Caryotakis - High Power Klystrons Theory and Practice at the Stanford Linear Accelerator Center

Тематика: Электронные СВЧ приборы, тип перевода EN -> RU Оригинал: http://moodle.eece.cu.edu.eg/pluginfile.php/2525/mod_resource/content/1/Klystron_Design_part_1.pdf Переведено до 81 с. Глава 1. Клистрон. Историческая справка, применение и современное состояние развития. Клистрон был изобретен для преодоления времяпролётных эффектов, которые устанавливают эксплуатационные ограничения в триодах и тетродах. Клистроны являются наиболее эффективными приборами О-типа и способны выдавать высочайшие пиковые и средние мощности. Они используются в чрезвычайно широком диапазоне частот – от низкого УВЧ (200 МГц) до W-диапазона (100 ГГц). Коэффициент усиления многорезонаторных клистронов может быть очень высок. В том, что коэффициент усиления равен 60 дБ или даже выше, а КПД 70 % ничего необычного. Максимальная пиковая мощность клистронов ограничена ВЧ пробоем, который является функцией длительности импульса. При длительности импульса 1-2 микросекунд в X-диапазоне[1] была достигнута мощность 75 МВт, а в S-диапазоне[2] – более 150 МВт Средняя мощность зависит от охлаждения корпуса, т.к. клистронные коллекторы могут быть сделаны сколь угодно большими. В X-диапазоне была достигнута мощность непрерывного излучения в 1 МВт[3]. С другой стороны, по сравнению с лампами бегущей волны (ЛБВ, см. гл. 4), клистроны являются узкополосными устройствами. Для многих средств радиолокации и всех средств радиоэлектронного подавления (против РЛС) подходят лишь ЛБВ. Клистроны используются для некоторых коммуникационных приложений, т.к. в клистроне при любых обстоятельствах возможно получение ограниченно широкой полосы пропускания. Широкая полоса пропускания в клистроне требует низкого сопротивления пучка (т.е. – высокого первеанса, и / или высокой мощности). При очень высоких мощностях или высоких частотах для улучшения электронной оптики используются пучки с малым первеансом. В этом случае получение пропускной способности в 1% для клистронов непрерывного излучения может быть затруднено. Получить 10% пропускную способность в S-диапазоне можно при импульсной мощности в несколько мегаватт. Не так давно маломощные клистроны, особенно отражательные генераторы, проиграли битву твердотельным заменителям в радиолокационном и коммуникационном оборудовании. Тем не менее, клистронные усилители миллиметрового диапазона, выдавая несколько десятков ватт средней мощности, вероятно, не будут заменены твердотельными устройствами, которые не могут производить сопоставимую мощность на этих частотах. Развитие клистронов и их применение наглядно прослеживается в 20-м веке. ДеФорест изобрёл триод в 1906 году, хотя до конца 1912 года по-прежнему использовались передатчики азбуки Морзе на основе электрического разряда. Радиоприёмник поступил в производство в Первую мировую войну, но до 1918 года супергетеродинный приемник ещё не был изобретен (Армстронг)[4]. К 1930 стало ясно, что высокие частоты востребованы и что времяпролётные ограничения будут препятствовать обеспечению достаточной мощности в новых практических применениях триодов и тетродов. Начался поиск новых ВЧ источников. Перед началом Второй мировой войны общая доступная область радиочастотного спектра составляла около 100 МГц (примерно 10 телеканалов). Сегодня существуют РЧ источники, выдающие спектр в 1000 раз шире. Сейчас применяются или разрабатываются клистроны, покрывающие весь спектр. Это отличает его от любых других СВЧ источников питания. Изобретение радара вызвало интерес к микроволнам и привело к появлению резонатора магнетрона, который позволил создать бортовую радиолокационную станцию и помог союзникам выиграть вторую мировую. Во Второй мировой войне были использованы в основном только маломощные отражательные клистроны. Мощные клистроны обязаны своему начальному развитию ускорителям частиц, для которых в Стэнфорде был сконструирован и собран первый мегаваттный клистрон. Радиолокация привела к появлению радиоэлектронного противодействия (РЭП) и ЛБВ.