Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку

Исследованы особенности нового способа управления частотой автоколебаний клинотрона с помощью специального
 электрода, расположенного в пространстве взаимодействия электронного потока с полями периодической структуры. Характерной
 особенностью этого способа является быстрое управлени...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2007
Автор: Солодовник, В.А.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2007
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10898
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку / В.А. Солодовник // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, спец. випуск. — С. 104-108. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860253566607818752
author Солодовник, В.А.
author_facet Солодовник, В.А.
citation_txt Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку / В.А. Солодовник // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, спец. випуск. — С. 104-108. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection DSpace DC
description Исследованы особенности нового способа управления частотой автоколебаний клинотрона с помощью специального
 электрода, расположенного в пространстве взаимодействия электронного потока с полями периодической структуры. Характерной
 особенностью этого способа является быстрое управление частотой выходного сигнала без заметных затрат мощности в цепи
 управления. Доказано, что в качестве замедляющей системы такой способ должен использовать плоские косые периодические
 структуры. Показана возможность управления крутизной модуляционной характеристики. Досліджено особливості нового способу керування частотою автоколивань клінотрона за допомогою спеціального електрода, який розміщено в просторі взаємодії електронного потоку з електромагнітними полями періодичної структури. Характерною особливістю цього способу є швидке управління частотою сигналу на виході генератора без помітних втрат потужності в ланцюзі управління. Доказано, що як сповільнюючу систему такий спосіб повинен використовувати плоскі косі періодичні структури. Показана можливість управління крутизною модуляційної характеристики. Features of a new way of management by frequency of self-oscillations of klynotron with the help of the special electrode located in space of interaction of an electronic stream with fields of periodic structure are investigated. Prominent feature of this way is fast management of frequency of a target signal without appreciable expenses of capacity in a circuit of management. It is proved, that as slowing down system such way should use flat slanting periodic structures. The opportunity of management by a steepness of modulation characteristics is shown.
first_indexed 2025-12-07T18:46:19Z
format Article
fulltext __________ ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 12, спец. вып., 2007, с. 104-108 © ИРЭ НАН Украины, 2007 УДК 621.385.653.1 БЕСТОКОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТОЙ КЛИНОТРОНА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО КОСУЮ ГРЕБЕНКУ В. А. Солодовник Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: ire@ire.kharkov.ua Исследованы особенности нового способа управления частотой автоколебаний клинотрона с помощью специального электрода, расположенного в пространстве взаимодействия электронного потока с полями периодической структуры. Характерной особенностью этого способа является быстрое управление частотой выходного сигнала без заметных затрат мощности в цепи управления. Доказано, что в качестве замедляющей системы такой способ должен использовать плоские косые периодические структуры. Показана возможность управления крутизной модуляционной характеристики. Ил. 4. Библиограф.: 6 назв. Ключевые слова: СВЧ, лампа обратной волны, электронно-оптическая система. В связи с широким развитием электрон- ных систем, решающих специальные и много- функциональные задачи, перед вакуумной элек- троникой сверхвысоких частот (СВЧ) во второй половине прошлого века возникли задачи по соз- данию источников колебаний, выходными пара- метрами которых можно управлять в широких пределах по наперед заданному закону. Эта про- блема затронула также исследования и разработ- ки источников колебаний миллиметрового и суб- миллиметрового диапазонов. Поэтому перед ис- точниками колебаний средней мощности этих диапазонов были поставлены задачи по модуля- ции частоты выходного сигнала по сложным за- конам, в том числе осуществляемых и с помощью шумов. При этом элементы управления сигналом генератора должны отвечать определенным тре- бованиям по скорости и диапазону перестройки, крутизне и линейности этих характеристик и т. п. Несмотря на то, что существует много способов управления частотой выходного сигнала в при- борах СВЧ, на практике не всегда удается удов- летворить широким, иногда взаимно противоре- чивым по отдельным параметрам, требованиям, предъявляемым к выходным характеристикам сигнала в источниках миллиметровых и субмил- лиметровых волн. Несмотря на то, что клинотрону [1], од- ному из представителей широкодиапазонных ге- нераторов типа лампы обратной волны (ЛОВ) О-типа [2] присущее свойство электрического управления выходными характеристиками в ши- роких пределах с помощью напряжения, уско- ряющего электроны, такой способ управления выходным сигналом не всегда удовлетворяет по- ставленным требованиям. В ряде случаев измене- ние рабочего тока при перестройке по частоте сопровождается заметным изменением выходной мощности. Эта особенность, присущая генерато- рам с длительным взаимодействием, в которых электронный пучок формируется диодной элек- тронно-оптической системой (ЭОС), или сущест- вует неудовлетворительное согласование выход- ного устройства и согласованной поглощающей нагрузки. Кроме того, управление частотой этим способом осуществляется при заметном потреб- лении мощности в цепи управления, что вызыва- ет определенные трудности в процессе эксплуа- тации. Это требует искать иного способа управ- ления частотой клинотрона с помощью специаль- ного электрода, располагаемого в пространстве взаимодействия электронного потока с полями замедленной электромагнитной волны периоди- ческой структуры. Такой путь был найден в но- вом конструктивном решении ЛОВО клинотрона [3]. Характерной особенностью нового способа управления частотой ЛОВО клинотрона явилось быстрое управление частотой колебаний без су- щественных затрат мощности в цепи управления. В качестве замедляющей системы такой способ предполагает использование плоской косой пе- риодической структуры [4], у которой штрихи периода не перпендикулярны к направлению движения электронного потока. 1. Основные соотношения. В одномер- ной периодической структуре (однородной вдоль оси Y и периодической вдоль оси Z ) распро- странение поверхностной волны в плоскости X 0 можно рассматривать в произвольном на- правлении [4]. При этом фазовая скорость рас- пространения волны вдоль оси Y равна скорости света в свободном пространстве - ( )yc V c , а в направлении оси Z - она минимальна zV . Выражение для скорости волны под про- извольным углом к оси Z имеет вид [4] cos sin z z y V V V V . (1) В. А. Солодовник / Бестоковое управление частотой… _________________________________________________________________________________________________________________ 105 В случае больших замедлений фазовой скорости ( / zc V 10) и для углов 45  соот- ношение (1) упрощается cos zV V . (2) Естественно, возбуждение периодиче- ской системы можно производить электронным потоком, движущимся в плоскости X 0 под произвольным углом к оси Z . Тогда в преде- лах справедливости соотношения (2) можно ут- верждать, что изменение направления движения электронного потока в плоскости X 0 при пос- тоянной скорости его движения ( eV const) приводит к изменению проекции вектора eV на ось Z ( ezV ), что равнозначно изменению вели- чины периода системы в направлении движения электронов (рис. 1). Рис. 1. Диаграмма составляющих скорости электронного потока Если предположить при этом наличие примерного синхронизма скорости электронного потока eV с полем замедляющей системы ( eV V ), то с изменением направления движе- ния потока должна изменяться и возбуждаемая частота в соответствии с законом дисперсии пе- риодической системы. При небольших изменениях длины вол- ны и возбуждении гребенчатой периодической системы, имеющей аномальную дисперсию на минус первой пространственной гармонике, вы- полняется соотношение z c V , (3) где - коэффициент пропорциональности, зави- сящий от [2]. Таким образом, если над гребенкой про- пускать электронный поток с постоянной по аб- солютной величине скоростью и изменять на- правление его движения в плоскости взаимодей- ствия X 0, изменением угла , то можно управлять длиной генерируемой волны согласно соотношению cose c V . (4) При изменении угла в интервале от 0 до 10  можно производить изменение частоты на несколько десятых процента, что в 8-мм диапазоне составляет десятки мегагерц [5]. Если электронный поток формируют продольным магнитным полем B конечной ве- личины, то направление движения электронного потока можно изменять, воздействуя на него по- перечным электрическим полем. Такое поле в пространстве взаимодействия можно получить, например, поместив в него специальный электрод в виде проводящей пластины, сетки или решетки вдоль всего пространства взаимодействия. Элек- трод с потенциалом упрU , расположенный над электронным потоком параллельно поверхности периодической структуры X 0 на расстоянии b от нее, формирует электрическое поле, вектор напряженности которого xE перпендикулярен направлению движения электронов в пространст- ве взаимодействия. При этом, двигаясь вдоль оси Z , электронный поток будет испытывать дрейф в плоскости X 0 в направлении оси Y . Скорость дрейфа можно определить из соотношения упр8 8 др 10 10x UE V B bB . (5) Скорость движения электронов под углом к оси Z определится соотношением cos ez e V V . (6) Следует особо отметить, что если в качест- ве замедляющей системы в ЛОВО применена обычная прямая гребенка, то при дрейфе электрон- ного потока в направлении перпендикулярном оси Z составляющая скорости электронов на эту ось, а следовательно, и частота автоколебаний не изме- нится. Ведь одновременно с изменением скорости пучка (6) аналогичным образом изменится и ско- рость замедленной электромагнитной волны в соот- ветствии с соотношением (2). Чтобы достичь эф- фекта изменения частоты при подаче на электрод потенциала упрU , необходимо задать начальное направление движения электронного потока под углом 0 к оси Z в плоскости X 0 до подачи управляющего потенциала. Потенциал упрU изме- нит направление движения электронов на угол относительно направления . Таким образом др sin e V V , (7) В. А. Солодовник / Бестоковое управление частотой… _________________________________________________________________________________________________________________ 106 а проекция eV на ось Z cosez eV V . (8) Задавая величину угла , можно регули- ровать чувствительность управляющего электро- да (при 0 управляющее действие электрода снижается). Так как скорость eV электронного потока под углом к оси Z периодической сис- темы определяется потенциалами диодной ЭОС, то с помощью потенциала упрU можно управлять частотой автоколебаний согласно соотношению упр8cos 10 sine U f V bB , (9) которое можно получить, используя соотношения (3), (5), (7) и (8). Знак перед вторым слагаемым в (9) определяется направлением дрейфа потока, которое зависит от направления силових линий индукции магнитного поля В. При этом предпо- лагается конечность значения фокусирующего магнитного поля. При В → дрейф электронов отсутствует. 2. Постановка эксперимента. Исследо- вания возможности бестокового управления час- тотой колебаний проводилось на лабораторных макетах ЛОВО клинотрона в 8-мм диапазоне [6]. В экспериментах использовалась замедляющая система типа косая гребенка, ламели которой на- резаны как перпендикулярно основанию, так и под углами 1 = -10  и 2 = +15  относительно нормали к оси замедляющей системы (рис. 1). Ширина замедляющей системы - 5 мм, длина - L =25 мм. Периоды замедляющих систем по нор- мали к ламелям для всех макетов были одинако- выми и равнялись 0,5 мм с коэффициентами за- полнения равными 0,5. Косая гребенка, исполь- зуемая для создания определенной крутизны ха- рактеристик управления частотой автоколебаний, позволяла обеспечивать однозначность зависимо- сти частоты от поворота электронного потока в плоскости замедляющей системы X 0, т. е. от угла . Над поверхностью гребенки (параллель- но плоскости X 0) на расстоянии b = (0,5÷4) мм был установлен управляющий электрод в виде проводящей пластины с выводом, изолированным от корпуса макета. Для создания постоянно дей- ствующей на электронный поток во всем про- странстве взаимодействия силы, размеры управ- ляющего электрода выбирались равными разме- рам замедляющей системы как по длине, так и по ширине. Возбуждение косой гребенки производи- лось ленточным электронным потоком сечением (2×0,4) мм 2 , формируемым диодной ЭОС. Поло- жение электронного потока относительно перио- дической замедляющей системы фиксировалось продольным фокусирующим магнитным полем. Измерения проводились для двух направлений силовых линий индукции магнитного поля, обес- печивающих противоположные направления дрейфа электронного потока в направлении оси Y в плоскости X 0. Магнитное поле с северным полюсом у ЭОС и южным полюсом у коллектор- ного конца макета обозначили NSB , и наоборот, - SNB . Поворот электронного потока в плоскости замедляющей системы X 0 производился пода- чей напряжения на управляющий электрод. Выбор ширины электронного потока осу- ществлялся компромиссными условиями постанов- ки эксперимента. Так, с одной стороны, уменьше- ние ширины электронного потока ограничивается ростом стартового тока, с другой, - увеличение от- носительной ширины потока (отношение ширины потока к ширине гребенки) ограничивается необхо- димостью обеспечения максимального поворота потока в плоскости X 0 без выхода его за преде- лы замедляющей системы до прохождения всей длины пространства взаимодействия. При исполь- зовании потока шириной 2 мм этот поворот мог быть осуществлен в пределах угла ≤ |3,5  | до выхода электронного потока за пределы боковых границ гребенки до прохождения всей длины про- странства взаимодействия, т. е. расширение преде- лов измеряемых углов приводит к значительно- му росту значений стартового тока Iст . Исследования проводились при возбуж- дении косой гребенки на минус первой простран- ственной гармонике с замедлением zcV >10. На рис. 2 приведены дисперсионные зависимости для прямой и косых гребенок. Рис. 2. Экспериментальные и расчетные диспер- сионные зависимости прямой ( = 0) и косых с углами нарез- ки 1 = -100 и 2 =+150 гребенок Эти зависимости представляют собой от- дельные участки дисперсионной характеристики, так как исследовалось автовозбуждение несогла- В. А. Солодовник / Бестоковое управление частотой… _________________________________________________________________________________________________________________ 107 сованной на концах замедляющей системы. Здесь же представлены расчетные дисперсионные зави- симости для обычной прямой и косых гребенок с углами нарезки 1 = - 10  и 2 = +15  , имеющих такие же параметры (сплошные линии). 3. Результаты эксперимента. На рис. 3 приведены экспериментальные зависимости из- менения частоты автоколебаний ЛОВО от потен- циала на управляющем электроде для двух значе- ний угла и двух направлений силових линий магнитного поля NSB и SNB (противоположно направленных). Рис. 3. Зависимость изменения частоты автоколебаний ЛОВО f от потенциала на управляющем электроде для случая прохождения электронного потока параллельно поверхности замедляющей системы ( = 0) Видно, что в этом случае изменение на- правления силовых линий индукции магнитного поля с NSB на SNB , изменяющее направление дрейфа электронного потока в плоскости гребен- ки ( X 0), при постоянном его абсолютном зна- чении меняет знак крутизны характеристик управления частотой выходного сигнала, что ка- чественно соответствует изменению второго сла- гаемого выражения (9). Абсолютное значение крутизны характеристик управления частотой выходного сигнала ЛОВО-клинотрона, как видно из рис. 3, определяется значением угла влета электронного потока в пространство взаимодей- ствия и растет с ростом угла │ │. Анализ приведенных зависимостей пока- зывает, что для заданной конструкции ЛОВО (b = const) средняя крутизна характеристик управления частотой автоколебаний зависит от изменения начального угла влета электронного потока в пространство взаимодействия или угла нарезки замедляющей системы. Наряду с качест- венным соответствием экспериментальных ре- зультатов расчетным видно, что крутизна харак- теристик управления частотой автоколебаний не постоянная, а меняется в диапазоне перестройки, т. е. имеет место нарушение линейности этих ха- рактеристик. Линейный диапазон перестройки не превышает нескольких десятых долей процента от основной частоты. Одной из характерных особенностей та- кого способа управления частотой клинотрона является слабое изменение генерируемой мощно- сти в полосе перестройки. Для примера на рис. 4 приведены зависимости изменения частоты и генерируемой мощности от величины управляю- щего напряжения для четырех значений угла . Видно, что перепад мощности в полосе пере- стройки не превышает 3 дБ. Из факторов, влияющих на диапазон характеристик к границам области перестройки, в первую очередь, следует отнести проявление влияния электродинамики резонансной периодической системы. Рис. 4. Зависимость изменения частоты автоколебаний f и мощности выходного сигнала ЛОВО-клинотрона от потен- циала на управляющем электроде Uупр Так как в эксперименте применялась ре- зонансная ЛОВО-клинотрон, то дисперсия ее за- медляющей системы представляет собой ряд пре- рывистых резонансных зон (рис. 2). В результате этого диапазон перестройки ограничивается ши- риной резонансной зоны и при изменении потен- циала на управляющем электроде частота может меняться скачком, т. е. происходит перескок на следующую резонансную зону. При работе макета вблизи границ резо- нансной зоны, где имеет место нарушение линей- ности дисперсионной зависимости, т. е. наруше- ние соотношения (4), происходит нарушение ли- нейности характеристик управления частотой. Наряду с этим, неравномерность распределения мощности в пределах резонансной зоны приводит к перепаду мощности в диапазоне перестройки. Выводы. Таким образом, показано рас- четом и подтверждено экспериментально, что использование в ЛОВО-клинотроне в качестве В. А. Солодовник / Бестоковое управление частотой… _________________________________________________________________________________________________________________ 108 замедляющей системы косой гребенки позволяет осуществить безынерционное управление часто- той автоколебаний. В отличие от существующих в миллиметровом диапазоне способов управления частотой автоколебаний предложенный способ не требует затраты мощности в цепи управления и не исключает возможности управления частотой автоколебаний за счет изменения ускоряющего напряжения или плотности тока в потоке. Крутизну характеристик управления час- тотой автоколебаний при заданном угле нарезки косой гребенки можно регулировать расстоянием между поверхностями управляющего электрода и замедляющей системы, а также изменением угла влета электронного потока в пространство взаи- модействия или за счет изменения направления силовых линий индукции магнитного поля. Экспериментальные результаты качест- венно согласуются с расчетом. Частотный диапа- зон перестройки в эксперименте составляет (0,1÷0,3)%. При этом перепад мощности выход- ного сигнала не превышает 3 дБ. 1. А.с. 34113 СССР, МКИ Лампа обратной волны / Г. Я. Левин // Открытия. Изобретения. - 1972. - № 18. - 201 с. 2. Альтшулер Ю. Г., Татаренко А. С. Лампы малой мощно- сти с обратной волной. - М: Сов. радио, 1963. - 296 с. 3. А.с. 55751 СССР. Лампа обратной волны / Еремка В. Д., Кириченко А. Я., Солодовник В. А. // Открытия. Изобрете- ния. - 1972. - № 44. - 227 с. 4. Силин Р. А., Сазонов В. П. Замедляющие системы. - М.: Сов. радио, 1966. - 632 с. 5. Еремка В. Д., Кириченко А. Я., Солодовник В. А. О возбу- ждении косой гребенки электронным потоком // Известия вузов. Радиофизика. - 1977. - 20, №10. - С.1580-1582. 6. Солодовник В. А. Исследование особенностей бестокового управления частотой автоколебаний лампы обратной вол- ны с косой гребенкой. - Харьков, 1981. - 36 с. (Препр. / АН УССР. Ин-т радиофизики и электрон. - №168). CURRENTLESS OPERATING OF A CLYNOTRON FREQUENCY WITH OBLIQUE PERIODIC SYSTEM V. A. Solodovnik Features of a new way of management by frequency of self- oscillations of klynotron with the help of the special electrode located in space of interaction of an electronic stream with fields of periodic structure are investigated. Prominent feature of this way is fast management of frequency of a target signal without appreciable expenses of capacity in a circuit of management. It is proved, that as slowing down system such way should use flat slanting periodic structures. The opportunity of management by a steepness of modulation characteristics is shown. Key words: HF, backward-wave tube, electron optical system. БЕСТОКОВЕ КЕРУВАННЯ ЧАСТОТОЮ КЛІНОТРОНУ, ЩО ВИКОРИСТОВУЄ КОСУ ГРЕБІНКУ В. А. Солодовник Досліджено особливості нового способу керування частотою автоколивань клінотрона за допомогою спеціально- го електрода, який розміщено в просторі взаємодії електрон- ного потоку з електромагнітними полями періодичної струк- тури. Характерною особливістю цього способу є швидке управління частотою сигналу на виході генератора без поміт- них втрат потужності в ланцюзі управління. Доказано, що як сповільнюючу систему такий спосіб повинен використовувати плоскі косі періодичні структури. Показана можливість управління крутизною модуляційної характеристики. Ключові слова: НВЧ, лампа зворотної хвилі, елек- тронно-оптична система. Рукопись поступила 7 декабря 2006 г.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10898
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1028-821X
language Russian
last_indexed 2025-12-07T18:46:19Z
publishDate 2007
publisher Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
record_format dspace
spelling Солодовник, В.А.
2010-08-09T14:37:25Z
2010-08-09T14:37:25Z
2007
Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку / В.А. Солодовник // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, спец. випуск. — С. 104-108. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
1028-821X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10898
621.385.653.1
Исследованы особенности нового способа управления частотой автоколебаний клинотрона с помощью специального
 электрода, расположенного в пространстве взаимодействия электронного потока с полями периодической структуры. Характерной
 особенностью этого способа является быстрое управление частотой выходного сигнала без заметных затрат мощности в цепи
 управления. Доказано, что в качестве замедляющей системы такой способ должен использовать плоские косые периодические
 структуры. Показана возможность управления крутизной модуляционной характеристики.
Досліджено особливості нового способу керування частотою автоколивань клінотрона за допомогою спеціального електрода, який розміщено в просторі взаємодії електронного потоку з електромагнітними полями періодичної структури. Характерною особливістю цього способу є швидке управління частотою сигналу на виході генератора без помітних втрат потужності в ланцюзі управління. Доказано, що як сповільнюючу систему такий спосіб повинен використовувати плоскі косі періодичні структури. Показана можливість управління крутизною модуляційної характеристики.
Features of a new way of management by frequency of self-oscillations of klynotron with the help of the special electrode located in space of interaction of an electronic stream with fields of periodic structure are investigated. Prominent feature of this way is fast management of frequency of a target signal without appreciable expenses of capacity in a circuit of management. It is proved, that as slowing down system such way should use flat slanting periodic structures. The opportunity of management by a steepness of modulation characteristics is shown.
ru
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
Бестокове керування частотою клінотрону, що використовує косу гребінку
Currentless operating of a clynotron frequency with oblique periodic system
Article
published earlier
spellingShingle Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
Солодовник, В.А.
title Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
title_alt Бестокове керування частотою клінотрону, що використовує косу гребінку
Currentless operating of a clynotron frequency with oblique periodic system
title_full Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
title_fullStr Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
title_full_unstemmed Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
title_short Бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
title_sort бестоковое управление частотой клинотрона, использующего косую гребенку
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10898
work_keys_str_mv AT solodovnikva bestokovoeupravleniečastotoiklinotronaispolʹzuûŝegokosuûgrebenku
AT solodovnikva bestokovekeruvannâčastotoûklínotronuŝovikoristovuêkosugrebínku
AT solodovnikva currentlessoperatingofaclynotronfrequencywithobliqueperiodicsystem