Лампа обратной волны

Опубликовано 13.02.2010 Ведущий Антон Степанов

Лампа обратной волны это электровакуумный прибор, который является генератором электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты. Принцип действия основывается на преобразовании энергии электронных пучков в энергию СВЧ излучения при их взаимодействии с обратной волной. Лампы обратной волны подразделяются на два класса: ЛОВ типа О и ЛОВ типа М.
Для начала рассмотрим конструкцию лампы типа О. Источником электронов является электронная пушка. В ней статическое электрическое поле ускоряет пучок электронов и они движутся прямолинейно к коллектору. Фокусирующая система магнитов задает нужное сечение этого пучка. В замедляющей системе происходит взаимодействие электронов и волны. Замедляющая система имеет периодическую структуру, представляет собой волноводы с периодически изменяющимися параметрами. Подбором пространственного периода волновода достигается фазовый синхронизм электронов с одной из гармоник обратной волны. Если по ней в сторону катода двигается волна, то можно подобрать ускоряющее напряжение для пучка электронов так, чтобы обеспечить синхронизм между электронами и одной из замедленных обратных волн.
Проходя мимо неоднородностей, электроны, в таком случае, будут встречать одну и ту же фазу высокочастотного поля. Часть кинетической энергии электронов передается СВЧ полю. При этом, электронный поток модулируется по скорости. Быстрые электроны догоняют медленные. Это явление называется группировкой или фазировкой частиц. Наведённый ВЧ-ток электронов излучает ВЧ-поле, которое, складываясь с первоначальной волной, приводит к её усилению. На выходе лампы около электронной пушки создаётся поле, превышающее первоначальный сигнал. Чтобы сгруппированный пучок излучал, а не поглощал электромагнитные волны, начальная скорость электронов должна слегка превышать фазовую.
В лампах типа О электроны передают полю свою избыточную кинетическую энергию, соответствующую разности скоростей электронов и волны. КПД ограничен допустимой разностью указанных скоростей. Наоборот, в лампах типа М, М как магнетрон, кинетическая энергия электронов, не изменяется, а изменяется потенциальная энергия, преобразующаяся в энергию СВЧ поля. Кроме того, в ЛОВ типа М наиболее благоприятное взаимодействие потока электронов и СВЧ поля происходит при точном равенстве средней скорости электронов и фазовой скорости волны.
Создается поток электронов, движущихся от катода к коллектору по кривой траектории. Если ток потока достаточно велик, начинается взаимодействие электронного потока с полем волны. Электроны движутся к коллектору, а энергия волны им навстречу - к волноводному выходу прибора. В результате возникает положительная обратная связь между полем волны и электронным потоком, при которой волна, отдавая часть своей энергии на группировку электронов, приобретает большее её количество за счет уменьшения потенциальной энергии сгруппированных электронов.
Коэффициент полезного действия достигает в лампах обратной волны типа О - всего несколько процентов, а типа М достигает 50-60%. В зарубежной литературе лампу обратной волны иногда называют карцинотроном. Они генерируют колебания частотой вплоть до 1500 ГГц. Лампы обратной волны применяются в широкодиапазонных сигнал- генераторах для радиотехнических измерений и радиоспектроскопии, в основном для генерации терагерцового излучения, в задающих генераторах передатчиков с быстрой перестройкой частоты и прочем СВЧ оборудовании.