Рефераты по Физике

Электровакуумные приборы магнетронного типа

Страница 1

Введение

Работа СВЧ - генераторов или усилителей заключается в преобразовании энергии источников постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний. Приборы СВЧ диапазона подразделяются на электровакуумные, электронно-плазменные, квантовые, полупроводниковые и плазменные, которые в свою очередь также подразделяются на подклассы. Класс электровакуумных приборов включает приборы, преобразующие кинетическую энергию свободных электронов, ускоренных в вакууме, в энергию СВЧ колебаний. Этот класс приборов, получивших наибольшее распространение, делится на три основных подкласса - приборы с электростатическим управлением электронным потоком (триоды, тетроды); приборы с динамическим управлением электронным потоком, основанном на принципе скоростной модуляции, это приборы “О- типа” и, наконец, - приборы “М-типа”. Приборы “О-типа” имеют прямолинейную геометрию электронного потока в продольном внешнем магнитном поле (клистроны, лампы бегущей и обратной волны, соответственно - ЛБВ, ЛОВ). В приборах “М-типа” модулированные электронные потоки формируются в результате дрейфового движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях (магнетроны, платинотроны, ЛБВ-М, ЛОВ-М). К приборам вакуумной электроники относится также подкласс релятивистских приборов “О” и “М” типов, в которых используются сильноточные электронные потоки больших энергий, когда релятивистский g-фактор заметно отличается от 1 (релятивистские ЛОВ, магнетроны, а также гиротроны). Релятивистские приборы, являющиеся мощнейшими импульсными источниками СВЧ полей, тем не менее, могут иметь ограничения по току из-за тормозящего электроны отрицательного потенциала, возникающего в пучке из-за высокой плотности электронного объемного заряда. Для снятия токового ограничения в приборах плазменной СВЧ электроники используется компенсация объемного заряда электронов пучка ионами плазмы, создаваемой специальными плазменными источниками. К квантовым приборам СВЧ относятся атомные и молекулярные генераторы, квантовые парамагнитные усилители, объединяемые термином “мазеры”. Класс полупроводниковых приборов СВЧ включает подклассы СВЧ транзисторов, диодов с отрицательным сопротивлением: лавинопролетных (ЛПД) и туннельных диодов, диодов Ганна. Представителями класса плазменных СВЧ приборов можно считать газоразрядные генераторы шума. Продажа мебели по левел уровню премум

В приборах М типа используется движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Рассмотрим, для начала, основные закономерности движения заряженных частиц в таких полях [3].

1 Движение заряженных частиц в скрещенном электрическом и магнитном полях

1.1 Уравнение траектории

На рис. 1 изображено пространство между катодом (внизу) и анодом вверху, к которым приложено постоянное напряжение , создающее однородное электрическое поле по вертикали, и пронизанное силовыми линиями однородного магнитного поля поперек плоскости чертежа вглубь, как изображено на рисунке. Введем систему координат: y – вверх в плоскости чертежа, z – горизонтально направо в плоскости чертежа, x – вглубь по нормали.

Рис. 1

В векторном виде уравнения движения для нерелятивистского электрона в системе Гаусса

, (1)

положим . В нашем плоском случае , , и уравнения принимают вид

(2)

Дифференцируя по времени второе уравнение подставляем в него первое и получаем

. (3)

Введя в рассмотрение циклотронную частоту перепишем в окончательном виде

. (4)

Дважды интегрируя это уравнение получаем решение в виде суммы общего решения однородного уравнения

(5)

и частного решения неоднородного уравнения . Дифференцируя по времени это решение согласно второму уравнению из первоначальных уравнений движения получаем решение и для . Так получается параметрическое описание зависимости скорости электрона от времени:

. (6)

Имея начальные условия определяем неизвестные коэффициенты при синусах и косинусах:

. (7)

Дальнейшее интегрирование при начальных параметрическое описание траектории от времени:

. (8)

Это уравнения трохоиды - траектории всевозможных точек плоскости, катящейся одним своим фиксированным кругом по прямой (параллельно поверхности катода). Скорость движения центра круга - скорость дрейфа.

Можно выделить два частных случая траекторий:

1) движение по прямой с постоянной скоростью ; (точки совпадают с центром круга), такой вариант движения электронов используется в ЛБВ-М,

2) первоначально покоившаяся частица , будучи отпущенной в свободный полет из начальной точки , совершает движение по циклоиде

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7