Файл: Самсонов, Д. Е. Основы расчета и конструирования магнетронов. (Настройка. Стабилизация. Вывод энергии. Холодные измерения).pdf

н и ц а е м о с ти р. И Проводимости

в

с р е д ы ) ,

р е ж и м а

взаимо­

действия

электронного потока

с

электромагнитным

по­

л е м

в

пространстве

взаимодействия

магнетрона

(на­

стройка

изменением

п а р а м е т р о в

основного

электронного

потока)

либо во вспомогательных электронных проме­

ж у т к а х

(настройка

изменением

п а р а м е т р о в

дополни ­

тельных

электронных

п о т о к о в ) .

Весь

класс

электрически

н а с т р а и в а е м ы х

магнетрон -

ных

генераторов

целесообразно

п о д р а з д е л и т ь

на

д в а

п о д к л а с с а .

К

первому

подклассу

магнетронов,

описываемых

в д а н н о й

главе,

относятся

магнетроны,

в которых пере­

стройка

частоты

осуществляется

изменением

п а р а м е т р о в

дополнительных

электронных

потоков

и

п а р а м е т р о в

сре­

д ы (е,

р ,

а).

Такие

магнетроны

мы

будем

именовать

магнетронами

«с

электрической

настройкой» .

Ко

второму

подклассу

магнетронов,

описываемых

частота

колебаний у с т а н а в л и в а е т с я

и изменяется

в ре­

з у л ь т а т е

взаимодействия основного

электронного

потока

именовать магнетронами

«с электронной

настройкой» .

Основанием

к такому

п о д р а з д е л е н и ю

с л у ж и т

следую ­

щий физический факт: процесс электронной

перестройки

частоты

м о ж е т

н а б л ю д а т ь с я

только

в «горячем»

(т. е.

в генерирующем)

магнетроне,

в то

время

к а к

процесс

электрической

перестройки частоты

м о ж е т

н а б л ю д а т ь с я

и в «холодном»

(т. е. в

негенерирующем)

магнетроне .

Условимся

«генератором»

н а з ы в а т ь ту

часть

конст­

рукции

магнетрона с электрической

настройкой,

в

кото­

стемы, а «реактором» — ту

часть конструкции, в которой

р а з м е щ е н ы

вспомогательные

электронные

п р о м е ж у т к и

с источниками

у п р а в л я е м ы х

по плотности

и

по скорости

электронных

потоков или

вспомогательные

элементы

с веществами

(ферриты,

п а р а э л е к т р и к и ,

сегнетоэлектри-

ки, п л а з м а ) ,

п а р а м е т р ы

которых изменяются

электриче­

ским

способом.

П р о а н а л и з и р у е м более подробно энергетические соот­

ношения д л я

магнетронов

с

электрической

настройкой.

Д л я

магнетрона,

в котором

функции генератора и реак­

тора

разделены,

справедливо

следующее

соотношение:

Д / У / о ^ / з Д / у ^ м р + ^ р ) .

( Ш . 1 )

Определим,

какой

«ценой»

достигается

сравнительно

неболь­

шой диапазон электрической настройки (10%)

импульсного

магне­

трона.

Пусть

A//fo =

0,l,

/ 0

= 3 ООО МГц, /- =

10

МГц,

Р „ = 1 0 0

кВт и

Кс в /Си =

1.

Тогда

из формулы

(1.3) получаем

Р Р = 0 , 8 3 - 0 , 1

• 1 - 3000 -

100/10 = 2 500 кВт.

Итак, для перестройки частоты магнетоона

в полосе

10% реак­

тор должен отдавать

в резонаторную

систему

генератора

реактивную

мощность,

в 25 раз

превышающую

мощность,

отдаваемую

генера­

тором в полезную

нагрузку.

Если

учесть,

что при F—10

МГц внешняя

добротность

QBH =

= 125,

то реактивная

мощность

данного

магнетрона

превышает

10 МВт:

PMP«'QBHPH=125-100=12,5 МВт.

Таким образом, используемая для перестройки

частоты

реактивная

мощность

реактора составляет 20% от

реактивной

мощности

гене­

ратора.

З а м е т и м ,

что

электрическая

настройка

магнетронов,

р а б о т а ю щ и х

в импульсном

р е ж и м е ,

с о п р я ж е н а

со

значи­

тельно

большими

трудностями,

чем' электрическая

на­

стройка

магнетронов

непрерывного

действия,

так

как

з а п а с а е м а я

р е а к т и в н а я

энергия

в

резонаторных

систе­

мах

импульсных

магнетронов

в

сотни

и

тысячи

раз

больше,

чем в

резонаторных

системах

магнетронов

не­

прерывного

действия .

М. И . Хворов и И. В. Соколов

в

1951 —1954 гг. иссле­

д о в а л и

магнетроны

с

электрической

настройкой

типа

«генератор — реактор» .

Теоретически

и

эксперименталь ­

но они п о к а з а л и

возможность

создания

таких

генерато­

ров на базе

серийно

выпускаемых магнетронов .

Д л я

оценки

эффективности

работы

реактивной

л а м ­

пы

м о ж е т с л у ж и т ь так н а з ы в а е м ы й

коэффициент

отдачи

реактивной

л а м п ы

Ко,

определяемый

ка к

отношение

реактивной

мощности

APV, о т д а в а е м о й

реактивной

л а м ­

пой генератору, к мощности Upfv,

подводимой

к

реактив ­

ной

л а м п е от источника

питания:

Ко = bPvIUvIv

= K0*KaPvIUvIv,

( I I 1.4)

где

Up — н а п р я ж е н и е

на реактивной

л а м п е ;

/ р — анод­

ный

ток реактивной

л а м п ы .

Ксъ

П о

своему

физическому

смыслу

коэффициент

р е а к т о ра Рр; коэффициент Кж— отношение

мощности

Д Р Р , используемой в резонаторной системе

генератора,

систему

генератора .

Трудности расчета магнетронов типа «генератор —

реактор»

сопряжены

с

расчетом коэффициентов Ки, Кст>

и Ко- П о определению,

коэффициенты Л'и и /C( ; n не могут

быть

больше

единицы.

Коэффициент

ж е

отдачи

реак­

тивной л а м п ы

Ко может

быть больше

или меньше еди­

н и ц ы — в

зависимости

от

динамического

р е ж и м а

реак­

тора

и условий связи его с генератором. Опыт показывает,

что

коэффициент

Ко

уменьшается

по

мере

удале ­

чале д и а п а з о н а настройки значение Ко может

достигать

10, а

в

конце диапазона

настройки,

равного

3%, — па­

дать

до

0,5.

Так, для одного из лабораторных образцов магнетронов с пара­

метрами

Р„=100

кВт,

Д///0

= 0,03,

<2вИ =100, Л=50% и

л:„=1

мощность

питания

Ujr,

подводимая к

генератору,

составляет

200 кВт,

а мощность питания

Uvlv,

подводимая к реактору,

равна

тронного потока с В Ч электромагнитным

полем не

толь­

ко

изменяется

резонансная

частота

полого

резонатора,

но

и возрастают активные

потери в

нем.

Д л я

учета

затухания,

вносимого

электронным

пото­

ком (лучом) в полый резонатор (в данном случае

в ре­

зонаторную систему м а г н е т р о н а ) , в ы р а ж е н и е

(1.1)

удоб­

но

представить

в следующем

виде:

v

Здесь

Qe — «электронная»

добротность,

р а в н а я

умно­

резонаторе к потерям

энергии

за

период, обусловленным

электронным потоком

( л у ч о м ) ;

^

= " Т ^

( ^

m

+

e0\Ea\fdV

v

—

з а п а с е н н а я

энергия

в полом резонаторе при отсутст­

вии

электронного потока

( л у ч а ) .