Лекция 2. Основы представление знаний, рассуждений и задач

При реально допустимых ускоряющих напряжениях, порядка сотен или тысяч вольт, скорость движения электронов не превышает сотых или десятых долей от величины с - скорости света. Таким образом, фазовая скорость волны должна быть в несколько единиц или десятков раз меньше скорости с. Отношение называют коэффициентом замедления системы. В реальных приборах отношение .

Анализ решения волнового уравнения для передающих линий с гладкими стенками показывает невозможность получения замедленных воли в таких структурах, так как на поверхности линии не выполняются требуемые граничные условия.

Замедление волны может быть достигнуто лишь в таких линиях передачи, поверхностное сопротивление которых имеет реактивный характер. Показанные на
рис. 1-5 замедляющие системы удовлетворяют этому требованию.

Принцип замедления волны легко показать на примере спиральной замедляющей системы (рис. 1-5,а), представляющей собой коаксиальную линию передачи со спиральным внутренним

 

 

проводником.

 

При возбуждении такой линии от генератора СВЧ колебаний волна распространяется по внутреннему проводнику со скоростью, близкой к скорости света. Следовательно, за время движения вдоль одного витка спирали длиной , где —радиус спирали, волна переместится вдоль оси системы лишь на величину - шага спирали. Таким образом, коэффициент замедления

(3)

Полезно рассмотреть принцип замедления волны и с несколько иной точки зрения.

Предположим, что генератор СВЧ колебаний с частотой питает линию, подобную изображенной на рис. 1-5, в.

Такую линию, впрочем, как и любую другую замедляющую систему, но более наглядно, можно представить как цепочку элементарных резонаторов, емкость которых образуется щелью, а индуктивность - отверстием.

При распространении волны на поверхности линии наводятся токи, которые, протекая по резонаторам, возбуждают в них колебания с частотой . Амплитуда и фаза вынужденных колебаний зависят от соотношения частот , где - собственная резонансная частота резонатора. Эти зависимости иллюстрируются амплитудной и фазовой характеристиками элементарного резонатора (рис 1-6).

 

Фазовый сдвиг вынужденных колебаний в зависимости от изменяется от до .

Вынужденные колебания резонаторов накладываются на возбуждающие, и фаза результирующей волны изменяется. Появляется сдвиг фазы между результирующей и возбуждающей волнами. По мере движения волны вдоль линии этот фазовий сдвиг накапливается, так как волна подвергается воздействию вынужденных колебаний в следующих резонаторах.

УВЕЛИЧИВАЮЩЕЕСЯ ПО МЕРЕ ДВИЖЕНИЯ ОТСТАВАНИЕ ПО ФАЗЕ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЙ ВОЛНЫ ОТ ВОЗБУЖДАЮЩЕЙ ОЗНАЧАЕТ, ЧТО ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ ПЕРВОЙ ИЗ НИХ МЕНЬШЕ ФАЗОВОЙ СКОРОСТИ ПОСЛЕДНЕЙ.