Устройство и характеристики ламп обратной волны

Устройство ЛОВ (Рис.2-9) очень похоже на устройство ЛБВ-генератора за исключением расположения вывода энергии, который находится не в конце замедляющей системы, как в ЛБВ, а в ее начале по отношению к электронному инжектору. Предположим, что СВЧ поле в ЛОВ каким-то образом возбудилось. Тогда электроны пучка, синхронизованного с фазовой скоростью гармоники m= -1, двигаясь в прямом направлении и “сталкиваясь” с периодическими возмущениями продольного СВЧ поля в одной и той же фазе, будут испытывать со стороны поля такое же группирующее воздействие, как это происходило бы на основной волне в ЛБВ. Двигаясь далее к коллектору модулированный по плотности электронный поток наводит в замедляющей системе высокочастотный ток. Однако энергия, связанная с наведенным током и возбуждаемой им волной, со скоростью v_гр(-1) движется навстречу потоку электронов. Наведенное поле на выходе лампы около электронного инжектора усиливается и возникают условия для автогенерации. При этом поле отрицательной гармоники через связь с пучком обеспечивает необходимую для этого положительную обратную связь Набег фазы в кольце обратной связи по электронному пучку остается близким к 0 в широком диапазоне электронной перестройки лампы. Для ЛОВ необходимо хорошее согласование с нагрузкой, чтобы не было отражения волны назад. Такая волна, снова отражаясь уже в самой ЛОВ от коллектора, может ухудшить ее генерацию. Коэффициент отражения волны от коллектора может быть частотно зависимым, и поэтому механизму распределенной обратной связи мешает дискретная обратная связь, которая портит частотную характеристику лампы. Чтобы этого избежать, перед коллектором на стенках лампы помещают поглотитель в качестве согласованной нагрузки, которая не отбирает на себя генерируемую мощность, благодаря тому, что поток энергии в лампе направлен в обратную сторону.

Лампы обратной волны могут быть самых различный конструкций, подробности которых не изменяют их существа и поэтому здесь не рассматриваются.

На Рис.2 представлены типичные характеристики маломощной лампы обратной волны в зависимости от ускоряющего напряжения. Видно, что частота генерации монотонно растет с увеличением U₀ в широком диапазоне перестройки. Этим ЛБВ обязана, как мы уже знаем, отрицательной дисперсии обратных волн. С ростом U₀ естественно растет и мощность генерации. Изрезанность кривой P_вых связана с неидеальность согласования поглотителя с замедляющей системой. К.п.д. с ростом U₀ однако падает из-за более медленного роста роста P_вых по сравнению с мощностью, вкладываемой в пучок.

ЛОВ работают в широком диапазоне длин волн: от субмиллиметров до дециметров. К.п.д. ламп невелик, он обычно не превышает нескольких процентов, что связано со сниженной эффективностью взаимодействия пучка с гармониками, а не с основной волной. Поэтому ЛОВ используются как маломощные генераторы с мощностями не более нескольких ватт. Главное их достоинство в другом - они обладают способностью быстрой (за несколько микросекунд) перестройки в широком интервале частот - от октавы и более - путем изменения ускоряющего напряжения U₀.