Лекции 4 по дисциплине Физические основы электроники свч и квантовой электроники студент группы 18ПР3 Рожков Е. О
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет информационных технологий и электроники Кафедра «Радиотехника и радиоэлектронные системы» Ответы на вопросы по лекции №4 по дисциплине «Физические основы электроники СВЧ и квантовой электроники» Выполнил: студент группы 18ПР3 Рожков Е.О. Проверил: д. ф. –м. н., профессор Макеева Г.С. Пенза, 2021 Лекция 4 Объясните принцип длительного взаимодействия электронного потока с волной. В приборах с длительным взаимодействием, также как и в клистронах, используются модуляции скорости электронов и плотности электронного потока. При сравнительно слабом входном сигнале в результате длительного взаимодействия электронов с полем бегущей волны получается необходимое группирование электронов. Очевидно, что обмен энергией между электронами и полем происходит в результате взаимодействия с составляющей напряженности электрического поля, совпадающей по направлению со скоростью электронов. При каком соотношении скорости электронов и фазовой скорости возможен отбор энергии у электронного потока? Для эффективного взаимодействия электронов с бегущей волной нужно, чтобы скорость электрона Ve была приближенно равна фазовой скорости электромагнитной волны Vф в направлении движения электронов. Это называется условием фазового синхронизма и записывается следующим образом: Vф Ve. Почему скорость электронов в приборах типа О должна превышать фазовую скорость рабочей пространственной гармоники? Так как скорость электронов всегда меньше скорости света в свободном пространстве, то для выполнения условия фазового синхронизма, необходимо уменьшать фазовую скорость волны, взаимодействующей с электронами. Для этого используются специальные устройства, которые называются замедляющими системами. Колебательные системы приборов СВЧ с длительным взаимодействием Для создания широкополосных приборов необходимо использовать принцип непрерывного длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны в нерезонансной колебательной системе. Приборами такого типа являются лампа бегущей волны типа «О» (ЛБВО) и лампа обратной волны типа «О» (ЛОВО). В качестве широкополосных колебательных систем в СВЧ приборах применяются замедляющие системы, некоторые типы которых в качестве примера показаны на рис. 4.1. Чаще всего одна из линий замедляющей структуры имеет гладкую поверхность, а другая - характеризуется рядом периодически повторяющихся ячеек. Иногда (рис. 4.1, г) обе линии имеют периодическую структуру. Гладкую линию называют обычно основанием или холодным катодом.  Рис. 4.1. Замедляющие системы. а) спиральная ; б) гребенчатая; в) цепочка резонаторов щель - отверстие; г) две гребенки Указать преимущества приборов с длительным взаимодействием. В приборах с длительным взаимодействием, также как и в клистронах, используются модуляции скорости электронов и плотности электронного потока. При сравнительно слабом входном сигнале в результате длительного взаимодействия электронов с полем бегущей волны получается необходимое группирование электронов. Для чего используются замедляющие системы? Основное назначение замедляющей системы - уменьшить скорость распространения электромагнитной волны. Эффективное взаимодействие потока электронов с полем волны может быть получено только при условии приблизительного равенства фазовой скорости волны υф и скорости υe движения электронов. Что такое пространственные гармоники? Какими параметрами они отличаются? Пространственные гармоники. Иначе говоря, поле вдоль замедляющей системы можно представить как результат наложения бесконечного числа бегущих волн - пространственных гармоник,, подобно тому как несинусоидальное во времени колебание представляется в виде бесчисленного множества гармонических составляющих. Только при гармоническом анализе функции ε(t) получаются компоненты с различными - кратными основной - частотами, а при разложении в ряд Фурье функции ε(z) - группа пространственных гармоник, для которых набег фазы на пути D отличается на 2πn радиан, где n - целое число, включая нуль. Следовательно, пространственные гармоники отличаются фазовой скоростью  постоянной распространения (коэффициентом фазы)  и длиной волны  Частота колебаний для всех пространственных гармоник одна и та же - частота ω генератора, питающего линию. Что такое прямые пространственные гармоники? Их основные свойства. Пространственные гармоники называются прямыми при n>0, когда векторы фазовых скоростей υф совпадают по направлению с вектором групповой скорости υгр. Что такое обратные пространственные гармоники? Их основные свойства. Пространственные гармоники называются обратными при n<0, когда векторы фазовых скоростей υф по направлению противоположны вектору групповой скорости υгр.. Что такое дисперсия? Дисперсия - зависимость фазовой скорости от частоты - одно из важнейших свойств замедляющих систем. Перечислите основные виды дисперсии. Что такое нормальная и аномальная дисперсия? При ∂υф/∂ω < 0 дисперсию называют нормальной, а при ∂υф/∂ω > 0 - аномальной. Какие способы замедления электромагнитных волн вы знаете? Обычно в электронных приборах используются замедляющие системы с нормальной дисперсией (в лампах бегущей волны (ЛБВ)) или с аномальной дисперсией (в лампах обратной волны ЛОВ)). Свойства замедленных электромагнитных волн . Практически во всех электронных СВЧ приборах важную роль во взаимодействии электронов с волной играет продольная составляющая электрического поля той пространственной гармоники, для которой обеспечивается условие синхронизма (υе ≈ υфn). Какие замедляющие системы называются периодическими?  Замедляющая система типа "спираль".   Коэффициент замедления замедляющей системы типа "спираль". Области применения замедляющей системы типа "спираль". Коэффициент замедления замедляющей системы типа "гребенка". Условия замедления электромагнитных волн в замедляющей системы типа "гребенка".  |