SU533163A1 - Система стабилизации высокочастотного пол в резонаторе - Google Patents

Description

ог,ин из вариантов нелинейного четьфехпо люсника; на фиг. 3-7 - диаграммы и блоксхема соответственно. Резонатор 1 посредством линии и петли св зи подключен к выходу усилител  2, охваченного кольцом обратной св зи. Сигтшл обратной св зи, пропорщ1ональнь й напр жению в резонаторе 1, второй петлей,св зи выведен в линию обратной св зи и подан на вход нелиттенного четырехполюсника 3, вы- полиенного в виде Т-моста, к двум другим разв занным плечам которого-подключены одинаковые нелинейные нагрузки 4. Сигнал обратной св зи, определ емый степенью л-чссогласогани  нелинейных нагрузок 4 с плечами Т-моста 3 при изменении напр жени  в резонаторе, образуетс  на выходе Т-моста 3, который подключен к одному из входов моста сложени  5 чере фазовращатель 6. К. другому входу моста сложени  5 подключен выход задающего генератора 7. К одному из выходов моста сложени  5 подключен вход усилител  2, к другому выходу подключена согласованна  нагрузка 8. На вход нелинейного четырехполюсника поступает напр жение, пропорщюнальное напр жению в резонаторе U р (здесь и дале знаком - помечены кo mлeкcныe величи- ны). Выходное напр жение нелинейного четырехполюсника U., которое в качестве сигнала обратной св зи поступает на вход моста сложени  с напр жением задающего генератора 0,имеет a mлитyдy, автоматически И31.1ен юшуюс  от нул  до некоторого максимального значени  в зависимости от изменени  амплитуды ВЧ-пол  в резонаторе dUp относительно заданного номинального уровн  -ро Фаза выходно- го напр жени  нелинейного четырехполюсник определ етс  фазой напр жени  в резонаторе fp, а знак фазы автоматически измен етс  на противоположный при изменении знака вoз rylneни  амплитуды ВЧ-пол  dUчем обеспечиваетс  противофазность сигна ла обратной св зи возмущению ВЧ-пол  в резонаторе. .Таким образом, нелинейный четырехполюсник выдает ВЧ-сигнал обратной св зи, который следит за амплитудно-фазовыми возктущени ми ВЧ-пол  в резонаторе, а ег актлитуда и нак фазы  вл ютс  функцией величины и знака возмущени  амплитуды ВЧ-пол  в резонаторе cIUp . Величина коэ фициента передачи четырехполюсника измен етс  от нул  при Up UpQ до некоторого заданного предельного значени  ip CdUp-)npe(i. при Dp Upo± d Gp.tT, Гдейир - остаточное возмущение ВЧ-пол в резонаторе при замкнутой цепи обратной св зи или статическа  ощибка стабилизации. То свойство нелинейного четырехполюсника , что сигнал обратной св зи на его выходе определ етс  не полным напр жением в резонаторе, а его изменени ми, позвол ет существенно повысить коэффициент усилени  системы с замкнутой обратной св зью. Прт этом увеличение глубины обратной св зи ()не приводит к необходимости существенного увеличени  выходного напр жени  задающего генератора. Предельное значение К данной системе задаетс  из условий устойчивости работы . Дл  конкретной схемы рпредВ предлагаемой и известной системах примерно одинаков, т.к. введение нелинейного четырехполюсника , добротность которого знач Ительно ниже добротности резонатора ускорител  и сравнима с добротностью усилител  системы, существенно не сказываетс  на нестационарном процессе в системе и не уменьщает Кр) пред о сравнет{ию с известной системой. Отличие состоит лишь в том, что при одинаковых напр жени х задающих генераторов , одинаковых коэффициентах усилени  усилителей и заданном уровне пол  в резонаторе , в предлагаемой системе можно получать значени  , вестпой, не превыша  К р. который дл  обоих случаев примерно одинаков. Это отличие позвол ет проще реализовать стабилизацию, т.к. дл  получени  такого же значени  К и в известной системе, здесь требуетс  усилитель с меньщим коэффйц15ентом усилени . Сам нелинейный четырехполюсник, выполнен , например, в виде Т-моста, два разв занных плеча которого нагружены одинаково измен ющимис  нелинейными нагрузками , на одно из неподсоединенных к нагрузке разв занных плеч подан сигнал из резона-тора , а с другого снимаетс  сигнал обратной св зи. При номинальном уровне пол  в резонаторе рабочие точки на характеристиках нелинейных нагрузок выбраны так, что их входные сопротивлени  равны и согласованы с плечами Т-моста, при этом вс  моишость, поступающа  на обратную св зь из резонатора, рассеиваетс  в нагрузках. Изменени  уровн  ВЧ-пол , обусловленные всеми возмущающими факторами, включа  и изменени  амплитуды напр жени  задающего генератора, привод т к изменени м входных сопротивлений нелинейных нагрузок . При этом на выходе Т-моста по вл етс  сигнал обратной св зи в виде отраженных от нагрузок волн, определ емы{ величиной и знаком коэффициента отражени  а также напр жением, поданным из резонатора на вход Т-моста, т.е. Uef ir(cIUp)-Up Коэффициент отражени   вл етс  функцией амплитуды и знака возмущени  и определ ет величину и знак коэффициента передачи нелинейного четырехполюсника. Изменение знака Г при изменении анакаЗОа обеспечивает возможность введени  сигнала обратной св зи противофазно возмущению ВЧ-пол  в резонаторе. Поскольку в данном случае не определ етс  фазой напр жени  в резонаторе, то стабилизаци  по фазе осуществл етс  с точностью до посто нства фазы напр жени  задающего reHepaTOpafjj.-conSkt в то врем  как стабилизаци  по амплитуде осуществл етс  с точностью до стабильности зависимости коэффициента передачи от приложенного напр жени  или стабильности зависимости входных-сопротивлений нелинейных нагрузок от приложенного напр жени , что, в свою очередь, определ етс  стабильностью их ьольр-амперных характеристик и режима работы. Будем считать, что в исходном состо нии резонатор 1, нагруженный ускор емым пучком, и усилитель 2 настроены на рабочую частоту, лини  св зи усилител  с резонатором /согласована с учетом подгрузки резонатора цепью обратной св зи, .зилитель установлен в несколько недонап- р женный режим, суммарный набег фаз по кольцу обратной св зи отрегулирован с помощью фазовращател  6. Исход  из услови  введени  сигнала обратной св зи про- тивофазно возмущению ВЧ-пол  в рюзойато ре, суммарный набег фаз должен составл ть C n+niT при п 0,1,2,3 ... Указанное условие должно быть выполнено с учетом знака коэффиш1ента отражени  не лине i ной нагрузки, который определ етс  видом вольт-амперной характеристики примен емо нагрузки. В исходном состо нии в резонаторе уст новлена номинальна  комплексна  амплитуда ВЧ-пол  (с заданным моду- f-VA -/ V,/V ifl D Г л 1 г OCtUtt ti I ILJl IVI ivj ° о лем и фазои, которомусоответствует ис- f ходный коэффициент передачи К, системы усилитель-резонатор, нагруженный пучком, и исходна  комплексна  амплитуда выходно го напр жени  задающего генератора Uj Поскольку фаза напр жени  и. должна быть посто нной, то положим дл  простоты РЗГ О, тогда -po o зг это врем  на входе Т-моста действует напр жение, определ емое величиной О PQ/Т при Т1 1, где Т) - коэффициеттт передачи петли св зи резонатора с цепью обратной св зи. Режим работы нелинейных нагрузок 4 и коэффициент св зи их с плечами Т-мсх:та 3 выбраны такими, что коэффициент отражени  от их входов , а средн   крутиэна их характеристик (действительна  величина ) S SQ-OJ/UJ , где 3 - амплитуда первой гармоники тока через нелинейную нагрузку, (J - амплитуда напр жени , приложенного к нагрузке. При этом модуль напр жени  обратной св зи на выходе Т-моста 3 , а значит и модуль коэффициента передачи нелинейного четырехполкхника р 0. Если при разомкнутой цепи обратной св зи напр жение в резонаторе измен етс  иа величину 4 Up , определ емую изменени ми dK и б и, ; исходных велич:1н KQ н при замкнутой цепи обратной св зи это изменение равно статической ошибке dUp а средн   крутизна характеристик нелинейных нагрузок измен етс  на величину 1 d S в зависимости от знака и величины изменени  напр жени  на нем JUp. . При этом коэффициент отражени  нагрузок становитс  равным (dUp)H имеет знак, соответствующий знаку возмущени  dUp а напр жение обратной св зи будет равно UQ ГC(.Llp|Ti.Сигнал обратной св зи противофазно возмущению d и складываетс  на мосте сложени  5 с напр жением U Сумма указанных комплексных напр жений образует на входе усилител  2 напр жение возбуждени  ( р Здесь коэффициент передачи пепи обратной св зи р Г(бир(.)может принимать одно из значений ± }i в зависимости от знака (ЗОр и знака изменени  крутизны d&CdUp.) Дл  по снени  основных соотношений, действующих в сис/еме, и общих требований, которым должна удовлетвор ть нелинейна  нагрузка, обратимс  к теории. Использу  эквивалентное представлеи.ие системы уситштель-резонатор, нагруженный пучком в виде источников тока, сдви ( f - синхронна  фаос нутых по фазе на в ускорителе), работающих на оби:ую нагрузку - эквивалентное сопротивление рез натора J , представим В - -усилитель ге- f. , нератором тока с амплитудой J и коэффи „ циентом передачи K.j , ускор емый пучок - тгонтпху пс пр1п ч1г К ,-(- птл о.л,тй nwnv -. генератором тока,  вл ющегос  , псхгребите- лем энергии, с амплитудой первой гармонт ки наведенного в стенках резонатора тока На основе указанного эквивалентного представлени  и с учетом обратной св зи запишем систему уравнений; ,-D,)I, w rИспользу  очевидные соотношени  5j. Kv,.ji.p-Kj;exp() где Ки- - коэффициент передачи по напр жению системы мост сложени -усилителъ-резонатор без учета нагрузки пучком;/ / (lfi+i)Ji s, системе уравнений (1) и, решив ее от- нсюительнг Ор .будем иметь . в выражении (2) напр жение в резонаторе представим как сумму номинального значени  Q-po. заданного исходными парамет ПОЛНОГО дифферешдирами и.... .К ( ала а О в ,  вл ющегос  функцией полньсх дифференциалов йи, ,Э .,32 ,аз„ измен ющихс  величин Ujj.к. 2р, 3j,, Учитыва  условие, что |i (б Up.,--,.) получим О -Оро- аи Л + , гдеи„„«2- о и„„-к,,,,ак, aip,,dUp,,du,,b.: Коэффициент усилени  системы усилительрезонатор , нагруженный пучком, при номи- ВЧ- поле в резонаторе определим KaxKQ UpoJU 0,тогда при возмущении ВЧ-по л  коэффихшент усилени  при j)a3OMKHyToft обратной св зи будет К-К / . и при относительном изменении амплитуды ВЧ-пол  в резонаторе n dUp/Upg «-( дл  модул  К получим (1 ttlpX При замкнутой цепи обратной св зи коэффициент уси лени  системы будет равен Н,р и при «l модуль ROJ, определ етс  выражением . Возможное уменьшение коэффициента усилени  системы при замкнутой обратной св зи можно определить как отношение -1 П„ + ПрН + К( при . 1, 4 Пр Таким образом,возможное уменьшение коэффициента усилени  системы определ етс  относительным возмущением амплиту ды ВЧ-пол  в резонаторе. Использу  результаты анализа, следует заметить, что в отличии от системы с ли- нейной обратной св зью увеличе ние фактора стабилизации(К ft) при заданном напр жении задающего генератора требует автома1 лческого увеличени  К дл  получени  заданного уровн  пол  в резонаторе , в нашем случае, когда отрицательна обратна  св зь осуществл етс  по возмущу .нию ВЧ-пол  в резонаторе и при замыкани кольца обратной св зи, К измен етс  незначительно , можно охватывать кольцом обра пой св зи усилитель с меньшим , Q К ji увеличивать за счет увеличени  6 , Это отличие системы с -нелинейной обратной св зью позвол ет проще осуществл ть стабилизацию ВЧ-полей в мно горе зона торных ускорител51х, которые, как правило, имеют разветвленную схему ВЧ-питани , а также получать больший коэффициент стабилизации при введении обратной св зи на большем уровне мощности. Дл  определени  общих требований, которым должна удовлетвор ть нелинейна  нагрузка , воспользуемс  соотношением l|Til (ciUp.erJ, откуда следует,что дл  увеличени  необходимо уменьшить тп и иметь возможно большее значение , Определим общую зависимость Г от изменени  крутизны не линейной нагрузки по первой гармонике dS и остаточного возмущени  ВЧ-пол  в резонаторе (30 . . Общее выражение дл  коэффиш ента отражени  можно записать как Г- 1,1.Л р -волновое сопротивление линий св зи нагрузки с Т-мостом, п -коэффициент трансформации узла св зи нагрузки с линией св зи. Полага  S ,n р-1/рдПри f(aUp.,,,), - аз получим г - jg-; + б S . Изменение амплитуды напр жени  на нелинейной нагрузке равно dU - |-ndЦJp, а изменение крути.ны| ds-cis/du -dfu -Ti,sfT,,.,,. Ввод  относительное изменение крутизны d dS/Sg l/YITt sln So-aUf..,будем иметьГ-о(/2f Использу  дл  аппроксимации вольт-ак перной характеристики нелинейной нагрузки один из общих методов - степенной полином с отсечкой, можно показать, что производна  S i(4,)pfleSn - крутизна аппроксимирующего полинома, определ ема  крутизной вольт-амперной характеристики нагрузки в. рабочей области: р - степень нелинейности характеристики нагрузки, в - угол отсечки (если на нелинейную нагрузку подано посто нное напр жение смещени ), i Анализ зависимости СU,SP,-в-) показывает , что, чем выше требуема  точность стабилизации, т.е. чем меньше .ст.-при заданном сигнале из резонатора на входе нелинейного четырехполюсника, тем больше должна быть крутизна вольт-амперной характеристики нелинейной нагрузки, степень нелинейности нагрузки и меньше угол от-

сечки, если ))абота осуществл етс  с от ceHKiii .

Г бочий участок характеристики нагрузки должен иметь, в зависимости от приложенного напр жени , монотонно нарастаюшую или спадающую крутизну с действ тельной величиной, что обеспечивает однсм значное изменение знака г с изменением знака возмущени  амплитуды напр жени  в резонаторе 3 О р.

В заключение заметим, что в качестве нелинейной нагрузки, в зависимости от уровн  мощности, на котором осуществл етс  нелинейна  обратна  св зь, может быть иопользован широкий класс , нелинейных активных элементов, работающих на заданной частоте, а именно , нелинейные резистор,, полупроводниковые элементы, электронные лампы - как в композиции с линейными резисторами , так и отдельно. Дл  повышени ;

эффективности работы на нелинейный элемент может быть подано посто нное смещение .

Св зь нелинейных нагрузок с плечами Т- 4Оста должна осуществп$пъс  через фиш/ рующие устройства, настроенные на рабочую частоту, например, через резонатор, в зазор которого включен нелинейный элемент .

Четырехполюсник состоит из Т-моста 3 и двух одинаковых нелинейных нагрузок 4J Т-мост выполнен в виде квадрата из отрезков линий передачи длиной Л/4 , волновые сопротивлени  подвод щих линий и сторон квадрата (l) - (-2) и. (з) - (4) равны Р , а сторон (l)-(4)   (2}-(3)равHbi-p/Va . В плечо (l) подаетс  из резона- тора ускорител  напр жение с комплексной амплитудой 0 и/TI, которое поровну делитс  между плечами (з) и (4) и падающие на входы одинаковых нелинейных нагрузок волны напр жени  ( О f,) составл ют:

. 0 -1|-vr и ;т1,и -j/ifz-U In U)

4.

При напр жении в резонаторе равном G,, ijpQ-t-A Up, нелинейные нагрузки обладают некоторыми равными коэффициентами отражени  Г,Г гСдирХПо вл юшиес  в плечах (з) и (4) отраженные волны суммируютс  в плече (2) и образуют напр жение обрат ной св зи й-,.-j r(uUO й„ In . ;. . В случае,

i.JtrГ / /

когда Up Up(j и iUp Oi плечи (3) и (4 Т-моста согласованы с входными сопротивлени ми нелинейных нагрузок, при этом Г(uUp) и обратна  св зь не действет .

Комплексш тй коэффициент обратной св зи paaeHijir fCuUp lTi и при заданном коэффициенте передачи узла св зи с резонаторо

(и) определ етс  ко;-э |)фиииентом отражени  нелинейных нагрузок Г (л Up). Кажда  нелинейна  нагрузка выполнена в виде резонатора Р , в зазор которого включен нелинейный элемент. Резонатор Pi нагруженный нелинейным элементом, настроен на рабочую частоту системы, совпадающую с частотойпервой гармоники тока через нелинейный элемент.

Входное сопротивление резонатора, нагруженного нелинейным элементом, приведен-

ное к линии св зи вц «к

где тт-: -коэффициент трансформации св зи

R.«CU)-R,«/T,(U).,.,

Вх ср

а

ср.

iiU -щунтовое сопротивление ненагру женного резонатора Р

) - сопротивление нелинейного элемента по первой гармонике импульса тока через нелинейный элемент. В согласованном ,когда rUUp Opj sr,«p илиТг т.) при этом Е Rftfl Коэффидаент отраже «Р -ар о ни  можно выразить как

-т

в.

вх

С4)

,

:ТОе Твхо Р сро пР«Тйро Тш - входное сопротивление нелинейного элемента в

исходной рабочей точке, когда

I

.Ор-Ор, и дОр-о.,

Использу  эквивалентную схему с генератором Э.Д.С. (0) , внутренним сопротивлением которого  вл етс (приведенное к, зажимам нелинейного элемента волновое сопротивление линии св зи .Р TI р , комплексную амплитуду ВЧ-напр женн  на нелинейном элементе можно записать

)

аCf )

.

э.д.с. и можно определить из режима холостого хода (когда нелинейный элемент не проводит) через падающую волну напр жени  (Up) на входных зажимах резонатора ,Р 4 Опуска  величину набега фазы, с учетом формулы (з) можно записать 0 ,- -r ln-Up.B согласованном режим

когда

; (6

Из выражений (5)(б) следует что иэме нени  модул  э.д.с. U , обусловленные возмушени ми напр жени  в резонаторе, должны , вызывать изменени  модул  Ug и RcpiU).

Дл  достаточно эффективного использо« вани  ВЧ-мощности, отбираемой из резона TOfja ускорител  на обратную св зь, например , дл  получени  к.п.д. нелинейного четырехполюсника не хуже 25-4О%) нелинейна  нагрузка должна обеспечивать коэффициент-отражени  Г 0,4-0,65 при достаточном возмущении амплитуды i ВЧ-пол  в резонаторе ускорител  ) Остатчэчное возмущение при замкнутой цепи обратной св зи определ етс  допустимой статической ошибкой стабилизации и, исход  из требований к стабильности амплитуды ВЧ-пол  в резонаторе ускорител , лежи в пределах 1-2%. При указанном достаточно малом остаточном возмущении ВЧ-пол  относительно нокганального уровн  U.pi, дл  обеспечени  вышеуказанных - значений Т вольт а;ушер на  характеристика нелинейного элемента должна обеспечивать изменение ср 2,54 ,5 раза по отношению к величине а напр жение наНелинейном элементе UQ, должно также измен тьс  в 1,5-2 аза по отношению к величине напр жени  , в согласованном режиме. Очевидно, что величина изменени  R., на единицу изменени  напр жени  в резонаторе ускорител  увеличиваетс , когда ход изменени  напр жени  на нелинейном элементе соответствует ходу изменени  его сопротивлени  по первой гармонике импульса тока, т.е. при увеличении U растет и с,р)И наоборот. Поэтому дл  наших целей нелинейные элементы, имеющие вольт-амперную характеристику с нарастающей крутизной (диоды, варисторы), малоэффекти ны. Большой эффективностью обладают нелинейные элементы, имеющие вольт-амперную характеристику с падающей крутизной (лам пы, транзисторы), поскольку онк обеспечивают вышеуказанный ход -1зменени  Но скорость изменени  крутизны у извест Hbix приборов указанного типа недостаточн на дл  обеспечени  изменени  iшеуказанных пределах за счет малого изм нени  , без дополнительного воздействи  на управл ющий электрод. Поставленным требовани м могут удовлетвор ть нелинейные элементы, имеющие участок вольт-амперной характеристики с отрицательной крутизной (туннельный диод термистор, диод Ганна и т.д./, у которых за счет внутренней положительной обратной св зи эффект изменени  с} может быть усилен. При малых изменени х напр жени  в рюзонаторе ускорител  требуемый эффект изменени  с, может быть также получен и у нелинейных элементов типа управл в- мых ламп и транзисторов за счет введени  положительной обратной св зи с выходного электрода на управл кщий, т.е. обеспечением режима регенеративного усилите- л . Требуемый эффект изменени  этих элементов может быть также получен ,лза счет дополнительного управлени  вольт-амперной характеристикой элемента с помощью управл ющего сигнала, пропорционального изменению напр жени  в резонаторе ускорител , который может быть ,;.подан как со входа (l) Т-моста, так и непосредственно из резонатора ускорител . В качестве конкретного примера, дл  упрощени  анализа рассмотрим нелинейный четырехполюсник (см. фиг. 2)i нелинейной нагрузкой которого  вл етс  триод Т с i внешним дополнительным управлением по сеточному, смещению маломощным сигна- лом из резонатора ускорител . К аноду триода Т приложено высокочастотное напр н жение и доопредел емое выражени ми (5), (в). При изменении анодного напр жени  и мен етс  угол отсечки (0) импульса анодного тока, что приводит к изменению перовой гармоники анодного тока .3 , а значит и сопротивлени  триода по первой гармонике К р Указанный эффект значительно усиливаетс , если одновременно осуществл ть изменение сеточного смещени  в нужном направлении в зависимости от изменени  напр жени  в резонаторе ускорител . Дополнительное управление по сеточному смещению осуществл етс  сигналом U(.U /ti., из резонатора ускорител , который через блокировочную емкость С пост ттает на вход диода D ,к которому одновременно. приложено запиракщее смешение Е через разв зывающее сопротивление R , Запира-ющее смешение выбрано из услови ; g . -L2.tS-L Разностный сигнал (Oj,) детектируетс  цепью ц образует отрицательное смешение (Е .) на сетке триода, зависимое от изменени  напр жени  в резонаторе ускорител . Работа ocyuieci вл етс  в области отрицаУельных смешений на сетке триода. На фиг. 3 показана кусочно-линейна  аппроксимаци  .анодных характеристик триода и временна  диаграмма анодного напр жени . При изменении Е происходит изменение сдвига рабочей анодной характеристики Е относительно начала координат, причем, сдвиг БО-ЕС / D , изменение сдвига /Б , (7) где : В - проницаемость триода. При этом происходит изменение угла отсечки в пределах от &,-. 90 0, I гг у1 лfniTl что ограничено пределами изменени  напр жени  сдвига от ,-Еа «тах Есттк. Пределы изменени  напр жени  сдвига, в свою очередь, ограничены пределами возможного изменени  сеточного смешени  от cmi-n (Р с. ) ДО напр жени  запирани Е (при U(. Е). Изменение Rep будет происходить (приЕс-т-;-п О) со гласно вьфаженшо7 5) будет также происхо-У дить изменение Ug впределах оти,,.-,-,, ДО Ucmian причем в одном и том же направлении с изменением Ед . При этом амплитуда импульса анодного тока будет примерно сохран тьс  на уровне заданной величины 3 tn . Использу  метод кусочно-линейной аппроксимации , можно определить зависимость изменени  соотношени  Eg, / . Амплитуда импульса анодного тока может быть представлена как З SUзC -Cos«3 Е«1В-Е, ЗдесьCos О - . 5 / Я ,. S - крутизна анодной характеристики; - внутреннее сопротивление триода. Сопротивление Т.рОпредел етс  средней крутизной по первой гармонике им- пульса анодного тока : cp Scp--Uo,./.-3.i -«о) . e-Sin&Cosa ,. гдес1 -1Г t-1 - Qosg -коэффициент jrapМОНИКИ . Использу  выражени  (8) и (1О), получим в - Л.4 cos-e.HI На фиг. 4 приведена зависимость изменени  . RCB от соотношени  t /Од, построенна  на основании выражений (э), (и). Режиму согласовани  () выходов Т-моста с входами нелинейных нагрузок, когда рП Р пр|на фиг. 3, 4соответствует точка ЕО(/и 1;при этом прин то, чтоКу, ,a.. В предложении, что основа нии выражени  (4) дл  коэффивдента отражени  можно записать Г : v--) Изменение величины коэффициента отражени  как функции относительного измене- ни  амплитуды ВЧ-пол  в резонаторе уско рител  (u Up/Up) oпpeдeли, использу  завис мость С а UQ,) при выбранном RCP -OR Дл  этого установим св зьЕа/ af (Up/Up)  вном виде. Дл  этого представим Е (у суммы EglU,, (точка , гдеОр Ор и Г о ) и относительного изменени  напр жени  сдвига л ЕО, Уд (когда и -йрдмГ о). С учетом выражени  (5/ дл  модул  Од и выражени  (т) можно записать Е., Е.„и ,J-.ib,,,,,3(,j, Напр жение, действующее в сеточной цепи триода, можно представить следующим образом; E,U,Cose,-E,,-E,U,Up,hi,; U rUp/ti.,Ci4) здесь: -угол отсечки импульса тока диода В , который определ етс  соотноше-, нием внутреннего сопротивлени  диода (К ,р и сеточного сопротивлени  1 з услови  Изменение сеточного смешени  с учетом выражени  (14) равно Л Е AUp/n.j-Cose- (15-) Использу  выражени  (6), (15), и (13) олучим: .:i-i: ftf kv Если выбрать амплитуду сеточного напр жени  2 Up,,To в а,фажении (1б) отношение /tb.-cose-. ч 2 п - / Т1 iДУ; ) Таким образом, если выбрать U -2LL о I то согласно (17; отношение Е(д-о1 измен етс  , сильнее, чемди Ш, что обеспечивает значительное изменение с-р t 3 значит и коэффициента отражени  при малых значени х -iUp/OpQ. На фиг,5 приведена зависимость, L/p/Upc построенна  на основании выражений (12) (17) и зависимостиК J ilEgiu lnpHRt p- и 0,0-1 . На фиг. 5 ридно, что предельное значение -гтгах iO,63. Отрицательное значение тпах ограничено полностью открытым состо нием триода Т (когда ,Е С)о1 Uafn-i-n, 2R при Up $ Е ), аположительное значение Г-т ах ограничено полностью закрытым состо нием триода Т (когда Е.Е -ск ,,. Одинаковые значени  модулей (,)и С Г.) обеспешваютс  выбором шунтового сопротивлени  R j HeHarpjTKeHHoro резонатора Р . Согласно выражению (з) модуль коэффициента обратной св зи1р Г (ti . Согласн р закону изменени  Г на фиг. 5, модуль р в зависимости от величины иомен етс  от нул  до макси(ального значени  . ITI и далее остаетс  посто нным , а фаза ft измен етс  :Скачком на 180 в зависимости от знака возмущеHHfl Up/Upg и далее скатаетс  посто нной. Таким образом высокочастотна  отри дательна  обратна  св зь вводитс  противофазно возмущению ВЧ-пол  относительно номинального уровн  0 с н цастаюшей глубиной обоатной св зи от F 0 (ппи -Ор Оро) до ,при (UpUpo йУр). Завис& мость относительного изменени  модул  Kji от относительного изменени  амплитуды ВЧ-пол  показана на фиг. 6, Приведенна  зависимость построена на основании зав симости (,./)иа услови  4- PinaJ -max npH-n co T st. В зависимости от знака uUplUpj,модуль К р измен етс  несимметрично, что cBSbзано с асимметрией изменени  модул  коэффициента отражени  ( Г) . Поэтому точи ность отработки возмущений с разными зна ками будет несколько отличатьс . Кроме того, иа-за уменьшени  Х,К ) при уменьшении возмущений ВЧ-пол , начина  с некоторых значений (в нашем случае со зна чени  J fciUpfUp ) To4Hoctb стабилизащ1и уменьшаетс  от/Kp-f o, I До значений IК р - j, определ емого заданной остаточной ошибкой стабилизации амплитуды д Up.с; и св занной с нейостаточной ошибкой стабилизации фазы д ет .В рассматриваемом случа приА-ир.ст.1 ро - 2%;1К |(0,),/ Однако полученна  скорость иау1енени  I.K р I в зависимости от л Up/Up, достаточна Дл  достижени  необходимой точности стабилизации по актлитуде (1-2%) и фазе| (24-3 ) при невысоких значени х I К „.1. Например, при расстройке резонатора ускорител , когда обобщенна  расстройка I 0,5, амплитуда ВЧ-пол  уменьшаетс  на 12%, а фаза измен етс  на 29 то в рассматриваемом примере, с учетом закона изменени  (KB ), дл  получени  вышеуказанной ошибки стабилизации по амплиту де и фазе достаточно иметь (К 10-2О. Дл  получени  еще более высокой скорости изменени  ( К ) при нарастании AUp|UpQ,KaK указывалосЕ5-выше, можно использовать внутреннюю положительную обратную св зь в нелинейном элементе {р& жнм регенеративного усилител ) (см. фиг.2 Внешнее управление по сетке при этом не т ебуетс . Более высокую скорость изменени  IК р I можно, по-видимому, также получить на выпюуказанных нелинейных элементах с отрицательной крутизной вольт-амперной характеристики. ; Как отмечалось, в рассматриваемой системе нелинейный четырехполюсник име- ет добротность во много раз меньшую, чем добротность резонатора .ускорител  и, как следует из рассмотрени  конкретной схемы нелинейного четырехполюсника, это легко обеспечиваетс  выбором нагружен. ной добротности резонатора Р , т.е. режимом работы нелинейного элемента. При этом добротность нелинейного четырехполюсника может быть на несколько пор дков меньше добротности резонатора ускорител  и коэффициент передачи цепи обратной св зи в полосе частот резонатора ускорител  можно считать частотно-независимым. Поэтому структурна  схема предлагаемой системы включает в себ  одно высокодобротное резонансное звено-резонатор ускорител . В данной системе состо ние поко  считаетс  )Когда поле в резонаторе равно номинальному Здесь коэффициент передачи линейной модели усилител  можно представить как ° вх , а коэффициент передачи цепи обратной св зи И сюуществл ть анализ устойчивости п&реходом к малым колебани м относительно состо ни  поко  О - - ВХо или Up (j . Использу  также критерий Найквиста, можно составить структурную схему системы дл  возмущений ВЧ-пол  в резонаторе ускорител , котора  приведена на фиг. 7. Схема составлена с учетом запаздывани  в кольце обратной св зи и нагрузки резонатора пучком. Здесь KjCj j)- усилительное звено с коэффициентом переда чи по току на основе генератора тока 3 -: ,(ju))-3BeHo нелинейного четырехполюсника с максимальным коэффициентом переда чи; g-JuJTK g-JuiT звень  запаздывани  в цеп х усилител  и обратной св зи; ZpCjcju) - звено резонатора ускорител ; 5 - генератор тока пучка. Комплексна  передаточна  функци  системы дл  возмущений ВЧ-пол  относитель ио номинального уровн  пол  Q при замкнутой обратной св зи имеет вид: ( juu К Чг (j)iUpJKtjuj)

где ))K juj;-ZpOuu) - коэффициент передачи усилител  без обратной СВЕЗИ.

-fПосле простых преобразований получонм:

IКЛзш) (18)

R,(ju.,uUjf.-..(.,

Раздел   модуль и оргумент, окончател1 но имеем;

.зСЧ,+и;Т

)|Gp-Upj,.K(u)e

в- - суммарна  добротность нагруженных контуров предварительного усилител  и цепи обратной св зи;

f -i суммарный сдвиг фазы в лини х св зи усилител  и цепи обратной св зи.

TajoiM образом;, дл  обеспечени  устойчивой работы в предлагаемой системе мак симальное значение глубины обратной св зи не должно превышать предельного значени , определ емого, как и дл  известной системы выражением (20), т.е.Кр(К(„р

i-K(c.)p,i,,) Здесь f,. ; л - фаза усилител  и че- ъьрехполюсника обратной св зи с учетом электрических длин линий св зи; Т , Т „ - врем  запаздывани  в тракте ., усилител  и цепи обратной св зи. Согласно выражению (is) дл  устойч вой работы необходимо выполнить на всех частотах: хот  бы одно из следующих условий .-nju ) Z-ttir К(ш)р,(ш)1 Услови  устойчивости (19) дл  предлагаемой системы аналогичны услови м устойчивости дл  известной системы. Поэтому предельное значение глубины, обратно св зи (К , в предлагаемом системе как и в известной определ етс  соотношением: Qp-Тш , Здесь Q р - добротность резонатора уско рител ; уш , коэффициент шунтировани  резо натора выходной цепью оконечного каскада усилител ; (yлa изобретени  Система стабилизации высокочастотного пол  в резонаторе линейного ускорител  зар женных частиц, содержаща  задающий генератор, выход которого подключен к одному из входов моста сложени , второй вход которого I черюз фазоврашатель и цепь обратной св зи соединен с резонатором ус-ькорител , а ОШ1Н из выходов соединен с согласованной нагрузкой, усил 1тель, вход .которого соединен со вторым выходом моста сложени , а выход с резонатором ускорител , отличающа с  тем, что, с целью повышени  эффективности системы стабилизации, в цепь обратной св зи, между резонатором ускорител  и мостом сложени , включен нелинейный четырехполюсник, выполненный , например, в виде Т-моста, в два разв занных плеча которого включены одинаковые нелинейные нагрузки. Источники информации, прин тые во вк - мание при экспертизе: 1.Мурин Б. И. Стабилизаци  и регулирование ВЧ-полей в линейных ускорител х ионов. М., .Атомиздат, 1971, с. . 2.Мищенко А. В., Использование отри цательной обратной св зи дл  стабилизации ВЧ-ускор юших полей,МТ 8266-138 М РТЧ АН СССР, 1966.

иг. /

L

- и

Вцепь обратной св зи

Н0

U7.2

PlRi

Vuz.J

К.

12

.

Ч

4tuaoi

7i/fl/