Электронно - вакуумные СВЧ - усилители

Исторически первыми СВЧ –усилительными приборами были специализированные электровакуумные приборы сложной конструкции, обеспечивающей возможность управления СВЧ - сигналами. Вакуумные активные элементы мощных СВЧ-усилителей достаточно разнообразны. К ним относятся однолучевые пролетные многорезонаторные клистроны, характерные значения выходной мощности которых в непрерывном режиме не превышают 50 кВт.

Клистро́н — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролёте их сквозь зазор объёмного резонатора) 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.

В пролётном клистроне электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объёмных резонаторов. В простейшем случае резонаторов 2: входной и выходной. Дальнейшим развитием пролётных клистронов являются каскадные многорезонаторные клистроны, которые имеют один или несколько промежуточных резонаторов, расположенных между входным и выходным резонаторами.

 

Рис. 7. Устройство пролётного клистрона

 

В отражательном клистроне используется один резонатор, через который электронный поток проходит дважды, отражаясь от специального электрода — отражателя.

Первые конструкции пролётных клистронов были предложены и осуществлены в 1938 году американскими инженерами Расселом и Сигуртом Варианом.

Отражательный клистрон был разработан в 1940 году Н. Д. Девятковым, Е. Н. Данильцевым, И. В. Пискуновым и независимо В. Ф. Коваленко.

 

 

Рис. 8. Мощный клистрон в космическом исследовательском центре в Канберре

 

Другой разновидностью электровакуумных СВЧ – приборов являются лампы бегущей волны.

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 (в отличие от лампы обратной волны (ЛОВ)). Принцип действия ламп бегущей волны (ЛБВ) основан на механизме длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны. На рисунке схематично представлено устройство ЛБВ. Электронная пушка формирует электронный пучок с определенным сечением и интенсивностью. Скорость электронов определяется ускоряющим напряжением. В результате взаимодействия электронов и электромагнитного поля возникает эффект усиления электромагнитных колебаний высокой частоты.

Основное применение, -усиление слабых сигналов, принятых антеннами СВЧ – устройств.

 

Рис. 9. Устройство ЛБВ

 

 

Рис. 10. ЛБВ