Файл: Вайнштейн Л.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике.pdf

Условие D > 2 г0 означает, что магнитное поле больше критического, магнетрон заперт и анодный ток в статическом режиме отсутствует.

Ведущие центры, дрейфующие к катоду, соответствуют электро-

2- < hx < — у , у < /гл: < у и воз­ вращающимся на катод после недолгого пребывания в про­ странстве взаимодействия; эти электроны, совершив один обо­ рот после вылета из катода, по­ глощаются им же. Такие элек­ троны, испытав ускорение со стороны сверхвысокочастотных полей, осуществляют дополни­ тельный разогрев катода. На рис. 3.6 траектории их ведущих центров не изображены, и в даль­

нейшем мы их рассматривать не Рис. 3.6. Язычок при точном синхро­ будем. Заметим, что ввиду крат­

низме.

ковременности пребывания этих электронов в поле дрейфовое приближение для них недостаточно.

Ведущие центры, дрейфующие к аноду, составляют половину всех ведущих центров, возникающих на «плоскости питания» у~г0, поэтому при исчезающе малом пространственном заряде анодный ток состав­ ляет половину тока эмиссии. Формирование язычков происходит и тогда, когда на движение электронов в прикатодной области и к аноду влияет пространственный заряд, однако при этом вычисление анодного тока существенно усложняется и не может быть проведено без допол­ нительных предположений.

Возвращаясь к рис. 3.6, мы видим, что при точном синхронизме (и = v0) бегущая волна сколь угодно малой амплитуды отпирает

причем множитель 1 — 2r0 /D является анодным коэффициентом по­ лезного действия. Формулу (3.56) можно вывести разными способами (см. задачи 2 и 3); наиболее простой вывод заключается в том, что электронный ток, поддерживающий колебание в резонансной системе, обусловлен движением ведущих центров через слой /"о < : у <С D — г0 ,

в магнетроне, так и механизм энергетических превращений в нем. Фазовая фокусировка обусловлена тем, что заполнены лишь траекто­ рии, идущие от катода к аноду, а траектории, идущие от анода к катоду

с этим током появился бы ток противоположного направления, отби­ рающий энергию у колебания. Энергетические превращения в маг­ нетроне обусловлены тем, что электроны при движении от катода к аноду теряют свою потенциальную энергию. В отсутствие магнит­ ного поля эта потенциальная энергия превратилась бы в кинетиче­ скую и выделилась бы в виде тепла при ударе электронов об анод. Благодаря действию постоянного магнитного поля Я электроны раз­ гоняются постоянным электрическим полем El сравнительно мало (лишь до кинетической энергии eEl'2r0, см. задачу 3). Остальная часть потенциальной энергии электронов непосредственно превращает­ ся в энергию электромагнитного колебания. Это превращение проис­ ходит в результате фазировки, благодаря которой в пространстве взаи­ модействия длительное время присутствуют лишь «полезные» электро­ ны, образующие язычки, а «вредные» электроны либо вовсе отсутст­ вуют, либо быстро выводятся из пространства взаимодействия.

Выше был исследован идеальный механизм фазировки, соответ­ ствующий точному синхронизму электронов и волны. Рассмотрим те­ перь траектории ведущих центров при и0фи, т. е. при отсутствии точ­

где

есть безразмерный параметр, характеризующий расстройку скоро­

низма имеется «остаточное» постоянное поле (3.20), которое обуслов­ ливает дополнительный дрейф траекторий, исследованных выше: они как бы сносятся в направлении оси х.

Этот дополнительный дрейф может уменьшить анодный ток и даже воспрепятствовать образованию язычков. Действительно, при точном синхронизме язычок целиком расположен в полосе — л/2 < < hx' <С л/2, где ведущие центры движутся от катода. Под влиянием дополнительного дрейфа язычок может выйти за пределы этой полосы, тогда он частично или полностью повернет к катоду и анодный ток уменьшится или вовсе пропадет. Во всяком случае, при достаточно большом различии v0 и и изложенный выше простой механизм отпи­ рания запертого магнетрона медленной волной перестает действовать. Формулы (3.54) и (3.59) показывают, что форма траекторий при рас­ стройке скоростей определяется параметром а—h&x, где

а при | о | > вщах язычки не образуются и анодный ток равен нулю. Это значит, что при фиксированной расстройке скоростей v0 — и. су­