Многолучевые клистроны. Особенности конструкции резонаторов.

Многолучевые усилительные клистроны (МЛК) являются основой передатчиков современных перспективных бортовых, морских и наземных радиоэлектронных систем. Многолучевые конструкции клистронов на основном и высших видах колебаний позволяют уменьшить питающие напряжения в 2-3 раза, массу прибора - в 4 раза, увеличить полосу рабочих частот и значительно уменьшить габариты радиопередающих устройств.

МЛК подразделяются на малогабаритные, средней мощности и мощные.

Малогабаритные и средней мощности МЛК работают на постоянных магнитах, на основном виде колебаний с числом лучей от 7 до 37, отличаются уникальными массогабаритными характеристиками и низким рабочим напряжением.

Для расширения полосы рабочих частот используются 2-х и 3-х зазорные резонаторы и многоконтурная выходная система.

Мощные МЛК работают на основном и высших видах колебаний, число лучей от 6 до 36, в качестве магнитной фокусирующей системы в основном используется соленоид. Всего разработано более 50 типов МЛК.

Подобие напряжения и тока

Снижение напряжения, обеспечиваемое МЛК, можно проиллюстрировать сравнением многолучевого и однолучевого клистронов, генерирующих одинаковый уровень мощности излучения при следующих предположениях:

1. первеанс одного луча в многолучевом клистроне совпадает с первеансом луча в однолучевом клистроне;

2. мощность и эффективность многолучевого и однолучевого клистронов идентичны;

3. плотность тока электронов в обоих случаях ограничена эффектом пространственного заряда.

Предположим, что МЛК состоит из N независимых и идентичных лучков с током I₁ в каждом. Тогда общая выходная СВЧ мощность такого МЛК может быть определена как

,

(1)

где η – КПД отбора мощности с каждого луча (учитывая, что луча идентичны, их коэффициенты одинаковы), U_МЛК – напряжение одного луча.

Напряжения U_МЛК и U_ОЛК связаны соотношением:

(5)

Очевидные преимущества снижения рабочего напряжения ведут уменьшению веса и объема прибора, а также повышению надежности.

Осевая длина и поперечное подобие по радиусу

Полная осевая длина области взаимодействия любого клистрон равна сумме длин зазоров резонаторов и труб дрейфа. В общем случае, длина каждого зазора должна быть достаточно малой, чтобы гарантировать, что угол пролета через зазор θ_g, будет меньше π/2 радиан. Угол пролета определяется как

,

(12)

где ω – частота, рад/сек; L_g – длина зазора; υ_z – скорость электрона вдоль оси.

Подобие по магнитному полю

В МЛК нельзя увеличить ток в катушках, потому что они окружают группу пучков или лучей сходятся в направлении основной оси трубки. Существует возможность формирования магнитных полей при использовании сердечника, расположенного вокруг отдельных излучателей, но, как правило, катодная область МЛК не погружена в магнитное поле. Вместо этого лучи, электростатические фокусируясь, формируются на поверхности катода, и, проходят через сердечник с полюсным наконечником, чтобы влететь в отдельные трубы дрейфа. По ходу движения от полюсного наконечника лучи погружаются в ведущее магнитное поле.