Лампа обратной волны

ЛАМПА ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ (ЛОВ), электровакуумный СВЧ-прибор, работа которого основана на длительном взаимодействии электронного потока и замедленной электромагнитной волны, распространяющейся в направлении, противоположном движению электронов. Применяется в основном как перестраиваемый по частоте СВЧ-генератор, реже как усилитель. Идея создания ЛОВ высказана в 1948 году отечественным учёным М. Ф. Стельмахом. Генерирование СВЧ-колебаний в результате взаимодействия электронного потока и обратной волны впервые наблюдал и описал американский физик С. Мильман в 1950 году. Термин «лампа обратной волны» введён в 1953 году американскими учёными Р. Компфнером и Н. Уильямсом, давшими первое теоретическое описание такого прибора. В зарубежной литературе ЛОВ иногда называют карсинотроном (или карцинотроном).

Различают ЛОВ О-типа и М-типа. В лампах О-типа электронный поток, сформированный электронной пушкой, отдаёт электромагнитной волне кинетическую энергию в результате торможения электронов электрическим полем волны, а заданное сечение электронного пучка сохраняется постоянным при помощи магнитной (постоянные магниты) или электростатической фокусирующей системы. Такие ЛОВ работают в диапазоне частот от единиц ГГц до нескольких ТГц; мощность генерируемых колебаний составляет от нескольких МВт до единиц Вт при электронной перестройке частоты от 10-15% до октавы; кпд, как правило, не превышает нескольких процентов. Применяются в качестве гетеродинов радиолокационных станций, перестраиваемых задающих генераторов, генераторов качающейся частоты (смотри Измерительный генератор) и др.

В ЛОВ М-типа в энергию СВЧ-поля преобразуется потенциальная энергия электронов, а электронный поток формируется в скрещенных электрическом и магнитном полях (как в магнетроне). Диапазон рабочих частот таких ламп находится в пределах от 200 МГц до 20 ГГц; выходная мощность в непрерывном режиме составляет до десятков кВт в дециметровом и до единиц кВт в сантиметровом диапазоне волн при электронной перестройке частоты до 40%. Кпд достигает 50-60%. Достоинством ЛОВ М-типа является также линейная зависимость генерируемой частоты от ускоряющего напряжения. Применяются в системах связи, радиопротиводействия, в измерительной и другой аппаратуре.

В генераторной ЛОВ (рис. 1 и 2) электронный поток, проходя замедляющую систему (обычно в виде встречных пластин, так называемые встречные штыри), возбуждает в ней электромагнитную волну, бегущую в направлении, обратном направлению движения электронов. Как и в лампе бегущей волны (ЛБВ), в ЛОВ взаимодействие электромагнитной волны и электронного потока происходит при условии, что средняя скорость электронов близка к фазовой скорости волны (синхронизм электронов и волн). Под влиянием электрического поля бегущей волны в электронном потоке образуются сгустки электронов, которые, проходя зазоры между пластинами замедляющей системы, тормозятся полем и отдают ему свою энергию (условие генерирования колебаний). Это условие выполняется, если время пролёта сгустка между двумя соседними зазорами немного меньше половины периода колебаний. Повышение (понижение) напряжения между катодом и замедляющей системой (анодом) уменьшает (увеличивает) это время пролёта и, следовательно, уменьшает (удлиняет) период генерируемых колебаний. Существенной особенностью ЛОВ (в отличие от ЛБВ) является разнонаправленность фазовой и групповой скоростей электромагнитной волны, т. е. энергия электромагнитной волны распространяется навстречу электронному потоку, что обеспечивает возникновение положительной обратной связи.

Лит.: Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. 2-е изд. М., 1972. Т. 2; Мощные электровакуумные приборы СВЧ / Под редакцией Л. Клэмпитта. М., 1974.