трона формируется электронное колесо со спицами . Число спиц , как и в магнетроне, равно числу максимумов тормозящего поля вдоль длины окружности анода:

n = yV(n-e)/(2n). (9.2)

При этом угловая скорость спицы (8.7) м - 2д п, где / - центральная рабочая частота, на которой фазовый угол равен в. Следует отметить, что выражения (9.1) и (9.2) совершенно аналогичны таковым для магнетронов, но у последних ЗС замкнута, отсюда и некоторое различие в этих выражениях. Итак, магнетрон возбуждается только при точном выполнении (8.7). В амплитроне же число спиц (9.2) должно быть целым. Это необходимо, чтобы электронный поток был замкнутым. Но угол в изменяется при работе усилителя в полосе частот. Допустимое изменение в и, следовательно, полоса рабочих частот могут быть ориентировочно определены соображением, что каждая спица , сделав полный оборот вокруг катода, должна застать в исходной точке поле такой фазы, которая может отличаться от тормозящей не более чем на ±л/2. При большем отклонении фазы спица попадает в ускоряющее поле и, следовательно, разгруппируется. Указанное отклонение фазы набегает за полный оборот спицы Допустимое на одну ячейку изменение фазы Ав = n/{2N).

Пороговое напряжение амплитрона определяется соотношением (8.11), в котором под / следует понимать среднюю частоту рабочей полосы, а под п - число спиц в соответствии с (9.2).

Имея в виду, что в полосе пропускания ЗС угол в изменяется от О до д, а число спиц п должно быть целым, можно по (9.2) найти оптимальные значения 9 , соответствующие определенной зоне генерации с номером т и числу спиц п. Первой зоной считается та, которой соответствует самое большое п = {N - 1)/2. Для этой зоны Oj = n/N. При работе во второй зоне п == {N - 3)/2, а = Зк/N. Пер вая зона согласно (8 И) является самой низковольтной, но в качестве рабочей не используется из-за малой ширины рабочей полосы, что объясняется большой крутизной дисперсионной характеристики ЗС (рис. 9.5) на участке, соответствующем этой зоне. Поэтому используют обычно вторую зону, в которой усиление происходит в полосе длин волн ?ii -Jij, составляющей 8-12 %.

Так как вторая зона является более высоковольтной, при подаче на амплитрон напряжения питания возможно

его самовозбуждение на частоте, соответствующей приблизительно середине первой зоны. В установившемся режиме это самовозбуждение обычно срывается. В импульсном режиме при подаче Е^, от модулятора самовозбуждение в первой зоне может проявляться на фронтах импульса напряжения питания

Амплитронные усилители работают в режиме принудительной синхронизации. Если входная мощность СВЧ-сиг нала - Pgji меньше некоторой пороговой мощности Рдор, зависящей от потребляемой мощности источника питания Ро = EJ, где /а - постоянная составляющая анодного тока, амплитрон оказывается в режиме самовозбуждения и генерирует паразитные колебания. При Рвх = Рпор происходит захватывание частоты генерации амплитрона и при дальнейшем увеличении Р^х мощный сигнал на выходе усилителя воспроизводит частоту и с определенным сдвигом фазу входного сигнала. Режим усиления является насыщенным и выходная мощность Рдых слабо зависит от

изменения Р^х- Спицы электронного облака сформированы жестко и одинаковы вдоль всего пространства взаимодействия, поэтому наводимый спицами СВЧ-ток в штырях ЗС не меняется при изменении Рвх- Коэффициент усиления амплитрона Кр = 10 Ig Рвых/Рвх имеет значения 17-20 дБ при Рвх Рпор и падает до 3-5 дБ при значительном увеличении Рвх- ЗС амплитрона имеет малую электрическую длину, хорошо согласована в полосе рабочих частот и поэтому вносит малые потери (~ 0,5 дБ) (как говорят прозрачна на проход ). Мощность Рвх проходит на выход, суммируясь с мощностью, развиваемой в ЗС электронным потоком. Поэтому электронный к. п. д. амплитронов

Г1э = (Рвь.х-/вх) о-

Сказанное поясняет ход амплитудных характеристик амплитронов, нанесенных сплошными линиями на рис. 9.6. Каждая из характеристик соответствует постоянному зна-

Рис. 9.5. Участок дисперсной ной характеристики ЗС амплитрона и две первые зоны гене рации (усиления)

РеыяКВт toooo

чениго подводимой мощности Яо- Заштрихованная область является нерабочей, для нее Pj. < Puor Штриховые прямые соответствуют постоянным значениям коэффициента усиления.

В усилительных цепочках, состоящих из двух амплитро-нов, входной прибор обычно работает в режиме большого коэффициента усиления {Кр = 12 15 дБ) при несколько сниженном к. п. д. Выходной прибор при пониженном коэффициенте усиления /Ср = 6 ч- 12 дБ обеспечивает на выходе большую мощность при к. п. д. до 80 - 85 %. Коэффициент усиления и к.п.д. цепочки оказываются достаточно высокими. Во избежание паразитной генерации в импульсном режиме работы длительность импульса, питающего вторую ступень цепочки, сокращают, подавая напряжение питания на второй прибор с задержкой так, чтобы не попасть в заштрихованную на рис. 9.6 зону.

Так как потери в ЗС амплитрона малы (он прозрачен ), то такие передатчики могут работать с пониженной мощностью без включения выходной ступени усилительной цепочки. Кроме того, в передатчиках появляются большие возможности по резервированию.

абота амплитронов в усилительных цепочках осложняется тем, что в режиме генерации согласование входа прибора резко ухудшается. Появляется так называемое горячее рассогласование, неустранимое в полосе рабочих частот. Даже при хорошем холодном согласовании во входном и выходном устройствах ЗС амплитрона {К^и < < 1,1 -5- 1,3) у работающего на согласованную нагрузку усилителя К„и входа в полосе рабочих частот может превышать значения 3-5. Это связано с тем, что наводимые в ячейках ЗС СВЧ-токи возбуждают электромагнитные волны, движущиеся как на выход прибора (эти волны усиливаются по пути), так и на вход. Эти обратные (в отличие от пространственных гармоник) волны в произволь-

1000 10000

Рис. 9.6. Амплитудные характеристики амплитрона