Лекции 4 по дисциплине Физические основы электроники свч и квантовой электроники студент группы 18ПР3 Рожков Е. О
![]()
|
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". ![]() |