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

Д е й с т в и т е л ь н о,

л е в а я

часть этого

в ы р а ж е н и я

может

быть

интерпретирована

как отношение

эквивалентной

комплексной проводимости

электронного

п р о м е ж у т к а

Ye

к

волновой

проводимости

резонаторной

системы

Yc.

В этом случае, как известно, качественный

а н а л и з и

расчет

колебательных

р е ж и м о в

сверхвысокочастотного

генератора

могут

быть

проведены

методом

эквивалент ­

ных схем [2—8].

Теория электронной перестройки частоты магнетрон - •

ного

генератора,

осуществляемой

изменением

р е ж и м а

его

работы

(анодного

тока,

анодного

н а п р я ж е н и я ) ,

так­

ж е

базируется на

соотношении

(1.1).

В

то

ж е

в р е м я

теория

механической перестройки

частоты

магнетронно-

го

генератора,

осуществляемой

изменением о б ъ е м а

резонансных

полостей

резонаторной

системы,

базирует ­

ся

на

в ы р а ж е н и и

(1.2).

Действительно,

из

в ы р а ж е н и я

(1.2)

видно,

что

соб­

оболочкой в ы р а ж а е т с я

собственной

частотой

соа коле ­

баний вида а резонатора с недеформированной

оболоч­

кой и интегралом £ (ff*

— Е*) dV,

взятым по

объему

оболочки внутрь

полости

собственная

частота

резона ­

тора увеличивается,

если

в

месте

смещения

оболочки

п р е о б л а д а е т магнитное

поле,

и

уменьшается,

если

в месте

смещения

оболочки

п р е о б л а д а е т

электрическое

поле.

В следующей г л а в е на

основе

ф о р м у л ы

(1.2)

описы­

вается

простейшая

методика

оценки

д и а п а з о н а

меха ­

типами элементов

настройки .

П р о б л е м а настройки магнетронных

генераторов

на­

столько

с л о ж н а ,

что осветить

все в о з н и к а ю щ и е в связи

с этой

проблемой

вопросы в

одной или

двух г л а в а х

не

представляется

в о з м о ж н ы м .

П о э т о м у

целесообразно

рования стабильно

и

н а д е ж н о р а б о т а ю щ и х магнетронов

с перестройкой

частоты.

С у щ е с т в у ю щ и е способы настройки

магнетронов

мож ­

но р а з д е л и т ь

на

три

категории

по

следующим

при­

з н а к а м :

1. П о

х а р а к т е р у

м е х а н и з м а

настройки, осущест­

в л я ю щ е г о

перестройку

частоты, — на

механические и

ской настройки

я в л я ю т с я

безынерциопность действия

и

м а л ы й д и а п а з о н

настройки

(от долей

процента

до

не

скольких процентов при

средних и

больших

уровнях

м о щ н о с т и ) .

М е х а н и ч е с к а я

настройка

более

медленна,

но позволяет

получить у ж е

з а м е т н ы е

д и а п а з о н ы

пере­

десятков

процентов) .

2.

П о

х а р а к т е р у

связи

элементов

настройки

с резо-

наторной

системой — на

симметричные

и

асимметрич ­

ные *.

При

асимметричной

настройке

н а б л ю д а ю т с я

нару­

шение симметрии

В Ч

поля

в

процессе

перестройки

частоты,

непропорциональность

перестройки

собствен­

ных

частот

видов колебаний

(изменение

р а з д е л е н и я ви­

дов

по

частоте)

и изменение

нагруженности

видов

колебаний

по д и а п а з о н у

перестройки.

В

частности,

С и м м е т р и ч н а я

настройка

и з б а в л е н а

от

первого

не­

достатка, но не всегда от второго и третьего.

3.

П о

х а р а к т е р у влияния

элементов

настройки

на

эквивалентные

п а р а м е т р ы резонаторной

системы — на

настройку изменением собственных

п а р а м е т р о в

резона­

торной системы и при помощи дополнительных

полых

резонаторов .

Основными

свойствами настройки полым резонато­

ром

я в л я ю т с я

наличие

дополнительных

резонансных

частот

(частот

с в я з и ) , нелинейного

хода

перестройки

частоты

и э ф ф е к т а

стабилизации частоты.

Н а с т р о й к а

изменением

собственных

п а р а м е т р о в

си­

менно

у всех резонаторов

либо

емкости, либо

индуктив­

ности, либо того и другого.

О д н а к о

в этом случае

элементы настройки практи ­

чески

не

о к а з ы в а ю т с т а б и л и з и р у ю щ е г о

действия

на

колебательный

р е ж и м магнетрона .

'Повышенная

стабильность

частоты

генерируемых

колебаний

автоматически

осуществляется

л и ш ь

при

настройке

магнетрона полым резонатором .

П ри настройке полым

резонатором,

асимметрично}

связанным с

резонаторпой

системой, с т а б и л ь н а я рабо ­

та магнетрона

м о ж е т быть

р е а л и з о в а н а

в сравнительно

ствие чего данный способ настройки не нашел

широкого

применения.

Н а п р о т и в , при симметричной настройке

магнетрона

полым резонатором (например,

в

к о а к с и а л ь н ы х

магне­

тронах)

м о ж е т

быть

достигнут

достаточно

большой

диапазон

перестройки

частоты

(более 10%)

при

высо­

кой стабильности

колебаний (в

несколько р а з

превы­

нах) и достаточно высоком к. п.

д. (50%

и в ы ш е ) .

По своей физической природе

способы

механической

способов

электрической

настройки

их. П о э т о м у

все

вопросы,

связанные с

проблемой

электрической

на­

ные

главы .

(Эти

вопросы р а с с м а т р и в а ю т с я в

третьей и

четвертой главах

настоящей работы.)

В

свою

очередь, механические способы

настройки

кольца, коронки и т. д . ) ,

о с у щ е с т в л я ю щ и е

перестройку

частоты,

з а п а с а ю т в

себе

небольшие доли

реактивной

энергии

по

сравнению

с энергией,

з а п а с а е м о й

в резона­

торпой системе, и способы, при которых

реактивные

элементы

(дополнительные

полые

р е з о н а т о р ы ) ,

осуще­

с т в л я ю щ и е

перестройку частоты,

з а п а с а ю т

в

себе

боль­

В с е

вопросы,

с в я з а н н ы е с

настройкой магнетрона

полым

резонатором,

р а с с м а т р и в а ю т с я

поэтому в от­

дельных

главах

книги

(в пятой

и шестой

г л а в а х ) .

Очень

часто

на практике

возникает необходимость

сравнивать

различные

типы

н а с т р а и в а е м ы х

генерато­

ров, в том

числе

магнетроны,

по

эффективности

пере­

стройки частоты тем или иным

способом. П р и

таких

сравнениях

обычно отвлекаются от оценки генераторов

по другим

выходным

п а р а м е т р а м

(выходная

мощность,

к.

ft. Д.

и

др.) и интересуются

л и ш ь д и а п а з о н о м

пере­

стройки

частоты и стабильностью

колебаний .

Оценка

н а с т р а и в а е м ы х

и

с т а б и л и з и р о в а н н ы х

гене­

р а т о р о в

по

у к а з а н н о м у

п р и з н а к у

м о ж е т

быть

произве­

дена

по

критерию, сущность

которого

состоит

в

сле­

д у ю щ е м .

Известно,

что

мощный

магнетрон

перестраивается

труднее, чем

м а л о м о щ н ы й .

Н а з о в е м реактором любой элемент, который осуще­

ствляет

настройку

магнетрона

на

з а д а н н у ю

частоту,

а

мощность,

л о к а л и з о в а н н у ю

в

н е м , — м о щ н о с т ь ю

реак ­

тора.

В

таком

случае р е а к т и в н а я

мощность,

т р е б у е м а я

от

любого

типа

р е а к т о р а

д л я

осуществления

перестрой­

ки

частоты

на

величину

А///о,

м о ж е т

быть п р и б л и ж е н н о

в ы р а ж е н а

с л е д у ю щ и м соотношением:

где Р,р — р е а к т и в н а я

мощность р е а к т о р а ; fo — номиналь ­

ная

частота генератора;

F — коэффициент з а т я г и в а н и я

частоты генератора;

Рп

— п о л е з н а я

мощность генера­

тора,

о т д а в а е м а я в нагрузку; Д ' с в и

Км — соответственно

магнетрона

и

коэффициент

использования

реактивной

мощности

реактора .

Соотношение

(1.3)

легко получается, если

учесть, что

2 Л / / / 0 ^ А Л р / Р м р ,

P™P = QmPu,

QB „«0,417/oAF

И

Р р =

—АР-р/КсъКц.

З д е с ь АРР — р е а к т и в н а я

мощность, требуе­

мая д л я перестройки;

Рмр

— р е а к т и в н а я мощность

в ре­

зонаторной

системе

магнетрона .

И з

соотношения

(1.3)

следует,

что,

чем

больше

отно­

сительная

величина

д и а п а з о н а

перестройки

частоты,

чем меньше

степень

з а т я г и в а н и я частоты и больше по­

л е з н а я мощность

магнетрона,

тем

б о л ь ш а я

р е а к т и в н а я

мощность

требуется

от

р е а к т о р а

и

тем

труднее

его

создать . Это

справедливо

д л я

л ю б ы х

типов

реакторов,

в том

числе

и

д л я электронных . В последних

мощность

предопределяется

не

только

электрической

прочностью

его п р о м е ж у т к о в

и

средствами

рассеяния

потерь,

но и

н а п р я ж е н и е м

и

током

электронного

пучка,

т. е.

ско­

ростями и числом электронов .

Д л я

оценки

качества

стабилизированных

магнетро ­

нов с

перестройкой

частоты

м о ж е т с л у ж и т ь

соотноше-