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: 209

Скачиваний: 0

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

О б р а щ а ю т на себя внимание низкие

значения

к. fi. д.

Объясняется это тем, что в данной конструкции

магне­

т р о н а — электронного переключателя

рабочими

видами

колебаний я в л я ю т с я слабо нагруженные виды. Виды ко­

лебаний с нечетными номерами

были

сильно нагружены

и поэтому не

в о з б у ж д а л и с ь .

 

 

 

 

 

 

В

другом

л а б о р а т о р н о м

образце

магнетрона,

отли­

чавшемся от рассмотренного

л и ш ь конструкцией выход­

ного

устройства и

испытывавшемся

при

тех ж е

режи ­

мах

(5 = 3000

Гс,

с 7 а 4 0 = 25

кВ, Ua2S

= 27

кВ,

t / a 3 6 =

= 29

к В ) , уровень

отдаваемой

мощности

Рпп

дл я

трех

видов колебаний

удалось

повысить до

150

кВт при

к. п. д. ч = 7%'.

т

 

X

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

г О

 

 

 

5,0

 

 

го

 

 

X

Л

J

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

5,0

 

7,0

1,0

Х,см

 

Рис. IV. 18.

Дисперсионные

характеристики для 80-резонаторной си­

 

стемы типа «встречные бугели»:

 

— О — О — О — з а в и с и м о с т ь

к о э ф ф и ц и е н т а

з а м е д л е н и я т от д л и н ы в о л н ы ;

— X — X — X — з а в и с и м о с т ь н о м е р а в и д а к о л е б а н и й п о т д л и н ы в о л н ы .

Д а л ь н е й ш е е

исследование

л а б о р а т о р н ы х

макетов

магнетронов — электронных переключателей,

р а з л и ч а в ­

шихся

числом

 

бугелей,

конструкцией

выходных

устройств, геометрией

пространства

взаимодействия, ре­

ж и м а м и

работы

и

диапазоном

волн,

показали,

что зна-

151

Чений

к.

п. Д. д л я

Магнетронов — электронных

переклю ­

чателей

могут достигать 20%.

 

 

 

 

 

З а м е т и м ,

что

в

процессе

исследований

никогда не

у д а в а л о с ь

н а б л ю д а т ь

бигармонический

р е ж и м

(одно­

временное

существование

двух колебаний

с

частотами

toi

и

сог)

в

магнетроне — электронном

переключателе:

всегда

один

вид

колебаний

в

зоне своего

существования

по

анодному

н а п р я ж е н и ю

п о д а в л я л колебания

осталь­

ных

видов;

 

в худшем

случае

н а б л ю д а л и с ь

п а р а з и т н ы е

колебания па фронтах модулирующего импульса . О б ъ ­

ясняется

это

тем,

что

в

магнетроне — электронном

пе­

реключателе колебательные р е ж и м ы

д л я различных

ви­

дов колебаний

слабо

связаны

м е ж д у

собой.

 

 

А.

Г. М а й е р

в

1935

г. п о к а з а л

[58],

что бигармони­

ческий

р е ж и м

может

установиться

л и ш ь

в

системе

двух

сильно

связанных

автогенераторов . П о з ж е

бигармониче­

ский р е ж и м исследовал

В. В. Анисимов

[59].

 

 

З а м е т и м ,

что

в

зависимости

от

п а р а м е т р о в связи

бугельной

системы

с нагрузкой

и от п а р а м е т р о в

р е ж и м а

магнетрон — электронный

переключатель

может

возбуж ­

даться

и

стабильно

работать

на

видах

колебаний

как

с четными, так и с нечетными

номерами .

 

 

 

В заключение

еще

р а з

подчеркнем,

что

эффективно

р а б о т а ю щ и й

магнетрон — электронный

переключатель

частоты — может

быть

сконструирован

л и ш ь

на

базе

з а м к н у т ы х в кольцо резонаторных систем с большим числом резонаторов . О д н а к о условие замкнутости систе­ мы при большом числе резонаторов является необхо­

димым, но еще не достаточным . Необходимо,

кроме

того, чтобы связь м е ж д у резонаторами была

с л а б а я ,

собственная и внешняя добротности резонаторной си­ стемы на видах колебаний были высокими и приблизи­ тельно одинаковыми, разделение видов колебаний по

частоте

и по

н а п р я ж е н и ю

в о з б у ж д е н и я

было

не слиш­

ком

большим

и т а к ж е

одинаковым .

 

 

 

 

 

 

 

9.

Электронная

настройка

магнетронов

 

с

плавно

изменяющимися параметрами

резонаторов

П р и

описании

магнетронов — электронных

переклю ­

чателей

частоты

были

с ф о р м у л и р о в а н ы

 

условия

д л я

скачкообразного

перехода

от одного колебательного ре­

ж и м а к

другому. П р и этом

о б р а щ а л о с ь

внимание на

то,

что

вредное

 

явление конкуренции

видов

 

колебаний,

152

и м е ю щ ее место в обычных магнетронах, может быть использовано как полезное явление при осуществлении дискретной перестройки частоты напряжение м в магне­ тронах с большим числом резонаторов .

Возникает вопрос, возможно ли в системе с большим или малы м числом резонаторов осуществить плавный («мягкий»), а не скачкообразный переход с одного ко­ лебательного режим а на другой. Теоретические сообра­ жения и опыт подсказывают, что такой переход возмо­ жен в магнетронах, в которых в качестве замедляющи х систем используются резонансные гребенки с плавно изменяющимися параметрам и резонаторов .

Еще в 1954 г. В. Л. Герман, Г. Я. Левин, Р. В. Старченко и А. Я- Усиков [187] в магнетроне миллиметрового диапазона с плав­ но изменяющимися параметрами резонаторов осуществили непре­

рывную перестройку частоты

напряжением

в

достаточно

широкой

полосе. В магнетроне использована резонаторная система

секторно­

го типа с числом резонаторов N=24, отличающихся по радиальной

длине, причем резонаторы

с

наибольшей

и

наименьшей

длинами

( / н а и б = 4 мм, / И а и м = 3 мм)

были расположены

в анодном

блоке на

одном диаметре, совпадающем с осью волноводного выходного уст­ ройства, присоединенного к резонатору с наименьшей длиной. Осталь­ ные 22 резонатора блока, сгруппированные попарно, имели плавно

изменяющиеся

размеры (по длине), причем

одинаковые

резонаторы

каждой пары

располагались симметрично

относительно

указанной

оси системы.

 

 

 

В магнетроне с одинаковыми размерами (по радиальной длине) резонаторов и низкой нагруженной добротностью получена пере­ стройка частоты в диапазоне 1%. В магнетроне же с плавно изме­ няющимися параметрами резонаторов получена перестройка частоты напряжением в диапазоне 2—3%. При этом индукция магнитного поля оставалась неизменной, а по анодной цепи магнетрон питался от источника переменного напряжения с частотой 50 Гц. Далее, изменением индукции магнитного поля В в пределах 2160—2600 Гс

удалось смещать среднюю частоту диапазона настройки магнетрона в пределах 20—30%. Магнетрон работал в режиме, близком к кри­ тическому, и отдавал в нагрузку мощность 10—15 мВт.

Заметим, что еще тогда упомянутые авторы обратили внима­ ние на зависимость диапазона электронной настройки от эмиссион­ ной способности катода: при увеличении тока эмиссии с катода диа­ пазон электронной настройки магнетрона сужался. Наибольшая элек­ тронная настройка (3—5%) наблюдалась при сильно ограниченной эмиссии с катода.

Многочисленные эксперименты, выполненные авто­ ром настоящей книги в 1956 г., позволяют сделать сле­ дующи й вывод: в магнетронах с плавно изменяющимися параметрам и резонаторов возможн а как плавна я элек­ тронная перестройка частоты напряжением, так и ста­ бильное генерирование колебаний на одной частоте,

153

практически не изменяющейся при изменении

анодного

напряжения, К С В Н и ф а з ы

рассогласованной

нагрузки .

П о данным «холодных»

измерений установлено,

что

в системах

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

резо­

наторов

электромагнитное

поле непрерывно

изменяет

свою конфигурацию с частотой. Дискретность видов

ко­

лебаний как

бы исчезает. Вместе с тем, по форме

ос­

ц и л л о г р а м м ы

поля,

соответствующей данной

частоте,

можно

судить

как

о степени расстройки резонаторов,

так и

об относительной величине изменения

фазовой

скорости волны в различных частях замкнутой в кольцо системы. Чем больше расстроены резонаторы, тем за­ метнее и резче деформируются осциллограммы поля по азимутальной координате: в одних местах лепестки

осциллограммы к а к

бы сгущаются, в других — р а з р е ж а ­

ются.

 

 

 

 

 

 

 

Опыт

и

общие

физические

с о о б р а ж е н и я

позволяют

установить,

что колебательный

режим в

магнетронах

с такими

системами

обусловлен

совокупным

действием

следующих

факторов:

числом резонаторов,

степенью их

расстройки и законом изменения параметров системы по азимутальной координате; величиной нагруженной доб­ ротности системы на рабочем участке д и а п а з о н а на­ стройки; эмиссионной способностью катода и местопо­

ложением эмиссионного покрытия на поверхности

като­

да относительно рабочей

поверхности анодного

блока;

п а р а м е т р а м и пространства

взаимодействия и степенью

децентровки катода относительно резонаторов системы; ориентацией выходного устройства относительно резо­

наторов системы

и степенью

распределенности параме ­

тров элемента связи.

 

 

 

 

Перечисленные

факторы

в

магнетронах

различной

конструкции проявляются по-разному. Так, в

магнетро­

не с малым числом слабо

связанных и сильно нагру­

женных резонаторов э ф ф е к т и в н а я

электронная пере­

стройка частоты возможна .

В

таком

ж е магнетроне, но

с сильной связью м е ж д у резонаторами и с не очень низ­ кой нагруженной добротностью могут иметь место коле­ бания одной частоты. В магнетроне с высокой нагру­ женной добротностью, но с незамкнутым (вокруг като­ да) электронным потоком, электронная настройка воз­ можна . Такие условия могут иметь место в магнетронах либо с разомкнутой (но несогласованной) на концах системой, либо с замкнутой системой, но с частичным

154

эмиссионным

покрытием

катода . И н а ч е

говоря,

в магне­

троне с высокой добротностью и большим

числом

зам ­

кнутых в кольцо резонаторов, р а з л и ч а ю щ и х с я

по

своим

п а р а м е т р а м ,

при замкнутом вокруг катода

электронном

потоке в о з м о ж н ы колебания л и ш ь на дискретных

часто­

тах и незначительная электронная перестройка

частоты

в области существования

(по частоте и

н а п р я ж е н и ю

в о з б у ж д е н и я )

видов колебаний . Уж е первые испытания

магнетрона с очень слабой расстройкой

резонаторов ще­

левого типа

( J V = 8 0 ) при использовании

выходного уст­

ройства с распределенной связью показали

возможность

плавной перестройки частоты.

 

 

 

 

Н а и б о л е е

о б н а д е ж и в а ю щ и е результаты

получены при

использовании разомкнутых систем с плавно изменяю­

щимися

п а р а м е т р а м и

резонаторов .

Пр и этом

монотон­

ный х а р а к т е р

кривой

настройки

достигается

в

том

случае,

когда

из анодного блока удаляется половина сег­

ментов,

разделенных

с

оставшимися сегментами

пло­

скостью симметрии блока, а наиболее эффективный ко­

лебательный р е ж и м — когда

перестройка частоты про­

исходит в области существования «растянутого»

л - вида

колебаний. Д л я расширения

указанной области

выгодно

использовать резонаторную систему со связками . Ре ­ зультаты динамических испытаний такой системы пред­

ставлены

в табл . IV.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

IV. 4

Результаты динамических испытаний магнетрона 3-см

диапазона с разомкнутой резонаторной системой щелевого

типа со связками при очень слабой

расстройке

 

 

 

 

 

резонаторов

(N=40)

 

 

В, Гс

и

а

, к З

'a CP' м А

~К , см

г

. М Г ц

i f , М Г ц

 

 

 

г

/

 

 

 

12,0

32

3,582

8375

 

 

3900

12,5

52

3,615

 

 

133

1.60

 

12,8

76

3,640

8242

 

 

 

12,8

27

3,576

 

8389

 

 

4150

13,0

36

3,578

 

 

102

1,23

13,5

50

3,579

 

 

 

 

 

 

 

 

14,0

70

3,620

 

8287

 

 

 

14,0

44

3,57

8403

 

 

4300

14,5

64

3,58

 

 

116

1,40

 

14,8

82

3,62

8287

 

 

155

Смотрите также файлы