Достижение
Многие пути преодоления указанных ограничений оказываются общими для ЭВП различных классов. К ним относятся: применение новых диэлектрических материалов с высокой теплопроводностью для изготовления диэлектрических опор спиральных замедляющих систем в ЭВП бегущей волны и окон вывода мощности в гиротронных приборах; применение фазовых методов увеличения электронного КПД во всех классах ЭВП с бегущей волной, а также в многорезонаторных клистронах; в ЛБВ Отипа это введение «изохронности» или фазовых скачков в камере отбора мощности, в гироЛБВ применение волноводных систем с переменным профилем вдоль прибора и изменяющейся величины магнитной индукции, в многорезонаторных клистронах оптимальное расположение резонаторов вдоль электронного пучка; во всех классах мощных ЭВП с протяженным взаимодействием (клистронах, ЭВП бегущей волны, гиротронах) применение многоступенчатой рекуперации отработанных электронов с целью увеличения технического КПД; реализация работы на высоких типах колебаний TEmn в волноводах и резонаторах гиротронов, на высших пространственных гармониках в приборах Мтипа.
Эти решения позволяют значительно увеличить пространство взаимодействия, уменьшить величину магнитного поля.
Для многих областей военного и комерческого применения диапазонные характеристики ЭВП имеют первостепенное значение. В ЭВП Отипа, в гиротронных приборах наиболее широкие полосы одновременного усиления или перестройки частоты автоколебаний достигаются при взаимодействии электронных потоков с бегущими волнами, т.е. в ЛБВ и ЛОВ Отипа, гироЛБВ и гироЛОВ. Диапазон рабочих частот ЛБВ максимален при использовании замедляющих систем с наименьшим параметром дисперсии. К таким замедляющим системам относятся спиральные и модифицированные спиральные системы с дополнительными реактивными нагрузками. Выбором геометрии реактивных нагрузок можно в широких пределах изменять крутизну дисперсии при высоком значении сопротивления связи. Так, спиральные ЛБВ непрерывного действия характеризуются полосой усиления, превышающей октаву, при уровнях мощности десятки Ватт. ЛБВ с замедляющими системами на цепочках связанных резонаторов характеризуются, как правило, относительными полосами усиления А//<10% в диапазоне частот 30100 ГГц при уровнях мощности сотни Ватт единицы кило Ватт. Диапазонные характеристики гиротронных усилителей бегущей волны (гироЛБВ) близки к ЛБВ Отипа с ЗС типа цепочек связанных резонаторов, но при уровнях выходной мощности в сотни и тысячи раз большими.
Стремление создать ЭВП с меньшими размерами и массами, с низкой себестоимостью является одним их основных в настоящее время при разработке всех классов приборов. Достижение этой цели базируется на внедрении новых решений, позволяющих упростить конструкцию приборов и усовершенствовать технологию их изготовления. К числу таких решений следует отнести создание генераторов и усилителей СВЧ на основе интегрирования в единой конструкции узлов электронных приборов, действующих на различных физических принципах. 
Одним из таких решений, которое получило широкое развитие при построении усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, является создание мощных микроволновых модулей (МММ), основанных на применении ЛБВ Отипа с уменьшенным коэффициентом усиления до 2025 дБ и входного твердотельного усилителя в монолитном интегральном исполнении (MMIC). В единой конструкции МММ интегрируются также блоки электрического питания, контроля параметров, управления и охлаждения. Это позволяет оптимизировать ЛБВ по эффективности, стабильности и линейности характеристик, в частности, коэффициент шума выходного сигнала ЛБВ по сравнению с традиционной ЛБВ снижается на 20 дБ. Конструкция самой ЛБВ за счет уменьшения длины замедляющей системы значительно упрощается, существенно улучшаются габариты и масса всего мощного усилительного модуля.
Развитие электровакуумной электроники в диапазоне миллиметровых волн жестко связано с успехами развития многих областей науки и техники, и будущее ЭВП СВЧ во многом определяется созданием и внедрением: новых диэлектрических материалов с минимальными потерями и высокой теплопроводностью, новых конструкторскотехнологических решений, обеспечивающих создание высокоточных электродинамических систем ЭВП, новых эффективных классов эмиттеров электронов, отличающихся высокой надежностью, новых магнитных материалов с высокими энергиями, новых принципов построения фокусирующих магнитных систем с уменьшенными размерами и массами, электроннооптических систем, обеспечивающих высокую ламинарность электронных потоков и высокую их устойчивость, новых материалов и систем с высокотемпературной сверхпроводимостью для формирования магнитных полей в мощных ЭВП.
Все более эффективным становится расширяющееся использование новых технологий микрообработки таких, как микроэлектромеханическая обработка (MEMS), технология LIGA, а также технология SU8, которые найдут применение при изготовлении деталей и структур перспективных конструкций ЭВП сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн и систем на их основе, в том числе распределенных решеток активных элементов.
Вакуумная электроника СВЧ базируется на фундаментальных физических идеях, развивавшихся в течение семидесяти лет XX столетия, математическом моделировании процессов взаимодействия электронных потоков с ВЧ полем в различных электродинамических системах всех классов ЭВП, на конструкторскотехнологических разработках электроннооптических, фокусирующих и высокочастотных систем и т. д. В этой книге сделана попытка кратко изложить в доступной форме минимальный объем знаний, относящихся к современному уровню развития ЭВП диапазона миллиметровых волн.
Авторы надеются, что изложенный в книге материал пробудит у читателя интерес к проблемам электроники СВЧ и будет полезным в процессе обучения и в повседневной работе.
Уф = Vz
Похожие статьи:
