электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, для целей согласования при соединении элементов с различными сопротивлениями. Основные характеристики: полоса пропускания и

---

допустимый уровень затухания в полосе пропускания; полоса заграждения.

В зависимости от взаимного расположения полос пропускания и затухания фильтры делятся на фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот, полосно-пропускающие (ППФ) и полосно-заграждающие (ПЗФ).

В конструкции фильтров СВЧ используют коаксиальные, волноводные, полосковые и микрополосковые линии передачи.

Широкополосные согласующие цепи являются структурами со свойствами фильтра. Для согласования нагрузки, имеющей реактивную составляющую, в полосе частот оптимальная согласующая цепь должна иметь характеристику, подобную характеристике фильтра. Любая степень согласования нагрузки за пределами требуемой полосы частот (даже очень малая) ведёт к ухудшению согласования в заданной полосе. Иными словами, чем выше крутизна характеристики затухания согласующей цепи, тем лучше согласование в требуемой полосе можно обеспечить.

46. 
    СВЧ-диоды (диоды Ганна, туннельные, лавинно-пролетные, p-i-n). Физические процессы. Разновидности. Основные параметры. Область применения.
    

Диод Ганна — тип полупроводниковых диодов, в полупроводниковой структуре не имеет p-n-переходов и используется для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ. Основные характеристики диода Ганна:

КПД - уровень наибольшего значения по данному показателю не превышает 20-ти процентов. Увеличить его возможно применяя усложнённые колебательные системы.

Pвых - ограничивается условиями электрических процессов. Максимальная мощность прямо пропорциональна частоте. Если мощность достаточно велика, то размер амплитуды колебаний может быть сопоставлен с показателем постоянного диодного напряжения.

Применяется в радиосвязи, радиолокации, в качестве генератора СВЧ, детектора, СВЧ-передатчика

Туннельный диод — полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, на вольт-амперной характеристике которого при приложении напряжения в прямом направлении появляется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, обусловленный туннельным эффектом (позволяет электронам преодолеть энергетический барьер).

---

Применяются в качестве предварительных усилителей, генераторов и высокочастотных переключателей

Лавинно-пролётный диод  — диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Активная составляющая комплексного сопротивления на малом переменном сигнале в определённом диапазоне частот отрицательна. На ВАХ лавинно-пролётного диода, в отличие от туннельного диода, отсутствует участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Рабочей для лавинно-пролётного диода является область лавинного пробоя. Лавинно-пролётные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ.

PIN-диод — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный полупроводник (i-область). p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу. Применяются в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, в высоковольтной электронике, используются как модуляторы и фотодетекторы.

46. 
    Транзисторы СВЧ. Пути повышения рабочей частоты. Транзисторы с барьером Шоттки.
    

Транзистор- радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. СВЧ транзистор-это транзистор, который может работать на СВЧ

Пути повышения рабочей частоты:

1) Уменьшать время пролета инжектированных носителей в базовой области:

а) уменьшать ширину базовой области W_Б;

б) создавать n-р-n транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза;

в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвижность носителей выше. Еще большие возможности открывает использование арсенида галлия.

2) Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжектированных из эмиттера носителей.

3) Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и увеличения ширины переходов (выбором концентрации примесей и рабочего напряжения).

---

Смотрите также файлы

• Работа с текстом в Blender 3D.docx

• Комплексный план противодействия идеологии терроризма в рф на 20192023 гг.docx

• 2. Понятие множественности преступления, соотношение его с единичным преступлением.doc

• Блім. Индустрияландыру лтт.docx

• Анализ Всероссийских проверочных работ по каждому обучающемуся 5 а класса мбоу новомеловатская сош.docx