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

{Gei~Ghi)/mCi

( / = 1 , 2 , 3 ) .

Именно первые два

фактора, т. е. степень асиммет­

лентных схем

и

выводе простых

расчетных

соотношений

д л я магнетрона, настраиваемого

дополнительным полым

резонатором.

Н а рис. V.

1

представлена

простейшая

эквивалент­

соотношений. Она пригодна лишь для качественного

ана­

л и з а поведения

входных характеристик

в магнетроне

такой конструкции.

О д н а к о с

учетом

электронной

про­

водимости

Gei и

проводимости

нагрузки Ghi

из

простей­

шей схемы

(рис.

V.

1) м о ж н о

вывести

критерий

д л я

пре-

имущественного возбуждения и генерирования

колеба ­

ний в магнетроне на одном

из

трех я - видов, например

на Ця - виде . Этот критерий можн о выразить

с л е д у ю щ и м

неравенством:

<02С2

W,.3 Ci,3

"

{

Здесь

индекс

«2» относится

к

Ця - виду,

а

«1»

и «3» —

к К я -

и

Д я - в и д а м соответственно.

П о л а г а я

проводимо­

сти Gd

и Оы

в

узком

диапазоне

частот

независящими

от частоты, а частоты со(- приблизительно

одинаковыми,

условие

(V.1)

можн о

записать в следующем

виде:

или

C 2 < C W

.

( V . T )

5CT2<SCT1,3-

( V . 1")

В

общем

случае

критерий

д л я

преимущественного

возбуждения

магнетрона на

одном

виде

можно

вывести

из принципа «минимального рассеяния», сформулиро ­

ванного

Ван дер Полем . Согласно этому

принципу само­

в о з б у ж д а ю щ а я с я

система,

д о п у с к а ю щ а я

колебания

бо­

лее чем на одном виде, будет работать на том виде ко ­

лебаний,

для

которого

источниками

питания,

находя ­

щимися в системе, рассеиваются минимальные мощности.

Отсюда следует, что магнетрон, настраиваемый

полым

резонатором, д о л ж е н работать

на

том

виде

'колебаний,

для которого достигается наибольшее отношение запа ­

сенной энергии 'К общей энергии

потерь

за

период,

т. е.

на виде колебаний с наибольшей величиной

отношения

QH/SCT П З ] - И н а ч е говоря,

магнетрон

будет

устойчиво

работать на Ц я - в и д е лишь при условии выполнения не­

равенства

QH2/5CT2>QH1,3/5CT1,3.

(V.2)

Следовательно, д л я решения проблемы

асимметрич­

ной настройки магнетрона полым резонатором необхо­

димо

в

р е а л ь н о й конструкции

магнетрона

обеспечить

выполнение этого неравенства

для

Ц я - в и д а

колебаний

в возможно более широком диапазоне

частот.

Р а б о т а магнетрона

на

Ц я - в и д е

всегда

ж е л а т е л ь н а ,

т а к как

именно

на

этом

виде

колебаний

н а б л ю д а е т с я

н а и л у ч ш а я симметрия

В Ч

поля

в

пространстве

взаимо ­

действия и, следовательно, достигаются наибольши е ве­

личины

электронного

к. п. д. П р и

стабилизации

ж е

ча-

мятся сделать отношение Qn2./SCT2

к а к м о ж н о

меньшим,

т а к к а к уменьшение величины Qt ,2 влечет

за

собой уве­

личение

мощности и к. п. д. магнетрона,

а увеличение

величины

5 с т 2 п о в ы ш а е т его стабильность .

Таким

образом, проблемы настройки и

стабилизации

широком д и а п а з о н е частот, разработчик

д о л ж е н

«жерт­

вовать» стабильностью; стремясь ж е осуществить

высо­

кую стабильность,

он

д о л ж е н

«жертвовать» мощностью

и к. п. д. Ка к и многие

проблемы магнетронноп техники,

р а с с м а т р и в а е м ы е

п р о б л е м ы

могут быть

решены

л и ш ь

при успешной реализации на

практике

компромиссных

рестройки

частоты.

Согласно

гл. 1,

резонансная

частота

системы

(рис.

V.1)

нахо­

дится из условия

равенства

нулю суммы

проводимостей

магнетрона

(Вм),

диафрагмы связи

(Вя)

и

внешнего

резонатора

(Bp):

В м + В „ + В р = 0 .

(V.3)

Через величины

запасенной

энергии

коэффициент

стабилизации

5 С Т

выражается

следующим

образом:

Sc-r=(WM

+ WA + WP)IWM,

(V.4)

где

№ м , WA, WP

— энергии, запасенные в анодном

блоке

магнетрона,

диафрагме связи и полом

резонаторе

соответственно.

Энергию,

запасенную

в системе,

можно выразить

двояким

обра­

магнитного поля, либо электрического.

При резонансе обе

величины

равны между собой. На частотах, не

равных резонансной

частоте,

эти энергии не равны друг

другу, причем энергия, запасенная в си­

стеме,

равна

меньшей

из них.

В

общем

случае

[13, 67]

2(WE-WH)c*

В =

y y j p

'

(V.5)

dB

2 ( Г £ + Г „ )

(V.6)

Ло ~

|{/| 2

W--

dB

В

(V.'i

С учетом

(V.7)

выражение

(V.4)

запишем

в

следующем

виде:

[dBp

d B

„ \

_ .

1w

t

5д

do>

)

(

J

(V.8)

йВш

1 B™

ы

Таким образом, зная (из расчета

или из

эксперимента)

выраже­

ния для

величин Вм,

Вя

и В р , можно вычислить

значение

коэффи­

циента

стабилизации

S C T

для

любой

точки кривой

настройки.

2. Инженерный расчет и конструирование

магнетронов с асимметричной

настройкой

полым

резонатором

На

рис.

V.2 представлены

два

варианта конструкций

магнетронов 10-см диапазона с асимметричной

настрой­

кой полым

резонатором.

В

первом

варианте

(рис.

V.2,a)

.перестраивающий

элемент полого резонатора (поршень) укреплен

на

гоф­

рированном

сильфоне

цилиндрической

формы;

во

вто­

ром — н а плоской

мембране .

Д л я

осуществления

быстрой

перестройки

частоты

чение нескольких

сотен часов

работы

магнетрона

(до

10 полных циклов

перестройки

частоты

в диапазоне

5—

на п р а к т и к е

не рекомендуется.

В обоих

в а р и а н т а х использовалась резонаторная си­

связками и

числом резонаторов N=12

(вариант «а») и

N = 8 (вариант «б»). Вывод энергии из

магнетронов осу­

ществлялся

при помощи широкополосных и электриче­

ски

прочных

выходных устройств коаксиально-волновод-

ного

типа [106].