Клістрон
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Клістрон

Клістрон [від греч.(грецький) klýzo — ударяти, обливати (хвилею) і (елек) трон ], електровакуумний прилад СВЧ(надвисокі частоти), в якому перетворення постійного потоку електронів в змінний відбувається шляхом модуляції швидкостей електронів електричним полем СВЧ(надвисокі частоти)(при прольоті їх крізь зазор об'ємного резонатора ) і подальшого угрупування електронів в згустки (із-за різниці їх швидкостей) в просторі дрейфу, вільному від поля СВЧ(надвисокі частоти). Поширено 2 класи До. — пролітні і відбивні.

загрузка...

  Пролітний До. — До., у якому електрони послідовно пролітають крізь зазори об'ємних резонаторів (ОР) В зазорі вхідного ОР відбувається модуляція швидкостей електронів: електричне поле в нім періодично півперіоду прискорює, а наступні півперіоду уповільнює рух електронів. У просторі дрейфу прискорені електрони наздоганяють сповільнені, внаслідок чого утворюються згустки електронів. Проходя крізь зазор вихідного ОР, згустки електронів взаємодіють з його електричним полем СВЧ(надвисокі частоти), більшість електронів гальмуються і частина їх кінетичної енергії перетвориться в енергію коливань СВЧ(надвисокі частоти).

  Ідея перетворення постійного потоку електронів в потік змінної щільності за рахунок того, що прискорені електрони наздоганяють сповільнені, розглядалася радянським фізиком Д. А. Рожанським в 1932, метод здобуття потужних коливань СВЧ(надвисокі частоти), заснований на цій ідеї, був запропонований спільно радянським фізиком А. Н. Арсеньевой і німецьким фізиком О. Хайлем в 1935, перші конструкції пролітних До. були запропоновані і здійснені в 1938 американськими фізиками Ст Ханом, Г. Меткалфом і незалежно від них Р. Варіаном і З. Варіаном.

  Більшість пролітних До. є багаторезонаторними підсилювальними До. (). Проміжні ОР, розташовані між вхідним і вихідним ОР, дають можливість розширити смугу пропускання частот, підвищити ккд(коефіцієнт корисної дії) і коефіцієнт посилення. Підсилювальні До. випускаються для роботи у вузьких ділянках частот дециметрового і сантиметрового діапазонів хвиль з вихідною потужністю від декількох сотень Вт до 40 Мвт в імпульсному і від декількох Вт до 1 Мвт в безперервному режимі роботи. Коефіцієнт посилення До. зазвичай від 35 до 60 дб, ккд(коефіцієнт корисної дії) від 40 до 60%, смуга пропускання менше 1% в безперервному режимі і до 10% в імпульсному режимі. Основні сфери їх застосування: доплеровськая радіолокація, зв'язок з штучними супутниками Землі, радіоастрономія, телебачення (До. безперервного режиму роботи) і лінійні прискорювачі елементарних часток, крайові підсилювачі потужності станцій радіолокацій далекої дії і високій роздільній здатності (До. імпульсного режиму роботи).

  Невелику частину що випускаються промисловістю пролітних До. складають генераторні До. безперервного режиму роботи. Зазвичай вони мають 2 ОР (). Невелика доля потужності коливань СВЧ(надвисокі частоти), створюваних в другому ОР, передається через щілину зв'язку в перший ОР для модуляції швидкостей електронів. Їх вихідна потужність приблизно від 1 до10 Вт, ккд(коефіцієнт корисної дії) — менше 10%. Генераторні До. застосовуються головним чином в параметричних підсилювачах, радіомаяках сантиметрового і міліметрового діапазонів хвиль.

  Відбивний До. — До., у якому потік електронів, пройдя зазор ОР, потрапляє в гальмівне поле відбивача, відкидається цим полем назад і повторно проходіт зазор ОР у зворотному напрямі. При першому проходженні зазору його електричне поле СВЧ(надвисокі частоти) модулює швидкості електронів. При другому проходженні (у зворотному напрямі) електрони прибувають в зазор сформованими в згустки; поле СВЧ(надвисокі частоти) в зазорі гальмує ці згустки і перетворює частину кінетичної енергії електронів на енергію коливань СВЧ(надвисокі частоти). Згустки електронів утворюються в результаті того, що прискорені електрони в просторі між ОР і відбивачем проходят довшу дорогу і знаходяться довшим, ніж сповільнені. При зміні негативної напруги на відбивачі міняються час прольоту електронів, фаза прибуття згустків в зазор і частота тих, що генеруються коливань. Останнє використовується для так званого електронного налаштування, що дозволяє практично безінерційний і без витрати потужності управляти частотою коливань, що генеруються, при частотній модуляції і автоматичному підстроюванню частоти. Механічна перебудова частоти виробляється зміною зазору шляхом прогину торцевої стінки (мембрани) металевого корпусу До. або за допомогою переміщення поршня знімної частини ОР, що приєднується до країв металевих дисків, що виходять із скляного або керамічного корпусу До, що набудовує.. Багато відбивних До., окрім основного ОР, мають другі ОР, що знаходиться поза вакуумом (). Механічна перебудова частоти таких До. виробляється при переміщенні штиря, що змінює зазор другого ОР. Такі конструкції забезпечують необмежене число перебудов частоти. Приєднання високодобротного резонатора підвищує стабільність частоти, але знижує вихідну потужність До.

  Відбивний До. був розроблений в 1940 групою радянських інженерів — Н. Д. Девятковим, Е. Н. Данільцевим, І. Ст Піськуновим, і незалежно від них радянським інженером Ст Ф. Коваленко. Перші роботи по теорії відбивного До. були опубліковані радянськими фізиками Я. П. Терлецким в 1943 і С. Д. Гвоздовером в 1944.

  Відбивні До. є наймасовішим типом приладів СВЧ(надвисокі частоти). Вони випускаються для роботи в дециметровому, сантиметровому і міліметровому діапазонах хвиль, мають вихідну потужність від 5 мвт до 5 Вт, діапазон механічної перебудови частоти до 10% (в До. із знімною частиною ОР — декілька  десятків відсотків), діапазон електронного налаштування зазвичай менше 1%, ккд(коефіцієнт корисної дії) близько 1%. Відбивні До. застосовуються як гетеродина радіоприймача супергетеродина, як задаючий генератор радіопередавачів, як генератор малої потужності в радіолокації, радіонавігації, вимірювальній техніці і т.д.

  Літ.: Коваленко Ст Ф., Введення в електроніку надвисоких частот, 2 видавництва, М., 1955; Лебедев І. Ст, Техніка і прилади СВЧ(надвисокі частоти), 2 видавництва, т. 2, М., 1972; Гайдук Ст І., Палатов До. І., Петров Д. М., Фізичні основи електроніки надвисоких частот, М., 1971; Microwave Tube DATA Book, 28 ed., [N. J.], 1972.

  Ст Ф. Коваленко.

Мал. 1. Схеми конструкції пролітних клістронів: а — підсилювального, би — генераторного: 1 — катод; 2 — фокусуючий циліндр; 3 — електронний потік; 4 — вхідний об'ємний резонатор; 5 — отвір для введення енергії надвисоких частот; 6 — зазор об'ємного резонатора; 7 — простір дрейфу; 8 — вихідний об'ємний резонатор; 9 — отвір для виведення енергії надвисоких частот; 10 — колектор, що приймає електронний потік; 11 — проміжні об'ємні резонатори; 12 — джерело постійної анодної напруги; 13 — джерело напруги підігрівання катода; 14 — перший об'ємний резонатор; 15 — щілина зв'язку, через яку частину енергії надвисоких частот проходіт з другого резонатора в перший; 16 — другий об'ємний резонатор.

Мал. 4. Способи механічної перебудови частоти відбивного клістрона: а — прогином мембрани, би — переміщенням поршня знімної частини об'ємного резонатора, в — переміщенням штиря об'ємного резонатора, вакууму, що знаходиться зовні; 1 — мембрана, прогином якої міняють зазор об'ємного резонатора (збільшення зазору збільшує частоту коливань); 2 — краї металевих дисків клістрона, до яких приєднують знімну частину об'ємного резонатора; 3 — знімна частина об'ємного резонатора; 4 — поршень об'ємного резонатора (при опусканні поршня довжина об'ємного резонатора зменшується і частота коливань, що генеруються збільшується); 5 — керамічне вакуумнощільне вікно зв'язку між об'ємними резонаторами; 6 — штир (підйом штиря збільшує зазор об'ємного резонатора і частоту коливань); 7 — отвір для виведення енергії надвисоких частот.

Мал. 2. Схема конструкції відбивного клістрона: 1 — катод; 2 — фокусуючий циліндр; 3 — електронний потік; 4 — прискорююча сітка; 5 — об'ємний резонатор; 6 — зазор об'ємного резонатора; 7 — відбивач; 8 — друга сітка резонатора; 9 — перша сітка резонатора; 10 — вакуумнощільне керамічне вікно виведення енергії надвисоких частот з об'ємного резонатора; 11 — джерело напруги резонатора клістрона; 12 — джерело напруги підігрівання катода; 13 — джерело напруги відбивача.

Мал. 3. Залежність частоти і вихідної потужності відбивного клістрона від напруги на відбивачі: А — ширина зони генерації; Б — ширина зони генерації по рівню половинної потужності; f 1 — частота коливань в центрі зони; Df — відхилення частоти від f 1 ; У — діапазон електронного налаштування по рівню половинної потужності.