Многорезонаторный усилительный клистрон. Принцип действия

Устройство. Для усиления СВЧ колебаний используются также клистроны, содержащие несколько резонаторов. Наиболее часто применяются трех- и четырехрезонаторные клистроны. Они служат усилителями слабых сигналов, когда переменное напряжение на сетках группирователя оказывается недостаточным для эффективного группирования мощного электронного потока. Рассмотрим для примера устройство и принцип действия трехрезонаторного усилительного клистрона (рис. 2-12). К первому, входному резонатору подводятся колебания, подлежащие усилению. После усиления они отводятся из выходного резонатора. Промежуточный резонатор служит для дополнительного группирования электронного потока.

Рис. 2-12. Устройство трехрезонаторного клистрона. 1 - входной резонатор; 2 - промежуточный резонатор; 3 - выходной резонатор

Принцип действия. Под воздействием переменного напряжения на сетках первого резонатора электронный поток модулируется по скорости. Однако ввиду малости этого напряжения коэффициент модуляции М невелик и к сеткам второго резонатора электронный поток приходит недогруппированным (Х < 1). Второй резонатор, настраиваемый на ту же частоту, что и модулятор, не нагружен и поэтому обладает большим резонансным сопротивлением. Небольшие токи, наводимые в нем электронным потоком, развивают между сетками значительное по величине переменное напряжение. Это напряжение оказывает дополнительное модулирующее действие на поток. Третий резонатор располагается на таком расстоянии от второго, чтобы сгустки электронов проходили через его зазор при оптимальном параметре группирования. Таким образом, трехрезонаторный клистрон эквивалентен каскадному включению пары двухрезонаторных клистронов, так как сочетания первого и второго и второго и третьего резонаторов можно представить в виде двух последовательно включенных двухрезонаторных клистронов. Отличие заключается лишь в том, что в качестве выходного резонатора первого клистрона и входного резонатора второго клистрона используется один и тот же промежуточный резонатор. Этот резонатор, не будучи нагруженным, обладает большой добротностью, и поэтому потери энергии в нем меньше, чем в двух резонаторах при последовательном включении двух клистронов. Кроме того, в трехрезонаторном клистроне отсутствуют потери энергии, неизбежные при передаче сигнала с выхода одного клистрона ко входу другого. Поэтому коэффициент усиления трехрезонаторного клистрона оказывается больше коэффициента усиления, который можно было бы получить от двух последовательно включенных двухрезонаторных клистронов.

Помимо указанного преимущества, трехрезонаторные клистроны имеют более высокий к. п. д. Мощность, потребляемая таким клистроном от источника постоянного напряжения, расходуется лишь на создание общего электронного потока, в то время как при каскадном включении мощность затрачивается на образование электронного потока в каждом клистроне. Кроме того, двойная модуляция электронного потока несколько изменяет процесс группирования электронов и доля первой гармоники в электронном потоке увеличивается примерно на 15%.

Эквивалентные схемы