Плексотрон — радиолампа для усиления сигналов¶

Плексотрон — электровакуумная лампа сверхвысокой частоты (СВЧ), предназначенная для усиления и генерации радиосигналов в диапазоне дециметровых волн. Относится к классу ламп бегущей волны (ЛБВ) с обратной связью, в которых взаимодействие электронного потока с электромагнитным полем происходит в спиральной системе. Плексотрон применялся преимущественно в радиолокационных и телевизионных системах в 1950–1970-х годах.

¶Устройство и принцип действия

Плексотрон представляет собой электровакуумный прибор, состоящий из электронной пушки, спиральной замедляющей системы, магнитной фокусирующей системы и системы отвода тепла. Электронный пучок, вылетающий из электронной пушки, движется вдоль спирали, выполненной из медной проволоки или полоскового проводника.

Принцип действия основан на синхронизации скорости электронов со скоростью распространения волны вдоль спирали. Электроны, ускоренные анодным напряжением (обычно от 1 до 10 кВ), движутся вдоль оси спирали с осевой компонентой скорости, близкой к фазовой скорости волны в спиральном волноводе. В результате происходит устойчивое взаимодействие электронного потока с электромагнитным полем, что приводит к передаче энергии от электронов к полю и усилению сигнала.

Для фокусировки электронного пучка используется соленоид или постоянные магниты, создающие осесимметричное магнитное поле. Фокусировка предотвращает расширение пучка под действием пространственного заряда и обеспечивает его прохождение через спираль без потерь.

¶Классификация

Плексотроны подразделяются по ряду признаков:

• По диапазону рабочих частот — на метровые (длина волны 1–10 м), дециметровые (10–100 см) и сантиметровые (1–10 см) плексотроны.
• По типу замедляющей системы — с одиночной спиралью, с многовитковой спиралью, с полосковой спиралью.
• По способу отвода тепла — с водяным охлаждением, с воздушным охлаждением, с тепловым экраном.

Наиболее распространёнными были дециметровые плексотроны с водяным охлаждением, обеспечивающие выходную мощность от единиц до сотен ватт.

¶Основные характеристики

Коэффициент усиления плексотрона определяется длиной спирали, током электронного пучка и плотностью намотки. Увеличение числа витков спирали приводит к росту усиления, но одновременно снижает полосу пропускания.

¶Применение

Основными областями применения плексотронов были:

1. Радиолокация — использование в передающих устройствах радиолокационных станций для генерации мощных импульсных сигналов в дециметровом диапазоне.
2. Телевещание — применение в передатчиках метрового и дециметрового диапазонов для обеспечения необходимой мощности излучения.
3. Усилители промежуточной частоты — использование в приёмных трактах радиолокационных систем для усиления слабых сигналов.
4. Промышленность — применение в установках для диэлектрического нагрева и сушки материалов.

¶Инструкция по эксплуатации

Эксплуатация плексотрона требует соблюдения ряда обязательных условий:

¶Подготовка к включению

Перед включением плексотрона необходимо убедиться в исправности системы охлаждения, проверить наличие напряжения накала, убедиться в отсутствии вакуумных потерь и правильности подключения высоковольтных цепей. Запрещается включать плексотрон при отсутствии охлаждения или магнитного поля фокусировки.

¶Порядок включения

1. Включить систему водяного охлаждения и убедиться в наличии протока.
2. Подать напряжение накала и выдержать время прогрева (обычно 2–5 минут).
3. Включить магнитную систему фокусировки.
4. Плавно подать анодное напряжение до номинального значения.
5. Подать сигнал на вход и проверить работу в заданном режиме.

¶Порядок выключения

1. Убрать входной сигнал.
2. Плавно снизить анодное напряжение до нуля.
3. Отключить магнитную систему.
4. Выключить напряжение накала.
5. Продолжать циркуляцию охлаждающей воды до полного остывания лампы.

¶Меры предосторожности

Работа с плексотроном связана с наличием высоких напряжений (до 10 кВ) и мощных СВЧ-полей. При обслуживании необходимо использовать средства индивидуальной защиты, соблюдать правила электробезопасности и не превышать допустимые значения тока пучка во избежание перегрева спирали.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам плексотрона относятся относительная простота конструкции, возможность получения значительного усиления и высокая выходная мощность. Недостатками являются ограниченный срок службы, чувствительность к перегреву, необходимость в сложной системе охлаждения и фокусировки, а также сравнительно узкая полоса пропускания.

¶См. также

• Лампа бегущей волны
• Магнетрон
• Клистрон
• Триод СВЧ

¶Источники

• В.Ф. Вдовин, С.В. Сиротин — «Электровакуумные приборы сверхвысоких частот», учебное пособие
• Справочник по электровакуумным приборам, под редакцией И.В. Бабич, 1965
• ГОСТ на электровакуумные приборы СВЧ, ГОСТ 23753-79