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

ограничения

тока

эмиссии температурой.

Есть все основания предполагать, что

в б л и ж а й ш е м

будущем

магнетроны

с вынесенной из

пространства

взаимодействия

пушкой

и центральным

л о ж н ы м като­

таких магнетронов,

а

т а к ж е

более

повышенная

чувст­

вительность

к внешней

нагрузке

(из-за

низких

величин

QBH) по сравнению

с

обычными

магнетронами

легко

преодолимы и о п р а в д а н ы целым рядом

п р е и м у щ е с т в ' и х

работы

в р е ж и м е

перестройки

частоты

н а п р я ж е н и е м .

4.

Настройка «стержневых»

магнетронов (митронов)

напряжением

Н а и б о л е е

широкие

д и а п а з о н ы

электронной

настрой­

ки

н а п р я ж е н и е м

(октава

и больше)

получены

при ис­

пользовании

в магнетроне

з а м е д л я ю щ е й

системы

типа

«встречные штыри» с числом ячеек 12, 10, 8 и

6. Т а к а я

система

о б л а д а е т

слабо

в ы р а ж е н н ы м и

резонансными

менование

«митроны».

Пусть, например, добротность митрона 10-см диапа ­

зона

QH = 3.

В таком

случае,

предполагая,

что

настрой­

ка н а п р я ж е н и е м

происходит

во

всей

полосе

резонанс­

ной

кривой

контура

митрона,

по

формуле

(IV.9) полу­

чаем

полосу настройки

в

пределах

2Д/=/ 0 /С?н= 3000/3 = 1 ООО

М Г ц .

Д а ж е при

таких величинах полосы пропускания систе­

мы

митрон

работает

на

одном

виде колебаний — на

я-виде. Амплитуда ВЧ

н а п р я ж е н и я на

щ е л я х з а м е д л я ю ­

щей

структуры

составляет

1 —1,5%

(и меньше) от по­

стоянного анодного

н а п р я ж е н и я

митрона,

т. е. прибли­

ротностью, используемых в р е ж и м е перестройки

частоты

н а п р я ж е н и е м . К а к известно, при таких низких

величи­

само понятие «электронные спицы» д л я

митронов

теряет

с м ы с л . . В этом случае физически

более

правильно

поль­

зоваться понятием «электронные

сгустки».

В митроне, к а к ни в одном из приборов

Магнетрон-

ного типа, ярко сочетаются резонансные свойства

элек­

тронного

о б л а к а

пространственного

з а р я д а

со

свойства­

ми

периодичности

з а м е д л я ю щ е й

структуры .

Известный

д у а л и з м

теории митрона объясняется именно этим соче­

танием

волновых

свойств

электронного о б л а к а со

свой­

ствами

периодичности з а м е д л я ю щ е й

структуры;

одни

склонны

считать митрон электронно - волновым

прибо­

ром,

другие — резонансным

прибором,

т.

е.

магнетро­

ном.

И «волновой» и «контурный» подходы к объяснению

физической

сущности

митрона

одинаково

правомочны,

так

к а к

оба

они

исходят

из

следующего

ф а к т а

(допу­

щ е н и я ) :

в

митронах

энергия,

з а п а с а е м а я

в

электронных

сгустках

о б л а к а

пространственного

з а р я д а ,

одного

и

того

ж е

п о р я д к а

с

энергией,

з а п а с а е м о й

в

контурной

системе.

П р и

этом

в

качестве

контурной

системы,

т.

е.

системы,

о б л а д а ю щ е й

резонансными свойствами,

в ми­

тронах

может

быть

использована

либо

з а м е д л я ю щ а я

структура,

либо

внешний

полый

резонатор,

либо

контур

(с

распределенными

п а р а м е т р а м и )

у з л а

катодной

нож ­

ки,

либо,

наконец,

с л о ж н ы й

контур,

образованный

из

у к а з а н н ы х

элементов

в л ю б о м

их

сочетании.

Н а

н а ш

взгляд, «контурный» подход к объяснению

физической

сущности

митрона

более

нагляден .

З а в и с и м о с т ь

частоты

колебаний

/ г

от

анодного

на­

п р я ж е н и я

Ua

носит

практически

линейный

характер

и

определяется

так

н а з ы в а е м ы м

соотношением

Постумуса

или,

как

у ж е

отмечалось,

первым

членом

в ы р а ж е н и я

(IV . 10):

и^ш,В(г2а-г1)1Ы.

(IV.11)

<

И з ф о р м у л ы

(IV . 11),

в

частности,

следует, что

при

нальны числу

штырей в

их з а м е д л я ю щ и х

системах.

В отличие

от обычных

магнетронов,

д л я

стержневых

магнетронов

коэффициент

з а т я г и в а н и я

частоты F не

одного из стержневых магнетронов величина

коэффици ­

ента

затягивания

частоты

составляет 125

М Г ц

при

Q n =

= 5

и / а = const, а

при cVa =const — всего

15

М Г ц .

Основными условиями устойчивой и стабильной

ра­

боты

стержневых

магнетронов (митронов)

в

широком

д и а п а з о н е их настройки

я в л я ю т с я :

диапазоне

перестройки

частоты.

3. Н а л и ч и е

условий

дл я

р е ж и м а температурного

ограничения тока

эмиссии с

катода .

4. Постоянство мощности, подводимой от источников

питания к

катоду.

5. Отсутствие

пульсаций

анодного н а п р я ж е н и я .

П р и нарушении любого

из

перечисленных условий

возникает

ря д

нежелательных

явлений: появление то­

рактеристике,

повышение

уровня шумов,

появление

срывов колебаний, «перескоков» на паразитные

виды

колебаний, «провалов» мощности и т. п.

Н е с м о т р я

на отмеченные

недостатки, митроны

на­

шли широкое

применение в

свипгенераторах,

панорам ­

ли

их место среди генераторов магнетронного

типа

с

электронной настройкой. З а м е т и м , что митроны

с ин­

ж е к т и р о в а н н ы м

электронным

лучом позволяют сочетать

в

одном

приборе

широкую

электронную

перестройку

частоты с глубокой

амплитудной

модуляцией .

5.

Электронная

настройка малосегментных

магнетронов

В литературе

[5, 6] такие

магнетроны

известны

как

магнетроны с р а з р е з а н н ы м и на сегменты

(W=2 ; 4;

6)

анодами и внешними колебательными контурами

с со­

средоточенными

или

распределенными

п а р а м е т р а м и .

Б л а г о д а р я

соединению

сегментов

анодного

блока

через

дуляция,

о с у щ е с т в л я е м а я

изменением анодного напря ­

ж е н и я , в

обычных р е ж и м а х не превышает

0,5—1,0%!.

В работе [32] у к а з ы в а е т с я на возможность

осущест­

вления особого р е ж и м а

многосегментных

(N=12)

маг­

осуществлена широкополосная частотная модуляция

(в пределах

±5—10%) изменением анодного напряжения. Такие

магнетроны

работают в режиме я-вида

колебаний при больших магнитных

полях

(В/Вир = 1,7—2,3) и малых

величинах анодного тока / а , слабо

изме­

На

рис. IV.11 показано

принципиальное

устройство малосегмент­

ного

магнетрона

(N=4) с

топким

катодом, а на

рис. IV.12 для

одной из моделей такого магнетрона представлена

зависимость ча­

стоты колебаний

/ г и анодного тока

/ а от анодного

напряжения £/а .

На этом рисунке

приведена также теоретическая зависимость частоты

/г от напряжения t7a, рассчитанная

по формуле

(IV.11)

при гк «=0.

Для

этого случая формула

(IV.11)

может быть

записана в более

распространенной

форме:

942-/-*[см]В [Гс]

Х[см] =

ВДв—'

(1V.11')

где

n —

N/2.

Из

рис. IV.12 видно,

что расчетная

кривая

почти

совпадает

А н а л из результатов экспериментальных

исследова­

ний

малосегментных

магнетронов позволяет

установить

р я д

интересных

особенностей

их

работы .

1. В

зависимости

от

поведения

функции

входного

сопротивления

колебательной

системы,

определяемой

частотой, длиной отрезка линии и граничными

условия­

ми на конце линии, от динамического

р е ж и м а

работы

магнетрона

и от

температурного

р е ж и м а

катода

м о ж н о

осуществить

любой

из ранее

описанных

колебательных

р е ж и м о в :

— р е ж и м

резонансных

и

перезонансных

колебаний,

при котором частота генерируемых колебаний

и

диапа ­

зон

электронной

настройки

определяются

в

основном

п а р а м е т р а м и колебательного

контура (резонансного

или

апериодического) магнетрона

и практически слабо за­

висят от

п а р а м е т р о в

р е ж и м а

(<Va,

В);

— р е ж и м

нерезонансных колебаний,

при котором

ча­

определяются

в

основном

п а р а м е т р а м и

р е ж и м а

(0&,

В)

и

пространства

взаимодействия (N,

г а ,

гк)

магнетрона

и рассчитываются по формуле порогового

н а п р я ж е н и я

(IV . 11);

оба

р е ж и м а

реализуются

при

колебаниях

вида л:;

— режим

электронных

колебаний,

при

котором

ча­

стота генерируемых колебаний и д и а п а з о н

электронной

настройки

определяются

в

основном

п а р а м е т р а м и

элек­

тронного

о б л а к а (ре , ve,

г), п а р а м е т р а м и

р е ж и м а

{Иа,

В),

геометрией

пространства взаимодействия

(гк ,

>гй) и

практически

не

зависят от

периода з а м е д л я ю щ е й

струк­

виде»

данный р е ж и м реализуется в магнетронном дио­

де

со

сплошным анодом [1].

Колебательный р е ж и м первого типа обычно называ ­

ют

колебаниями

типа «стоячей»

волны, второго — коле­

баниями типа «бегущей» волны

и третьего — колебания ­

ми

циклотронного

типа.

2.

П р и заданной геометрии пространства взаимодей­

гаются при колебательных

р е ж и м а х

типа стоячей

вол­

ны; наименьшие величины

мощности — в р е ж и м е цикло­

тронных

колебаний .

3. Во

всех трех р е ж и м а х диапазон

стабильной

элек­