72288

Электронные и квантовые приборы СВЧ

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Кривая электронной перестройки частоты имеет такой вид: Диапазон частот Частота колебаний ЛОВ зависит от напряжения U0 приложенного между замедляющей системой и катодом. Ширина диапазона электронной перестройки частот характеризуется либо коэффициентом перекрытия диапазона либо относительной...

Русский

2014-11-20

143.42 KB

7 чел.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»

Радиотехнический факультет

Домашнее задание

по курсу: «Электронные и квантовые приборы СВЧ»

Выполнил:

студент 3-го курса РТФ

группы РС-61

Писарчик Д.В.

Вариант №12

Киев 2009

Устройство и принцип действия лампы обратной волны типа «О» как генератора, управляемого напряжением

Лампой обратной волны типа О (сокращенно ЛОВО) называют электровакуумный прибор СВЧ диапазона, в котором используется длительное взаимодействие сгруппированного потока электронов с обратной пространственной гармоникой электромагнитной волны, распространяющейся вдоль замедляющей системы.

Устройство ЛОВО схематически показано на рисунке, где 1 –электронная пушка, 2 – вывод энергии, 3 – замедляющая система,

4 – поглотитель, 5 – коллектор, 6 – фокусирующая система.[1]

Электронная пушка создаёт пучок электронов, движущийся к коллектору. Заданное сечение пучка сохраняется постоянным при помощи фокусирующей системы.

Если бы замедляющая система была однородной, и поле волны не содержало бы пространственных гармоник, то фазовая скорость волны была бы направлена так же, как и групповая, то есть навстречу движению электронов. Эффективное взаимодействие между СВЧ-волной и пучком электронов должно было бы отсутствовать.[3]

Однако если замедляющая система имеет периодическую структуру, то имеющееся в ней поле можно рассматривать как сумму бесконечного множества гармоник. Фазовые скорости этих гармоник могут быть направлены как в сторону движения энергии (прямые волны), так и в противоположную сторону (обратные волны). Можно подобрать ускоряющее напряжение (U0) для пучка электронов так, чтобы обеспечить синхронизм между электронами и одной из замедленных обратных волн (Ve  Vф).

Тогда электроны, поочерёдно проходя мимо неоднородностей, встречают одну и ту же фазу высокочастотного продольного поля, что приводит к тому, что часть кинетической энергии пучка передаётся СВЧ-полю. При этом электронный поток приобретает модуляцию по скорости, что приводит к модуляции плотности электронного потока (быстрые электроны догоняют медленные). Этот модулированный поток, двигаясь по направлению к коллектору, наводит на замедляющей системе высокочастотный ток. Но энергия волны, с которой взаимодействуют электроны, двигается навстречу электронному потоку. В результате на выходе лампы около электронной пушки создаётся поле, превышающее первоначальный сигнал. Лампа приобретает свойства автогенератора.

Таким образом, электронный пучок играет в ЛОВ двойную роль — как источник энергии и как звено, по которому осуществляется положительная обратная связь. Эта связь присуща самому принципу ЛОВ и принципиально неустранима, в отличие от других генераторов СВЧ [4]. В ЛОВО устанавливаются колебания стационарной амплитуды, определяемой балансом мощностей . Так как сопротивление связи пространственных гармоник резко уменьшается с увеличением номера гармоники, в ЛОВО используются замедляющие системы, в которых обратная пространственная гармоника является основной либо минус первой (системы типа встречных штырей или двухзаходной спирали). Вследствие трудностей широкополосного согласования волноводного выхода ЛОВО с замедляющей системой в ЛОВО возможны отражения от нагрузки. Последнее приводит к колебаниям выходной мощности ЛОВО, и для устранения этого эффекта в ЛОВО применяют поглотитель.

В первом приближении для замедляющей системы можно воспользоваться такими соотношениями:

С - скорость света, L и l – размеры замедляющей системы, 𝜆 – длины волны, р -номер гармоники.

Из условия фазового синхронизма следует

Так, для первой отрицательной гармоники р=-1 следует

Таким образом, в силу аномальной дисперсии замедляющей структуры частоты генерации увеличивается с увеличением напряжения   . [1]

Кривая электронной перестройки частоты имеет такой вид:

Диапазон частот

Частота колебаний ЛОВ зависит от напряжения U0, приложенного между замедляющей системой и катодом. Современные (2005 год) ЛОВ покрывают диапазон частот от единиц ГГц до единиц ТГц.

Ширина диапазона электронной перестройки частот характеризуется либо коэффициентом перекрытия диапазона

либо относительной величиной, выраженной в процентах

где fmax и fmin — максимальная и минимальная частоты диапазона электронной перестройки.

Типичные значения δc — 1,5 ÷ 2. [4]

Система автоподстройки частоты(АПЧ) с низкочастотной модуляцией стабилизируемого генератора

Одним из эффективных способов стабилизации частоты является автоматическая подстройка частоты (АПЧ). Структурная схема генератора с АПЧ имеет такой вид

Часть мощности стабилизируемого генератора подают на дискриминатор, в котором происходит сравнение частоты генератора с частотой эталона. Напряжение ошибки, определяемое разностью сравниваемых частот, подают на усилитель-преобразователь, а затем на управляющее устройство. Последнее воздействует на генератор и изменяет его частоту, приближая его к эталонной.

Системы АПЧ в зависимости от типа используемого дискриминатора подразделяют на системы частотной автоподстройки (ЧАП) и фазовой автоподстройки (ФАП).[2]

Фа́зовая автоподстро́йка частоты (ФАПЧ) — система автоматического регулирования, подстраивающая частоту управляемого генератора так, чтобы она была равна частоте опорного сигнала. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора.

Система ФАПЧ используется для частотной модуляции и демодуляции, умножения и преобразования частоты, частотной фильтрации, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и в других целях.

ФАПЧ сравнивает фазы входного и опорного сигналов и выводит сигнал ошибки, соответствующий разности между этими фазами. Сигнал ошибки проходит далее через фильтр низких частот и используется в качестве привода для генератора, управляемого напряжением (ГУН), обеспечивающего отрицательную обратную связь. Если выходная чатота отклоняется от опорной, то сигнал ошибки увеличивается, воздействуя на ГУН в сторону уменьшения ошибки. В состоянии равновесия выходной сигнал фиксируется на частоте опорного.[4]

Работа дискриминатора и управляющего элемента характеризуется их статическими характеристиками.

Типичные статические характеристики дискриминатора (а) и управляющего элемента (б)

Поскольку изменения частоты, вызываемые управляющим элементом, должны компенсировать уход частоты генератора, статические характеристики дискриминатора и управляющего элемента на рабочих участках должны иметь производные разных знаков, т.е. Sд*Sу<0.

Чем круче рабочие участки характеристик, тем, очевидно, выше качество системы АПЧ. В то же время, как правило, при увеличении крутизны характеристики дискриминатора уменьшается ширина её рабочего участка, что вызывает в свою очередь сужение полосы частот АПЧ.

Эталоны могут быть пассивными и активными. К активным относят источники высокостабильных колебаний, в качестве которых в СВЧ -диапазоне используют генераторы, стабилизируемые кварцем, или молекулярные генераторы. В качестве пассивных элементов обычно используют высокодобротные резонаторы.

Управляющие элементы можно разделить на три группы:

  1.  Электронные, в которых на частоту воздействуют с помощью электронного устройства, изменяющего режим работы стабилизирующего генератора или собственную частоту его РС
  2.  Механические, воздействующие на частоту путём механического изменения параметров РС стабилизируемого генератора
  3.  Электромагнитные, когда используют изменение магнитной проницаемости ферритовых вкладышей РС под воздействием внешнего магнитного поля.

Электронное управление частотой широко применяют в системах АПЧ ламповых генераторов дециметрового диапазона, генераторов на ЛОВ, магнетронах, настраиваемых напряжением, а также в некоторых других генераторах магнетронного типа.

Основное достоинство электронного управления частотой – практическая безынерционность и малая управляемая мощность. Однако диапазон подстройки как правило невелик и часто оказывается недостаточным для компенсации уходов частоты генератора.

Для расширения диапазона подстройки применяют механические управляющие элементы. Они позволяют обеспечить работу АПЧ в достаточно широкой полосе (до 10-20%). [2]

Следует заметить, что АПЧ осуществляется только в супергетеродинных        приёмниках. Для точной настройки таких приёмников нужно выполнение     двух условий: 

     1)  частота  принимаемого  сигнала  соответствует  частоте  настройки 

         преселектора; 

     2)  промежуточная  частота  fпр=fг  fc  совпадает  с  частотой  настройки 

         фильтров тракта промежуточной частоты. 

Очевидно, изза широкополосности преселектора определяющим является 

второе условие. Поэтому задача АПЧ сводится к подстройке частоты 

гетеродина. [6]


Движение электронов в постоянном магнитном поле. Электронно-циклотронная частота.

Движение нерелятивистской частицы с массой m и зарядом q в магнитном поле с индукцией B описывается уравнением
(1)

где V - скорость частицы. Из этого следует, что если B не зависит от времени: B=B(x,y,z), то  - кинетическая энергия частицы в магнитном поле не изменяется. Магнитное поле, постоянное во времени, не совершает работы. Это связано с тем, что сила, действующая на частицу со стороны поля, всегда перпендикулярна скорости ее движения. Если поле B постоянно и однородно (B=const), то уравнение (1) эквивалентно двум уравнениям
  где , и - составляющие скорости V, перпендикулярные и параллельные полю B, . В этом случае
 

Ускорение частицы постоянно по абсолютной величине и все время направлено перпендикулярно составляющей скорости V. Это означает, что частица движется по окружности равномерно с линейной скоростью . Радиус этой окружности

Величина R называется ларморовым радиусом, а сама окружность - ларморовой окружностью. Угловая частота вращения частицы по этой окружности определяется формулой
и не зависит от скорости частицы . Частица в постоянном магнитном поле описывает винтовую линию с постоянным шагом , постоянным радиусом R, постоянной угловой скоростью и постоянной по величине скоростью V. Величину называют ларморовой или циклотронной частотой.

Однородное магнитное поле обладает фокусирующим действием как по отношению к пучкам заряженных частиц, лежащих в плоскости, перпендикулярной полю, так и по отношению к пучкам, образующим малый угол с направлением силовой линии.

Любая частица, спустя время T после выхода из точки 0 вновь пересечет силовую линию, проходящую через эту точку (ось x, точка x0). [5]

Движение электрона в магнитном поле


Источники информации

  1.  Ю.М.Рычков «Электронные приборы сверхвысоких частот», Гродно 2002г.
  2.  М.В. Вамберский, В.И. Казанцев, С.А. Шелухин «Устройства СВЧ», Москва «Высшая школа» 1984г.
  3.  Н.Д.Федоров «Электронные приборы СВЧ и квантовые приборы», Москва «Атомиздат» 1979г.
  4.  http://ru.wikipedia.org/
  5.  http://cad.ntu-kpi.kiev.ua/
  6.  http://window.edu.ru/


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81228. Специфика джайнизма 23.39 KB
  Стержнем вероучения джайнизма принявшего общую для индийских религий концепцию кармы и конечного освобождения нирваны является самосовершенствование души. Путь освобождения души Джина определил как следование трем драгоценностям: совершенное воззрение совершенное знание совершенное поведение. Главный признак души развитие сознания только знания могут освободить душу поэтому учителя и могут учить других так как победили свои страсти. Из индуизма заимствована идея реинкарнации души воздаяния человеку за его поступки.
81229. Особенности возникновения и основные характеристики сикхизма. 21.74 KB
  Сикхизм наиболее молодая религия Индии. Сикхизм это монотеистическая религия хотя и складывалась в рамках индуизма отвергающая многобожие индуизма.
81230. Разработка учебно-методических комплексов и внедрение их в учебный процесс 38.74 KB
  Модель электронного учебного курса ЭУК. ЭУК применяются в различных целях: для обеспечения самостоятельной работы обучаемых по овладению новым материалом реализации дифференцированного подхода к организации учебной деятельности контроля качества обучения и т. В первую очередь при проектировании ЭУК необходимо заложить в него технологические характеристики позволяющие впоследствии сделать учебновоспитательный процесс максимально эффективным. Выступая в качестве автоматизированной обучающей системы ЭУК должен выполнять следующие функции:...
81231. Предпрофильные и профильные курсы как средство дифференциации обучения информатике в общеобразовательной школе 35.83 KB
  В нормативном плане возможность реализации дифференциации в изучении информатики обеспечена рядом документов министерства образования РФ. Рекомендован переход к непрерывному изучению информатики в средней общеобразовательной школе предусматривающий три отмеченных выше этапа: пропедевтический базовый и дифференцированный. Общие цели и задачи профильнодифференцированных курсов информатики таковы: Способствовать учету интересов каждого из учащихся; Учитывать направленность допрофессиональной подготовки; Формировать основы научного...
81232. Методика изучения темы «Представление информации и информационные процессы»; подходы к измерению информации; формирование представлений о сущности информационных процессов в системах различной природы 41.47 KB
  Выработать ориентиры в существующих научных взглядах на феномен информации; сформировать умения: определять вид и свойства информации измерять информацию. Различные подходы к определению и измерению информации Подход к определению Подход к измерению в быту сведения сообщения их новизна новизна не измеряется в вычислит.
81233. Методика изучения основ алгоритмизации и начал программирования 36.51 KB
  Изучение учебного материала данного раздела обеспечивает учащимся возможность уяснить смысл понятия алгоритма узнать свойства алгоритма понять возможность автоматизации информационной деятельности человека при исполнении алгоритмов. Изучение понятия алгоритма призвано сформировать у учащихся способность не просто исполнять известные алгоритмы как это делает робот или какойлибо иной автоматисполнитель а осознанно строить алгоритмы. Основные определения Информатика наука об алгоритмах. Исполнителем алгоритма может быть человек животное...
81234. Методические рекомендации по теме «Первое знакомство с компьютером» 44.26 KB
  Функция Человек Компьютер Хранение информации Память Устройства памяти Обработка информации Мышление Процессор Прием информации Органы чувств Устройства ввода Передача информации Речь двигательная система Устройства вывода Устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации. Суть принципа программного управления компьютером сводится к следующим трем положениям: Любая работа выполняется компьютером по программе; Исполняемая программа находится в оперативной памяти; Программа выполняется автоматически. Затем следует...
81235. Методика изучения темы «дисковая ос». Методические рекомендации по изучению темы «Программы-оболочки ОС» 38.31 KB
  Любые операционные системы независимо от типа выполняют три основные функции: управление устройствами компьютера; взаимодействие с пользователем; работа с файлами. Третья функция операционной системы работа с файлами. Первоначальные понятия которые должны быть даны ученикам по данной теме это имя файла тип файла файловая структура логический диск каталог путь к файлу дерево каталогов. Для Windows сообщаете что имя файла может быть длинным до 255 символов и допускает использование русских букв.
81236. Методические рекомендации по организации и проведению практических занятий при изучении темы «Текстовый редактор» 36.45 KB
  Обучить основным приемам работы с текстовым редактором. Рекомендации по организации практической работы на компьютере. Навыки ввода и редактирования текста нужны пользователю не только для работы с текстовым редактором. Ввод и редактирование текстов осуществляется с помощью специальных программ текстовых редакторов используемых в семействах операционных систем UNIX и MS Windows Семейство ОС Названия редакторов UNIX Emcs Vi TED Str Office Writer MS Windows Блокнот Word WordPd Лексикон Str Office Writer Несмотря на различия все...