нейшем колебания в резонаторе поддерживаются пульсирующим потоком электронов и превращаются в устойчивые незатухающие колебания, если выполняются условия самовозбуждения. Будем считать, что такие условия выполняются, и рассмотрим установившийся режим.

Под действием переменного напряжения на сетках резонатора происходит модуляция скорости электронов. Положительное напряжение ускоряет электроны, движущиеся к отражателю, а отрицательное тормозит. Резонатор не расходует мощность на модуляцию скорости электронов, так как число ускоренных за период электронов равно числу замедленных электронов, т. е. суммарный баланс мощности равен нулю.

В пространство между сеткой g2 и отражателем, называемое пространством группирования, входят элекгроны с различными скоростями. Там существует постоянное электрическое поле, напряженность которого определяется напряжением Ea+Uo=Ei. Это поле тормозит электроны, движущиеся от сетки g2 к отражателю, и ускоряет возвращающиеся электроны. Так как ускоряющим является напряжение Е, а тормозящим большее напряжение £1, то на отражатель электроны не падают, а все возвращаются обратно (рис. 1.72).

Электрическое поле между сеткой g2 и отражателем должно быть таким, чтобы происходила фокусировка отраженных электронов. Это достигается выбором соответствующей формы отражателя.

На пути к отражателю и обратно электроны собираются в сгустки, т. е, модуляция скорости электронов превращается в модуляцию плотности луча. Сгустки электронов проходят зазор резонатора в тормозящем поле, отдают свою кинетическую энергию резонатору и поддерживают там незатухающие колебания.

Образование сгустков электронов наглядно показано на рис. 1.73 и 1.74. Пусть электроны группы 1 про.петают зазор резонатора в максимальном ускоряющем поле. Они получат максимальный прирост кинетической энергии, пройдут в пространстве группирования наибольший путь Al, т. е. максимально приблизятся к отражателю, и возвратятся обратно в момент времени /4 (рис. 1.73). Электроны группы 2 пролетают резонатор на четверть периода позже, полем резонатора не ускоряются и не замедляются. Они углубляются в пространство группирования на расстояние Х2 и возвращаются обратно в зазор резонатора вместе с электрона.ми группы 1. Электроны группы 3 пролетают сетки резонатора на полпериода позже группы 1, полем резонатора они замедляются и, следовательно, углубляются в пространство группирования на еще меньшее расстояние з, а обратно возвращаются в тот же момент 4. Одновременный возврат в зазор резонатора всех трех групп электронов можно обеспечить соответствующим выбором напряжений Ец и Uq. Спедовагсльно, при благоприятных условиях все электроны, пролегающие зазор резонатора в течение половины периода, собираются в пространстве группирования в

4* 99

один сгусток и в обратном направлении пролетают зазор резонатора в максимальном тормозящем поле. Центрами группирования являются те электроны, которые пролетают зазор резонатора без изменения скорости при переходе напряжения от положительного значения к отрицательному.

Каждый период через зазор проходит один сгусток электронов, которые отдают полю резонатора свою кинетическую энергию, а сами улав.пиваются сеткой gi и ускоряющим электродом. Часть этих электронов возвращается к отражателю, т. е. вторично проходит зазор резонатора.

Рис. 1.7J. Пространственно-временная диаграмма полета электронов в отражательном клистроне

На основании изложенного можно устэновить амплитудное и фазовое условия самовозбуждения клистрона. Амплитудное условие состоит в том, что электроны должны быть сгруппированы в сгустки, а плотность и количество э.пектронов в сгустках не должны быть меньше некоторых минимумов. Фазовое условие состоит в том, что сгустки электронов до.пжны пролетать зазор резонатора в тормозящем поле. Выполнение амплитудного условия обеспечивается, если ток луча больше некоторого минимального значения. При нормальной эмиссии катода и нормальном значении напряжения £а амплитудное условие автоматически выполняется прн выполнении фазового условия. Рассмотрим поэтому более подробно фазовое условие самовозбуждения.

Режимы работы

Из рис. 1.73 видно, что сгустки электронов пролетают зазор резонатора в .максимальном тормозящем поле, т. е. точно выполняется фазовое условие самовозбуждения, если среднее пролетное время сгустка, т. е. пролетное время центра группирования, тпр равно 3/4Т. 7/4Т, 11/4Т и т. д. или

где п- 1, 2, 3...- целое положительное число.

Отражатель Отро>катель

(1.82)

П = Гпр = 0,75Т

Отражатель

Отра>натель

"=4 Т„р = 3,?5Т

П=6 Г„р=4,?5т

Рис. 1.74. Формирование сгустка электронов при работе клистрона в различных режимах

Пролетное время центров группирования не зависит от амплитуды переменного напряжения, а определяется лишь величинами ускоряющего и тор.мозящего постоянных полей. Если, напри.мер, плавно изменять напряжение на отражагеле от нуля до -[/о, то будет плавно изменяться пролетное время от наибольшей величины до наименьшей. Очевидно, генерация невозможна, если сгустки электронов будут попадать в ускоряющее поле и отбирать энергию от резонатора. Следовательно, существует несколько значений пролетного времени или дискретный интервал пролетного времени, при котором возможна генерация, т. е. существует ряд режимов работы или ряд зон. Зонам присваиваются номера в соответствии с уравнением (1.82). При т:„р=0,75Г («=!) зона назы-