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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 196

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

— 3 000 МГц и добротностью QH =

100 диапазон электронной

наст­

ройки |Д/| составит 15 МГц (0,5%).

 

 

Пример

2. Пусть опять — 4 5 ° ^ 9 а н ^ 0 ,

/oi = 3 000 МГц, но

QH =

= 10. Тогда диапазон электронной

настройки |Д/| составит 150 МГц

(5%).

 

 

 

 

В обоих

примерах действием

заряда

электронной втулки на

частоту пренебрегали. Эти чисто формальные примеры показывают, что достаточно большие для практики диапазоны электронной наст­

ройки могут

быть получены в магнетронах с низкой нагруженной

добротностью

Qn.

Именно

в этом направлении были сконцентрированы усилия

многих ученых: расширить диапазон электронной настройки магне­ трона снижением его нагруженной добротности. При этом, как пра­ вило, ширина диапазона перестройки частоты \Af\ находится в об­ ратной зависимости с величиной мощности Ря, отдаваемой магнет­ роном в полезную нагрузку. В последние годы, однако, установлено, что у магнетронов 10-см диапазона с не очень низкой нагруженной добротностью (QH =20-е-100) может быть получена электронная перестройка частоты в достаточно широком диапазоне (5—6%) при достаточно высоком уровне отдаваемой в полезную нагрузку мощ­ ности. Заметные диапазоны электронной перестройки частоты в этом случае получены не за счет снижения Qn , а за счет изменения угла рассогласования 9Э Н в широких пределах, достигаемого при таком режиме, когда анодный ток / а ограничен температурой катода. При этих условиях угол 0Э Н может принимать большие положительные значения.

Т а к им

образом,

при специальном р е ж и м е

(в

р е ж и м е

ограничения тока

эмиссии температурой)

электронная

настройка

обычного магнетрона в достаточно

широких

д л я практики пределах вполне осуществима . Большин ­

ство ж е

реальных

магнетронов,

особенно

мощных,

ра­

ботают

при таком

р е ж и м е , когда

анодный

ток / а (и

ток

эмиссии) ограничен пространственным з а р я д о м . Отме­

тим, что оба

у к а з а н

н ы х

р е ж и м а

физически

резко раз ­

личаются . В

р е ж и м е

ограничения

анодного

тока прост­

ранственным

з а р я д о м

напряженность электрического

поля на катоде равна нулю; анодный ток и мощность магнетрона вдоль вольт - амперной характеристики изме­ няются в значительных пределах при незначительных

изменениях анодного н а п р я ж е н и я ,

и частота

генерируе­

мых колебаний с изменением анодного тока

изменяется

в небольших пределах (в пределах

кривой Э С Ч ) . В ре­

ж и м е ограничения анодного тока

температурой

напря ­

женность электрического поля

на

катоде

отлична от

нуля; анодный ток и мощность

магнетрона вдоль

вольт-

амперной характеристики слабо изменяются при значи­ тельных изменениях анодного н а п р я ж е н и я ; частота ге­ нерируемых колебаний с изменением анодного напря­ ж е н и я изменяется в больших пределах .

120

П о с л е этих вводных замечаний перейдем к последо­ вательному описанию конструкций, принципов работы и характеристик различных типов магнетронов с электрон­ ной настройкой в соответствии со схемой классифика ­ ции, представленной на рис. I I I . 1.

2. Настройка магнетрона изменением анодного тока

В процессе эксплуатации магнетронов, особенно маг­

нетронов

с

фиксированной

волной, иногда

допускается

подстройка

генерируемой

частоты в пределах несколь­

ких мегагерц изменением анодного тока в пределах

10—•

15% от

его

номинального

значения . Это делается

в тех

случаях,

когда к магнетрону п р е д ъ я в л я ю т с я

особо

жест ­

кие эксплуатационные требования по стабильности

рабо ­

чей частоты, и он имеет определенный з а п а с по мощно­

сти. С

другой

стороны,

существуют

 

эксплуатационные

р е ж и м ы (например,

режим частотной

модуляции

магне­

т р о н а ) ,

при

 

которых

генерируемая

частота

изменяется

по строго определенному закону в пределах

нескольких

мегагерц

в

 

соответствии

с законом

изменения

частоты

от

анодного

тока.

К р и в ы е

Э С Ч

 

и

о т р а ж а ю т

закон

изменения

частоты от

анодного

тока.

 

 

 

 

 

 

Н а

рис. IV.2 приведены расчетные

и эксперименталь ­

ные кривые Э С Ч д л я некоторых типов

импульсных

магнетронов

 

малой

и

средней

мощности.

И з

рисунка

видно, что в области рабочих

р е ж и м о в

расчетные

и

экс­

периментальные

 

кривые

Э С Ч

близко

совпадают

и у

экс­

периментальных

 

кривых

Э С Ч

с п а д а ю щ и й участок

отсут­

ствует.

Н а

рис.

IV.3

р а б о ч а я

точка

(РТ)

л е ж и т

на

с п а д а ю щ е м

участке

кривой Э С Ч ,

соответствующем

трех­

кратному изменению анодного тока. В

р а с с м а т р и в а е м о м

случае,

например, при изменении

анодного тока

/ а

в пре­

д е л а х

50—100 А

 

частота

генерируемых

колебаний

fT

из­

меняется

на

10 М Г ц ,

причем

величины

отдаваемой

мощности

Р н

на

 

к р а я х

указанного

д и а п а з о н а изменения

анодного

тока

различаются

приблизительно

вдвое.

 

 

Д л я

кривых

 

Э С Ч , приведенных на

рис.

IV.2 и IV.3,

как

и

д л я

кривых Э С Ч

л ю б ы х магнетронов,

характерно

одно

общее

свойство — резкий подъем

при м а л ы х

вели­

чинах

анодного

 

тока

и

появление

неострого

максимума

и пологого

спада

при д а л ь н е й ш е м

возрастании

анодного

тока. Физически такое поведение кривых

Э С Ч

легко

объяснимо: при

 

м а л ы х

велнчиных

анодного

тока

(плот-

121

Afr,

МГц

 

 

 

 

 

 

 

 

PI

10

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

6

10

 

15

 

5

 

la, A

Afr,

МГц

 

 

a

 

 

 

 

 

15

 

/

/

Hl

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

6,5

/

/

/ I

 

 

1

 

 

 

 

 

 

5,5 /с

 

 

15

la, A

5

10

 

 

 

 

 

5

 

Afr, МГц

•—. PT

4,0

4

 

3,5 I

3,0

10

15

fa, A

5

Afr,

в

 

МГц

 

1,5

 

PT

 

 

1,0

 

 

0,5

10 15 20

Ia,A

5

 

S

 

ность з а р я д а в прикатоднои втул­

ке м а л а )

частота

генерируемых

колебаний

быстро

изменяется

(с увеличением тока частота уве­ личивается) из-за быстрого изме­ нения угла фазового рассогласо­

вания

10'ЭН (рис.

IV . 1)

в

соответ­

ствии

с

соотношением

( I V . 2 ) ,

а

при

 

д а л ь н е й ш е м

 

 

увеличении

анодного

тока

(плотность

з а р я д а

в прикатоднои

 

втулке

возраста ­

ет)

о б н а р у ж и в а е т с я

 

с н а ч а л а

ком­

пенсирующее,

а

затем

преобла ­

д а ю щ е е

действие на

 

частоту

гене­

рируемых колебаний

з а р я д а

элек­

тронной

втулки

(с

 

увеличени­

ем

тока

частота

уменьшается)

в

соответствии

с

соотношением

( I V . I ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х а р а к т е р

кривых

Э С Ч

(рис.

IV.2, IV.3) позволяет

у т в е р ж д а т ь ,

что

подстройка

или

модуляция

частоты в импульсных магнетро ­

нах

малой

и

средней

мощности

в о з м о ж н а

л и ш ь

при

 

режи ­

мах,

соответствующих

подъему

кривой Э С Ч ,

а в мощных — спа­

ду. М о ж н о

предполагать,

что

при

определенных

 

условиях

 

магне­

трон

наиболее

стабильно

будет

работать в

р е ж и м а х

 

(по

 

анодно­

му

т о к у ) ,

соответствующих

ма­

ксимуму кривой Э С Ч ,

т. е. в

ре­

ж и м а х ,

когда

действие

фазового

сдвига

на

 

частоту

 

колебаний

компенсируется

действием

з а р я д а

электронной втулки. Эффектив -

Рис. IV.2. Расчетные (-

-)

и экспери­

ментальные

(О—О—О)

кривые ЭСЧ для

некоторых

типов

магнетронов

импульс­

 

ного

действия:

 

а, б — м а г н е т р о н ы 3-см д и а п а з о н а ; в — м а г ­ н ет р он 10-см д и а п а з о н а ; г — м а г н е т р о н д е ц и ­ м е т р о в о г о д и а п а з о н а ; РТ — р а б о ч а я т о ч к а .

122

ность

электронной

настройки

магнетрона характеризует ­

ся коэффициентом

электронного смещения

частоты

 

 

£ =

dfr/dla.

 

Н а

рис. IV.4 представлена о б о б щ е н н а я

зависимость

коэффициента е от длины волны д л я магнетронов им­ пульсного действия . Значения е определены д л я р е ж и -

Рис. IV.3. Экспериментальная кривая ЭСЧ для мощного

импульсно­

го магнетрона.

 

 

мов, соответствующих восходящей ветви (подъему)

кри­

вой Э С Ч . И з рисунка видно,, что приемлемые

д л я

прак ­

тики диапазоны электронной настройки анодным током

могут быть получены

л и ш ь д л я

импульсных магнетро­

нов коротковолнового

д и а п а з о н а

волн. Электронная на­

стройка магнетронов непрерывного действия не является

столь сложной

задачей,

к а к

настройка

магнетронов

импульсного

действия. Б о л е е

того, существует

множест ­

во магнетронов

непрерывного

действия, д л я

которых ре­

 

 

 

 

 

ж и м

частотной

модуляции

 

 

 

 

 

является

основным

эксплуа ­

 

 

 

 

 

тационным р е ж и м о м . Объяс ­

 

 

 

 

 

няется это тем, что при про­

 

 

 

 

 

чих равных условиях вели­

 

 

 

 

 

чины

коэффициентов

Э С Ч е

 

 

 

 

 

Рис. IV.4. Типовые значения коэф­

 

 

 

 

 

фициентов

электронного

смеще­

 

 

 

 

 

ния частоты для импульсных маг-

5

75

100 125

Я см

нетронов

сантиметрового

диапа-

 

 

 

'

'

 

 

 

зона.

 

 

 

123

Смотрите также файлы