Лампа бегущей волны

Опубликовано 13.02.2010 Ведущий Антон Степанов

Лампа бегущей волны это электровакуумный прибор, предназначенный для генерации и усиления СВЧ колебаний. Для этих целей в данном приборе используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и потока электронов, направление движения которого совпадает с направлением волны. Вследствие этого взаимодействия происходит ее усиление.
Лампа бегущей волны состоит из следующих элементов. Электронная пушка, которая создает направленный поток электронов определенной интенсивности. Системы фокусировки и формирования электронного потока. Этот процесс происходит при помощи статический магнитных и электрических полей. В результате действия продольного магнитного поля обеспечивается необходимое поперечное сечение потока электронов. Замедляющая система. В ней распространяется электромагнитная волна, взаимодействующая с электронами. Эта система представляет собой спираль между диэлектрическими стержнями. Она обладает хорошей теплопроводностью, так как в высокомощных лампах сильно греется и от нее необходимо отводить тепло. А так же коллектор, для отбора прошедших пространство взаимодействия электронов. Так же может быть предусмотрен поглотитель, в виде стержня из поглощающего материала для устранения самовозбуждения системы. Основная часть устройства находится в герметичном болоне, а магниты фокусирующей системы вынесены наружу.
Каков принцип работы такой лампы? Замедляющая система обеспечивает равенство продольной скорости электронов и фазовой скорости волны. В этих условиях каждый электрон медленно перемещается относительно поля бегущей волны, оставаясь преимущественно в тормозящей либо ускоряющей фазе её электрического поля на большой длине, достигающей нескольких десятков длин замедленной волны. Итак, электрон, синхронно двигается вместе с волной, но под воздействием ускоряющих (положительная полуволна) и тормозящих (отрицательная полуволна) участков её электрического поля электроны группируются в сгустки. Сгустки располагаются в тех местах поля, где ускоряющая электроны полуволна переходит в тормозящую. Если скорости волны и электронов равны - обмена энергией между ними нет, усиление отсутствует. Но, если скорость электронов немного превышает скорость волны, сгустки электронов, обгоняя волну, входят в тормозящие участки поля и под их действием тормозятся. При этом, кинетическая энергия, потерянная электронами при торможении, переходит в энергию бегущей волны.
Так происходит усиление в лампах типа О. Существуют также лампы типа М, имеющие несколько отличное строение. Идеальное взаимодействие частиц и волны в них достигается при равенстве их скоростей. А полю передается не кинетическая энергия в результате торможения электронов, а их потенциальная энергия. Лампа типа М состоит из инжектирующего устройства и пространства взаимодействия. Инжектирующее устройство это совокупность катода и управляющего электрода, которое создает электронный поток в пространстве взаимодействия. Это пространство состоит из замедляющей, поглощающей систем, коллектора и волноводов входа и выхода. В лампе типа М группировка получается в результате дрейфа электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Поперечное электрическое поле замедленной волны приводит к продольному дрейфу и образованию сгустков около нулевых точек этого поля, где продольное электрическое поле волны имеет макс. значение и тормозит электроны. В результате сгустки отдают свою потенциальную энергию волне и одновременно дрейфуют к замедляющей системе.
Чаще всего, лампа бегущей волны является широкополосным усилителем СВЧ колебаний в диапазоне от 300МГц до 300ГГц. Используется в приемных и передающих устройствах.