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

чина токопрохождения

при давлений

водорода 0,1 мм рт. ст. йойтав^

ляла

всего 60%

и при

дальнейшем

повышении давления

резко

па­

дала.

Максимальный ток

пучка

/ п в

непрерывном режиме

при

диа­

метре

пучка 1,4

мм составлял 80

мА.

К корпусу резонатора припаивался стеклянный баллон, в кото­

ром находился

генератор

водорода,

обеспечивавший необходимое и

частоты резонатора от величины отношения

циклотронной

частоты

<Оц к частоте колебаний со при неизменном

токе пучка

/ п

= 20 мА

для разных плазменных сред — для аргона,

водорода

и

вакуума.

частоты получается

большим.

На

рис.

III.13

приведена

зависимость величины

перестройки

частоты

от

тока пучка для аргона (кривые /, 2) и для водорода

(кривая

3).

Максималь­

ная

перестройка

частоты

д f/f„

°/

наблюдается

при

опти-

п

мальной

концентрации

заряженных

частиц

в

плазме.

При

увеличении

собственной

длины

вол­

ны

резонатора

диапазон

перестройки

увеличива­

ется.

При

этом

макси­

мум

перестройки

частоты

смещается

в

область

меньших давлений

газа

(рис.

111.14).

При

осуществлении

электрической

настройки

магнетрона

дополнитель­

ное

(второе)

выход­

ное

устройство

резонато­

ра

с

плазменной

средой

может быть использовано

Рис.

III.14.

Зависимость

максимальной

величины

перестройки

частоты

от

давления

газонаполни­

теля.

5

5

73

I)

Л = 4

см

д л я

Аг;

2)

Х=

=3.2

см

д л я

Аг;

3)

А=3,2

см

р,

мм

рт.

д л я

Н 2 .

1.

Резкое

возрастание вносимых потерь

при заметном

увеличе­

нии диапазона

перестройки

частоты (tgd

возрастает до

значений

2.

Нелинейность кривых

настройки.

*

наторов,

в том

числе

и

магнетрона, при помощи сегне­

то-

или

п а р а э л е к т р и к о в

представляет

интерес

потому,

что

диэлектрические

постоянные

этих

м а т е р и а л о в

исчи­

сляются сотнями и тысячами единиц и

под

воздействи

ем постоянного и переменного электрических

полей

изменяются

в больших

пределах .

Д л я

этой

цели

при­

годны

такие

сегнето-

и п а р а э л е к т р и к и ,

к а к

титанат

ба­

рия

(сохраняющий

свои

свойства

до

температуры

Т =

= 125°С)

и

титанат

свинца

(сохраняющий

свои

свойст­

ва

до

температуры

Г = 500

С ) ,

титанат

стронция

и

др .

Основное физическое различие сегнето- и параэлек ­

триков состоит в следующем . Сегнетоэлектрики

эффек ­

тивно

р а б о т а ю т

при

температуре

н и ж е точки

Кюри,

а п а р а э л е к т р и к и - — в ы ш е

точки

Кюри .

П р и н а л о ж е н и и

внешнего

электрического

поля

диэлектрическая

посто­

я н н а я сегнетоэлектриков

увеличивается,

а

параэлектри ­

к о в — уменьшается . Д и э л е к т р и ч е с к а я

постоянная

е

у

па­

р а э л е к т р и к о в несколько

ниже, чем

у

сегнетоэлектриков.

П р о б и в н ы е

н а п р я ж е н и я

д л я сегнето-

и

п а р а э л е к т р и к о в

составляют

30

кВ/см

и

выше .

Д о с т и ж и м ы е

скорости

использовании

сегнетоэлектриков,

и

п р и б л и ж а ю т с я

к скоростям, достигаемым при электронной

перестройке

частоты.

Исследования

А.

И.

К а р н а у х а

показывают, что

в СВЧ д и а п а з о н е параэлектрики

имеют

значительно

меньшие потери и несколько меньшие

коэффициенты

нелинейности, чем сегнетоэлектрики. Поэтому

д и а п а з о ­

ны и крутизны настройки

п а р а э л е к т р и к о в

о к а з ы в а ю т с я

несколько меньшими, однако д л я практики

достаточно

большими . Б ы с т р а я

электрическая настройка

магнетро -

на в широком диапазоне частот д а н н ы м способом

м о ж е г

быть осуществлена с помощью тороидального резонато ­

ра,

сильно

связанного

с анодным блоком и заполненно ­

го

в центральной части

параэлектриком .

Электрическая настройка магнетрона изменением па­

раметров

ферромагнитной

среды.

Д а н н ы й

способ

элек­

трической

настройки

магнетронов

был

предложен

И. М. Вигдорчиком в

1955

г. и

широко описан в

лите­

ратуре [26—28].

зованы сплавы на

основе никеля (пермалой)

и твердые

растворы углерода очень малой концентрации

(сотые

доли

процента) и других элементов

(хром,

никель,

крем­

ний,

магний,

марганец, молибден и др.) в

ж е л е з е

альфа .

Последние известны к а к ферриты .

Ферриты

широко используются

в технике

С В Ч ; их

свойства хорошо

изучены. Поэтому

основное

внимание

ской

настройки магнетронов, в которых в качестве

сре­

ды с

и з м е н я ю щ и м и с я п а р а м е т р а м и

используются

фер­

риты.

П р и практической реализации

данного способа

настройки

могут встретиться следующие

в а р и а н т ы :

1. Ферритовые стержни симметрично вводятся непо­

средственно в резонаторы анодного блока,

к а к это по­

казано на

рис. III.15.

/ — а н о д н ы й б л о к : 2 — к а т о д

м а г н е т р о н а ;

3—ферритовые

с т е р ж н и ; 4—

с о л е н о и д .

8—453

113

конструкций магнетронов, механизм перестройки

ча­

стоты

остается в них

один и

тот

ж е : быстрая

электри­

ческая

перестройка

частоты

достигается

изменением

магнитной проницаемости ферритового

элемента

(стерж ­

ня

или кольца) при изменении

потока

магнитной индук­

ции

вспомогательного

(управляющего)

электромагнита .

П р и этом наиболее

э ф ф е к т и в н а я

перестройка

частоты

имеет место в том случае, когда силовые линии

магнит­

ного поля концентрируются по оси стержней

[27] или по

радиусу кольца [26]. Необходимо

только исключить

вза­

9000

— ,

1

,

,

,

—

-

I

8950

Рис. III. 16. Изменение

8900

резонансной

частоты

магнетрона

3-см

диапа­

зона

в

области

ферро­

магнитного

резонанса

8850

пластин из пермалоя, по­

мещенных

в торцевые

полости

анодного

блока.

8800

И. М. Вигдорчик и А. И. К а р н а у х

экспериментально

установили, что крутизна перестройки

частоты полого

нанса примерно в три р а з а

больше, чем крутизна

пере­

стройки

частоты вдали от

ферромагнитного резонанса .

Это видно, например, на основании

экспериментальной

кривой

рис.

I I I . 16, снятой

И. М. Вигдорчиком при ис­

следовании

электрической

настройки

магнетрона

3-см