СВЧ гетеродин на Отражательном клистроне

Отражательный клистрон СВЧ электровакуумный прибор, работа которого основана на взаимодействии поля СВЧ с движущимися электронами (при пролёте их сквозь зазоры объёмных резонаторов), в результате чего часть кинетической энергии электронов (сгруппированных в сгустки) превращается в энергию СВЧ-колебаний. Отражательный клистрон используется в основном качестве маломощных генераторов и гетеродинов. Клистрон состоит из металлокерамического корпуса с расположен расположенным внутри него резонатором (Рисунок 20). Клистрон К-19 имеет мощность до 10 мВт на частоте 10ГГц. Механическая перестройка может осуществляться в диапазоне 1500 МГц, а электрическая – в диапазоне 100 МГц зазором (содержащий в большинстве случаев сетки), в котором происходит взаимодействие электронов луча с СВЧ полем резонатора, и электрод отражателя с отрицательным потенциалом относительно катода, заставляющий электроны луча возвращаться в зазор резонатора[ 10 ].

На рисунке 21 показана зависимость частоты и выходной мощности отражательного клистрона от напряжения на отражателе

На рисунке 22 показан способы механической перестройки частоты отражательного клистрона.

На рисунке 23 показана волноводная конструкция СВЧ гетеродина на отражательном клистроне

Рисунок 20. Схема конструкции отражательного клистрона.

1 – катод; 2 – фокусирующий цилиндр; 3 – электронный поток; 4 – ускоряющая сетка; 5 – объёмный резонатор; 6 – зазор объёмного резонатора; 7 – отражатель; 8 – вторая сетка резонатора; 9 – первая сетка резонатора; 10 – вакуумноплотное керамическое окно вывода энергии сверхвысоких частот
из объёмного резонатора; 11 – источник напряжения резонатора клистрона; 12 – источник напряжения подогрева катода; 13 – источник напряжения отражателя.

Рисунок 21. Зависимость частоты и выходной мощности отражательного клистрона от напряжения на отражателе: А — ширина зоны генерации; Б — ширина зоны генерации по уровню половинной мощности; f₁ — частота колебаний в центре зоны; Δf — отклонение частоты от f₁; В — диапазон электронной настройки по уровню половинной мощности.

Рисунок 22. Способы механической перестройки частоты отражательного клистрона: а — прогибом мембраны, б — перемещением поршня съёмной части объёмного резонатора, в — перемещением штыря объёмного резонатора, находящегося вне вакуума; 1 — мембрана, прогибом которой меняют зазор объёмного резонатора (увеличение зазора увеличивает частоту колебаний); 2 — края металлических дисков клистрона, к которым присоединяют съёмную часть объёмного резонатора; 3 — съёмная часть объёмного резонатора; 4 — поршень объёмного резонатора (при опускании поршня длина объёмного резонатора уменьшается и частота генерируемых колебаний увеличивается); 5 — керамическое вакуумноплотное окно связи между объёмными резонаторами; 6 — штырь (подъём штыря увеличивает зазор объёмного резонатора и частоту колебаний); 7 — отверстие для вывода энергии сверхвысоких частот

Рисунок 23. Волноводная Конструкция СВЧ Гетеродина на Отражательном клистроне: устройство, схема питания: 1- окно связи: 2 - присоеденительный фланец; 3 -винт механической перестройки частоты генерации; 4 - внешний дополнительный резонатор; 5 - герметизированное окно связи; 6 - внутренний резонатор; 7 – отражатель; 8 –катод; 9 - фокусирующий электрод; 10 - сетки резонатора; R_ф, С_ф - резисторы н конденсаторы для фильтрации напряжений «наводок», поступающих по цепям питания; Upeз, -Uотр,- Uфок - напряжения резонатора, отражателя и фокусирования.

При использовании клистрона в качестве гетеродина РЛС необходимо поддерживать постоянство частоты колебаний клистрона схемой стабилизации частоты клистрона (СЧК) [ 12 ]. Схема СЧК представляет собой систему автоматического регулирования. Принцип стабилизации частоты основан на его отражателе. Частота настройки клистрона задается эталонным резонатором, а схема СЧК удерживает ее вблизи резонансной частоты этого резонатора. При уходе частоты клистрона схема вырабатывает управляющее напряжение, подаваемое на отражатель клистрона, которое в рабочей области изменяется примерно пропорционально измерению расстройки клистрона относительно эталонного резонатора. Величина и знак изменения управляющего напряжения таковы, что частота клистрона возвращается с некоторой допустимой ошибкой к своему прежнему значению. Измерение величины расстройки в эталонном резонаторе осуществляется путем частотной модуляции колебаний клистрона синусоидальным напряжением с частотой 155 кГц. Это напряжение вырабатывается генератором опорного напряжения и через катодный повторитель подается на катод клистрона. Из общего волноводного тракта высокочастотные колебания клистрона попадают в эталонный резонатор. Благодаря резко выраженным резонансным свойствам эталонного резонатора частотно-модулированные колебания приобретают амплитудную модуляцию (Рисунок 24).

Рисунок 24. Принцип преобразования эталонным резонатором частотно-модулированных колебаний в амплитудно-модулированные.

Рабочая область схемы СЧК выбрана в пределах верхнего изгиба правой ветви резонансной кривой эталонного резонатора, где крутизна кривой изменяется от нулевого до максимального значения (участок ab). Средняя частота настройки клистрона выбирается примерно посередине рабочей области (точка d).

Из Рисунка 24 видно, что в области кривой ab при увеличении расстройки клистрона относительно резонансной частоты эталонного резонатора, глубина амплитудной модуляции высокочастотных колебаний увеличивается, а при уменьшении расстройки - уменьшается.

При попадании частоты клистрона в область аd характеристики резонатора появившееся на втором детекторе схемы СЧК отрицательное напряжение приводит к срыву генерации транзитронного генератора. Поиск прекращается и генератор начинает работать как усилитель постоянного тока. Частота клистрона устанавливается около точки d, где и осуществляется режим стабилизации.

В области частот, соответствующих левой ветви частотной характеристики эталонного резонатора, колебания клистрона будут также модулированы по амплитуде, но с противоположной фазой огибающей. За счет этого на участке ch частота клистрона может быть также стабилизирована, но с большей расстройкой относительно резонансной частоты. Для устранения этой неоднозначности в схему СЧК введен каскад совпадений, на который подается два напряжения - напряжение огибающей с выхода резонансного усилителя и опорное напряжение от генератора опорного напряжения. Напряжение огибающей передается каскадом совпадений на второй детектор только при условии, что его фаза совпадает с фазой опорного напряжения. При различии фаз на 180° каскад совпадений не пропускает напряжения огибающей на второй детектор

Расчет гетеродина

Расчет гетеродина приемника включает в себя следующее. Определение структуры контура гетеродина и параметров его элементов, исходя из требуемой точности сопряжения настроек гетеродина и преселектора.

Подбор температурных коэффициентов емкостей дополнительных конденсаторов, включенных в контур гетеродина, для обеспечения температурной стабильности его частоты.

Расчет автогенератора, являющегося источником напряжения гетеродина для преобразователя частоты.

Расчет автогенератора на транзисторах, входящих в ИМС К174ПС1, приведен в п.4.3.

В общем случае автогенератор может быть выполнен на отдельном транзисторе[13]. Его расчет может быть произведен по любой из существующих методик. Один из вариантов расчета, ориентированный на термостабилизацию параметров транзистора [12], приведен в п.4.4.

При выборе связи автогенератора с ИМС преобразователя исходят из подаваемого на выводы 11 и 13 ИМС К174ПС1 напряжения гетеродина. Ориентировочное значение этого напряжения 20...50 мВ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: