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

Т а б л и ц а

IV.3

Параметры

динамического режима

магнетрона 10-см

диапазона

с сеткой

при (/а=-3000 В, .6=500 Гс

Н а п р я ж е н ие на

Анодный ток

Ток

с е т к и ,

/ g

, мА

Частота генерируемых

сетке U , В

/ а ,

мА

колебаний f

, М Г ц

g

1100

270

2

2530

1120

260

6

2560

1140

250

10

2590

1160

240

14

2620

1180

230

18

2648

П о л е з н а я

мощность

магнетрона

в

диапазоне

пере­

стройки частоты

и з м е н я л а с ь

в

пределах

20—30

Вт,

к. п. д. — в пределах 10—15%'.

7.

Настройка

регенеративно-усилительного

магнетрона

внешним сигналом

Теоретическому

и экспериментальному

исследовани­

ям

различных

колебательных

р е ж и м о в

магнетронов,

у п р а в л я е м ы х

внешним ВЧ сигналом,

посвящено

много

работ . В гл.

I V

первой

книги

автора [1] такой

ре­

ж и м о б с у ж д а л с я

в

связи с проблемой

подавления

па­

мечалось,

например, что в р е ж и м е

подвозбуждения

маг­

нетрона внешним сигналом на частоте рабочего

вида

колебаний

предосцилляционные

некогерентные

шумы

тельный

р е ж и м магнетрона

становится

более

устойчи­

вым и стабильным [47].

Э. В. К а л ь я н о в , М. М. Райнер,

Л . Г. Суходолец и

Э. А. Тельвич [188] в процессе экспериментальных

иссле­

дований

р е ж и м а п о д в о з б у ж д е н и я

магнетрона

внешним

сигналом

подметили,

что с повышением уровня

мощно ­

сти

внешнего сигнала

устойчивость

колебаний на

часто­

те

п о д в о з б у ж д а е м о г о

вида

(в

том

числе

паразитного)

возрастает . З о н а существования

вида колебаний

по анод­

ному н а п р я ж е н и ю £/а

расширяется,

а н а п р я ж е н и е

воз­

буждения

£/к

снижается . Уровень шумов при н а п р я ж е ­

нии, близком

к

н а п р я ж е н и ю возбуждения,

приблизи ­

тельно на

20 д Б

ниже при наличии внешнего

сигнала,

чем

без

него; снижение

уровня

некогерентных

шумов

и

величины

н а п р я ж е н и я

возбуждения

н а б л ю д а е т с я

да­

ж е

в том

случае, когда частоты рабочего вида

колебаний

и

внешнего

сигнала

заметно

различаются;

воздействие

внешнего

сигнала на

колебательный р е ж и м магнетрона

тем эффективнее, чем симметричнее распределение

В Ч

поля

в пространстве

взаимодействия и

чем б л и ж е

к

оп­

тимальной

связь ВЧ

нагрузки

с

резонаторной системой

Р е ж и м синхронизации

магнетрона

внешним

сигна­

лом в

литературе описан

достаточно

полно

[48—51].

В связи

с проблемой электронной настройки магнетрон-

широком диапазоне перестраивается синхронно

с ча­

стотой з а д а ю щ е г о генератора, являющегося д л я

магне­

подвозбуждения

колебаний

может

иметь место т а к ж е

повышение стабильности колебаний

в

магнетроне за

счет высокой стабильности

з а д а ю щ е г о

генератора.

Остановимся

более подробно на

описании механизма

зующееся

возбуждением колебаний

л-вида

л и ш ь

при

наличии

внешнего

сигнала;

автоколебательное

состоя­

ние равновесия,

х а р а к т е р и з у ю щ е е с я

возбуждением

ко­

лебаний я - вида независимо от наличия внешнего

сиг­

нала .

Д р у г и е состояния (бигармонический режим, режим

биений,

р е ж и м

частичного

увеличения частоты)

здесь

не р а с с м а т р и в а ю т с я .

Недовозбужденное

колебательное

состояние

может

быть

осуществлено

двумя

путями:

ограничением

тока

эмиссии

с

катода

(при

н а п р я ж е н и я х

выше

н а п р я ж е н и я

возбуждения)

и

усилением

связи

резонаторной

системы

с нагрузкой . П р и этом

состояние,

достигаемое ограниче­

нием

тока

электронного

пучка,

не

всегда

является

устойчивым и

оптимальным . Устойчивым

может

быть

л и ш ь состояние,

у с т а н а в л и в а ю щ е е с я

в

магнетроне благо-

\Ge\<GK.

(IV.12)

Автоколебательное состояние реализуется при обыч­

ных

динамических

р е ж и м а х

работы

магнетрона

и

ма­

тематически

описывается

соотношениями

( I V . 4 ) .

В

по­

следнем

случае

воздействие

внешнего

сигнала

сводится

к повышению

стабильной

работы

магнетрона

в

полосе

з а х в а т ы в а н и я (синхронизации)

колебаний .

П р е д е л ь н а я

величина

внешней

добротности

С^внпред,

при

которой

в магнетронах

сантиметрового

д и а п а з о н а

(при

отсутст­

вии

внешнего

сигнала)

колебания

не

в о з б у ж д а ю т с я ,

л е ж и т

вблизи

значения

20

и

зависит

от

величин

Ge и

GK.

Пр и

некотором

значении

<2вп<С?внпред

автоколеба­

тельное

состояние

переходит в недовозбужденное,

т. е.

в магнетроне

у с т а н а в л и в а е т с я

р е ж и м недовозбужденно -

го

генератора

(генератора

с

посторонним

возбужде ­

н и е м ) .

Именно

такой

р е ж и м

магнетрона

привлек

вни­

мание ученых в последние годы.

Теория

регенеративно - усилительного

магнетрона

( Р У М )

р а з р а б о т а н а И. В. Л е б е д е в ы м

в

конце

50-х го­

дов {52, 53]. И з з а р у б е ж н ы х

ученых

исследованием

Р У М

з а н и м а л с я J.

Kline

[54, 55].

И с с л е д о в а н и я

И.

В.

Л е б е д е в а

и

его

сотрудников

Э. М. Гутцайта,

Э. Д .

Ш л и ф е р а

[28] и

др.

показывают,

что

импульсные

Р У М

4-см

д и а п а з о н а

могут

усиливать

ВЧ

сигнал с

/Су = 10-5-100

(10—20

д Б )

в

полосе

пере­

стройки

частоты

1—3%

при

уровнях

выходной

мощно­

сти

Ри

свыше

200 кВт

и

к. п. д. ц = 30-г-40%.

З а м е т и м ,

что

название

«цирклотронный

усилитель»,

утвердившее ­

ся в з а р у б е ж н о й

литературе

за

такого

рода

магнетрона ­

ми,

является,

на

на ш

взгляд,

не

вполне

удачным,

так

будем н а з ы в а т ь сокращенно Р У М

(регенеративно-усили­

тельные

м а г н е т р о н ы ) ,

подчеркивая

тем с а м ы м физиче­

ское родство их с усилителями

магнетронного типа и

полное

конструктивное

сходство

с

обычными магнетро­

нами .

ЙЛЙ

( I V . 15')

( G e — отрицательная

в е л и ч и н а ) .

Р е ж и м у с а м о в о з б у ж д е н и я

Р У М

при

отсутствии

внешнего

сигнала

(/ , пад = | 0,

| Г ] 2

= о о )

соответствуют

условия

1+Qo/QBH+Ge /GK

= 0,

( I V . 16)

BeIGK

+ 2Qo(flf0-\)=0.

(IV.17)

ОбыЧНО

ДЛЯ

Р У М

ВЫПОЛНЯЮТСЯ

УСЛОВИЯ

Qvn~Qib

| G e | 3 > G K

и / С У м а к с > Ю . П р и этих

условиях м о ж н о по­

лучить следующие

в а ж н ы е

д л я

а н а л и з а

приближенны е

соотношения:

-

^ -

(

K ^ T c

+ l

)

^

(IV.18)

/о

VBH

^ ( К ^ а 7 с - 1 )

=

^ ,

(1V.19)

где Ai///o — полоса

усиливаемых

частот,

о п р е д е л я е м а я

по

спаду мощности на

3 д Б ;

/ С у м а к с — м а к с и м а л ь н ы й

ко­

условия

(IV . 17); Q e = K c / G e —

электронная добротность.

А н а л и з

показывает,

что

при

равных

значениях

G e /G K

коэффициент усиления

четырехполюсного Р У М

всегда

несколько

ниже,

чем двухполюсного.

В заключение

сравним Р У М с

синхронизированным

магнетроном

( С М ) . П о

сравнению

с С М Р У М

о б л а д а е т

1.

Характе р р е ж и м а

з а х в а т а

колебаний

в С М

в силь­

ной степени

зависит от

уровня

мощности

входного

сиг­

н а л а :

при м а л ы х

уровнях

входного сигнала р е ж и м

за­

хвата колебаний м о ж е т оказаться неустойчивым

вслед­

ствие

того,

что

р е ж и м

автоколебаний

неполностью

подавлен . Чрезмерно е ж е

увеличение мощности

входно­

го сигнала приводит к уменьшению коэффициента

уси­

ления . В отличие

от СМ

Р У М

воспроизводит

входной

либо

опасности

с а м о в о з б у ж д е н и я :

р е ж и м

автоколеба ­

ний

полностью

подавлен нагрузкой .

Таким

образом, до-