Лампа бегущей волны

ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (ЛБВ), электровакуумный СВЧ-прибор, работа которого основана на длительном взаимодействии электронного потока и замедленной электромагнитной волны, движущихся в одном направлении. Предназначена, главным образом, для широкополосного усиления СВЧ-колебаний в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц, а также для преобразования и умножения частоты и других целей. Электровакуумный прибор, в основу работы которого положен принцип взаимодействия электронного потока и бегущей волны, впервые предложил и запатентовал американский инженер А. Гаев в 1936 году. Первая ЛБВ создана американским учёным Р. Компфнером в 1943 (по другим сведениям, в 1944); теоретическое описание ЛБВ впервые опубликовано американским физиком Дж. Пирсом в 1947 году.

Различают ЛБВ О-типа (наиболее распространены), в которых в энергию СВЧ-поля преобразуется кинетическая энергия электронов в результате их торможения электромагнитным полем (при этом постоянное магнитное поле направлено вдоль электронного пучка и служит для фокусировки электронов), и ЛБВ М-типа, в которых преобразование энергии, полученной электронами от внешнего электрического поля, в СВЧ-энергию происходит в пространстве взаимодействия, где постоянные электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу и направлению фазовой скорости замедленной СВЧ-волны (смотри Магнетрон).

Термин «лампа бегущей волны» обычно относят к ЛБВ О-типа; они широко применяются в передающих и приёмных устройствах радиолокационных станций, систем связи через ИСЗ и радиорелейных линий связи. Сочетание высокого коэффициента усиления, низкого уровня собственных шумов, относительно небольших габаритных размеров и массы с широкой полосой усиливаемых частот, позволяющей передавать большой объём информации, делает ЛБВ одним из наиболее удобных источников СВЧ-энергии для бортовых РЛС, устанавливаемых на самолётах, кораблях и других движущихся установках. ЛБВ М-типа широкого распространения не получили.

Устройство ЛБВ представлено на рисунке. Электронная пушка формирует электронный пучок с определёнными сечением и интенсивностью; скорость электронов определяется ускоряющим напряжением. С помощью фокусирующей системы (периодическая система постоянных магнитов, соленоид и др.), создающей продольное магнитное поле, обеспечивается необходимое поперечное сечение пучка. Замедляющая система (обычно в виде спирали) понижает скорость бегущей волны вдоль оси прибора до скорости, близкой к скорости электронов.

Усиливаемый сигнал вводится в замедляющую систему и выводится из неё с помощью устройств ввода и вывода СВЧ-энергии. Коллектор служит для улавливания электронов. Для устранения самовозбуждения ЛБВ из-за отражения электромагнитной волны от концов замедляющей системы применяется поглотитель (например, в виде поглощающего керамического стержня или плёнки).

В ЛБВ ускоренные в электронной пушке электроны влетают в замедляющую систему, где взаимодействуют с электрическим полем усиливаемой волны, подаваемой через ввод СВЧ-энергии. Двигаясь синхронно с волной, электроны в результате взаимодействия тормозятся или ускоряются - в зависимости от фазы электрического поля; при этом происходит модуляция электронного потока по плотности - образование сгустков. В случае равенства скоростей волны и электронов обмена энергией между ними не происходит и усиление отсутствует. Если скорость электронов немного превышает фазовую скорость волны, сгустки электронов, обгоняя волну, попадают в тормозящее поле и отдают свою энергию, усиливая входной сигнал.

Главное достоинство ЛБВ по сравнению с другими усилительными электровакуумными СВЧ- приборами (например, клистронами) - широкая полоса усиливаемых частот (обычно 1-2 октавы). Выходная мощность ламп в зависимости от назначения составляет от долей МВт (малошумящие ЛБВ во входных усилителях СВЧ приёмных устройств) до десятков кВт (в усилителях выходных СВЧ-сигналов передающих устройств) в непрерывном режиме и до нескольких МВт в импульсном режиме; коэффициент усиления достигает 30-50 дБ и более.

Лит.: Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. 2-е изд. М., 1972. Т. 2.