Главная страница Комод Кухня Компьютерный стол Плетеная мебель Японский стиль Литература
Главная  Передающие устройства СВЧ 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149

4онв - h + /ie<-vz конвекционный ток; lX и jB - соответственно погонные сопротивление и проводимость ЗС. Последние выражения перепишем в виде

duJdz - jXohc; 2 44)

а/зе/аг = -/Во зс + гко„в/г.

Считая, что = изе'<~; = получаем

Т^зс = /Хо/зс. Т^зс = jBoUsc + yh-Решая эти уравнения, получаем

f3c = -TToP3c/i/(To-f). (2.45)

где уо = / У ВоХо и = VXqIBo

- коэффициент распространения и волновое сопротивление ЗС. Затем, решая совместно уравнения (2.45) и (2.43), с учетом того, что = yV, имеем

/tTo/<3.(, ,;; ,=i. (2.46)

Уравнение (2.46) называется характеристическим или дисперсионным уравнением. Его решение относительно у позволяет определить результат взаимодействия электронного потока с СВЧ-полем.

Мы рассматриваем случай, когда выполняется условие синхронизма (первоначальная скорость электронов равна фазовой скорости волны) у„ = jK- Тогда, если считать, что у мало отличается от : у = уо то характери-

стическое уравнение (2.46) принимает сил *

/(Г=1. (2.47)

Из (2.47) находим: Ау = K.fiVj, где С = VpJJ(4Uoj. Считая, что = е^ч', получаем / = е'ч> = cos Зср г + / sin Зф или ф = л/6 + 2л/п/3, где т = О, =tl, ±2 и т. д. Итак,

У] = cos (л/6 + 2лт/3) 4- / sin (я/6 + 2лт/3).

* При выводе этого выражения пренебрегли из-за малости членами (Ау) и /2Ау/Сэл-



Это уравнение имеет три корня: (vX = У^/2 +/72;

(Vi)2= + /3/2- 2, (К/)з--/.

Отсюда следует важный вывод, что в результате взаимодействия электронного потока с полем ЗС при выполнении условия синхронизма в ней возбуждаются не одна, а три волны с одинаковой структурой поля, каждая из которых имеет свой коэффициент распространения:

71 = /эл(1+С/2) + 1/ЗС/<эл/2;

Y2 = /( {l+C/2)-l/3Ci( /2; (2.48)

Первая волна является затухающей (а > 0), вторая - нарастающей (а < 0), а третья распространяется, если пренебречь потерями в ЗС, без изменения амплитуды. Очевидно, что интерес с точки зрения передачи энергии электронами СВЧ-полю представляет вторая волна, у которой

фазовая скорость Vt,2 = -p-меньше скорости элек-

тронного потока. На основании анализа выражения для уа может быть построена приближенная так называемая линейная теория приборов с рассмотренным механизмом взаимодействия.

В данном случае СВЧ-полю передается кинетическая энергия электронов. По мере движения вдоль ЗС в результате взаимной связи с СВЧ-полем электронные сгустки становятся более плотными, а амплитуда СВЧ-поля увеличивается. При этом сгустки тормозятся, их скорость уменьшается, а это нарушает условие синхронизма. Поэтому эффективное взаимодействие на большой длине может быть обеспечено или подускорением электронов, или дополнительным торможением волны.

Следует заметить одну особенность, наблюдаемую в приборах с длительным взаимодействием: при своем движении плотные электронные сгустки стремятся расфокусироваться за счет расталкивающих сил, действующих между электронами. Эти силы тем больше, чем больше плотность сгустков. Таким образом, в этих приборах действие пространственного заряда является серьезным ограничивающим фактором, который проявляется особенно сильно в мощных приборах.

Рассмотренное взаимодействие электронных потоков с полем наблюдается, например, в лампах с бегущей прямой волной О-типа.



4, Взаимодействие в приборах с неустойчивым пространственным зарядом

Рассмотрим полупроводниковые приборы, обладающие объемной отрицательной дифференциальной проводимостью. Это явление наблюдается у ряда полупроводниковых соединений групп Л' - В^ и Л - В^ с электронной электропроводностью.

Зависимость скорости электронов от напряженности электрического поля в таком полупроводнике представлена на рис. 2.13. На рис. 2.14 изображена его зонная (долинная) структура. Электроны могут существовать в двух стабильных состояниях в зоне (долине) / или в зонах (долинах) 2. В зоне / они имеют концентрацию rii, эффективную массу эф! ~ 0,07т и подвижность \ini = 5000 -ь 8000 смУ(В -с). В зонах 2 соответственно т^ф^ ~ 0,4т и ц„2 = ЮО ч- 200 смУ(В-с). Причем ma <тзф2 и ц„2 < Цщ.

При слабых полях все электроны находятся в зоне / и зависимость у от £ имеет вид v = [ini Е (пунктир / на рис. 2.13).

С увеличением Е скорость v изменяется по линейному закону (.1 1 = const). Если Е становится больше так называемого порогового значения £ 2 н- 5 кВ/см, то электроны, ускоряясь полем, начинают переходить из зоны / в зону 2 (междолинный переход). Этот процесс протекает практически мгновенно за время порядка 10 с. Подвижность электронов в зонах 2 резко уменьшается, они тяжелеют , поэтому при дальнейшем росте Е скорость электронов уменьшается. При определенном значении поля £ = = 10 -7- 20 кВ/см все электроны переходят из зоны / в зоны 2. При Е'Еы f=(х„2 Е (пунктир 2 на рис. 2.13.). При Е = Е„ скорость уменьшается до минимального значения v , равного (0,5 - 0,9) v .

Для полей, лежащих в интервале от Е„ до £ , зависимость V от Е описывается выражением

V = (П1[1пг + п^Цп2) Е1{П1 + Пг). (2.49)

Следует заметить, что это выражение для данного случая имеет общий характер и переходит в предыдущие, если /г 2 = 0.

Зависимость v = f (Е) на участке значений полей Е„ > Е Е„ имеет отрицательную производную, что соответствует объемной отрицательной дифференциальной нро-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149

© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения