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

лизации 5 С Т с расчетными

примерно одинакова при

всех

способах измерения этой величины .

В заключение у к а ж е м

на возможность значительно­

го расширения д и а п а з о н а

механической перестройки

ча-

_ l

1

— I

0,95

1,0

1,05 А/Яср

5

Рис. V.17. Принципиальное

устройство (а)

и характеристики (б)

стабилотрона десятисантиметрового

диапазона:

связи ; 4 — ф а з о в р а щ а т е л ь ; 5 — с т а б и л и з и р у ю щ и й р е з о н а т о р ;

6—балластная

н а г р у з к а .

ческие характеристики

(б)

*

одного из

вариантов тако ­

го

генератора,

известного

под названием «стабилотрон».

В

качестве

з а м е д л я ю щ е й

системы

с

электрически

разомкнутыми

концами

в

нем

использован

амплитрон .

Низкие значения коэффициентов

Э С Ч

( е ~ 0 , 0 5

МГц/А)

и

затягивания

частоты

(F&3

М Г ц ) говорят о

высокой

стабильности

таких генераторов.

1.

Вводные

з а м е ч а н и я

П р и

симметричной

настройке

магнетрона

дополни­

тельным

полым резонатором

его

п о л о ж и т е л ь н ы е свойст­

ва

(большая

мощность,

высокие к. п. д. и стабильность,

широкий д и а п а з о н механической

перестройки

частоты)

проявляются

наиболее

полно.

Особое место среди

магнетронов

этого

класса

зани­

мают коаксиальные и

о б р а щ е н н ы е

коаксиальные

маг­

нетроны.

Конструктивная

идея использования цилиндрического

волновода д л я к а н а л и з а ц и и

С В Ч

энергии

на волне

типа

Hoi

и цилиндрического

резонатора,

в о з б у ж д а е м о г о на

колебаниях

вида

Нон,

д л я

стабилизации

перестройки

вида

я многорезонаторпой системы магнетрона.

В

современных магнетронах в качестве стабилизиру ­

блоком,

используется

резонатор

цилиндрической

или

коаксиальной

конструкции,

в о з б у ж д а е м ы й

на

колебани ­

ях вида

Н 0 ц . Во

всех

случаях

перестройка

частоты

маг­

нетрона

достигается

перемещением

бесконтактного

поршня

в торцевой части

этого

резонатора .

Ю . В. Гублер в 1954 г. предложил интересный кон­

структивный

вариант

узкодиапазошгой

(в

п р е д е л а х 1 —

2%)

настройки

магнетрона

закрытого

типа

при высокой

стабильности

его колебательного

р е ж и м а .

В

этом

в а р и ­

анте

выходное

устройство

подключено

непосредственно

к одному из

резонаторов

анодного блока,

а

стабилизи­

р у ю щ и й

резонатор — к

торцу

анодного

блока.

Связь

1 3*

1 9 5

сти д а н н ы й магнетрон не нашел

практического распро­

странения .

Более совершенный в а р и а н т

конструкции

магнетро ­

на п р е д л о ж е н Ю . А. К о в а л е в ы м

в 1963 г. д л я

осущест­

ровом

д и а п а з о н е волн. В этом в а р и а н т е

полость внешне ­

го резонатора непосредственно

п р и м ы к а е т к открытому

торцу

резонаторной системы без

связок,

б л а г о д а р я чему

натора с резонаторной системой магнетрона .

П р и опре­

деленных условиях в такой системе может

в о з б у ж д а т ь ­

лебаний резонаторной

системы,

в к л ю ч а я

нулевой

вид,

если пространство взаимодействия и р е ж и м

магнетрона

рассчитаны

на ж е л а е м ы й вид колебаний;

размеры

(диа­

метр

и д л и н а ) полого

резонатора

в ы б р а н ы

такими, что

в нем

могут

в о з б у ж д а т ь с я

колебания вида

Итпр

с

ази­

мутальной

периодичностью

т,

равной

периодичности

ж е л а е м о г о

вида колебаний резонаторной системы, и

с частотой,

приблизительно

равной частоте

этого

вида;

резонаторной

системы

с нагрузкой на

ж е л а е м о м

виде

колебаний .

Т а к и м способом, например, может быть

осуществлена

перестройка

и с т а б и л и з а ц и я

частоты

в

магнетронном

генераторе миллиметрового

д и а п а з о н а ,

в

котором

рабо ­

чим видом колебаний

является

я/2 - вид [1].

Практический интерес

представляют

исследования

пространственной гармонике

нулевого

вида

колебаний .

Д л я

этой

гармоники в

пространстве

взаимодействия

магнетрона

имеет

место

такое

ж е

распределение

В Ч

поля, к а к и при к о л е б а н и я х я - вида в обычном

магнетро ­

не, но с

удвоенным числом резонаторов N%=2N0:

при

одинаковых

д и а м е т р а х

анодного

отверстия в

рассматри ­

ваемом

магнетроне

число

резонаторов

No в

два

р а з а

меньше,

чем в классическом

(NJ,

и

приблизительно

во столько ж е р а з больше величина отношения

толщины

сегмента

т

к ширине

щели

w.

Л а б о р а т о р н ы й

о б р а з е ц

такого магнетрона

на

фиксированной

волне

имеет

сле­

д у ю щ и е п а р а м е т р ы :

конструктивные;

jVQ = 20;

й а = 1 , 2 Х ;

т / / = 1 , 2 5 ;

/-К /Я=0,36;

г а / я , = 0 , 5 1 ;

/ Д = 0,25;

электрические:

Q0

= 800; Q B H

=

1000;

r,K

= 45%,;

£ „ о / Ч ~ 1

> 2 3 '

где

— амплитуда

„минус первой"

гармоники

поля ну­

левого

вида колебаний; Ек

— амплитуда нулевой или ос­

магнетроне с тем ж е

размером d a

и с Nn

=

2Nc;

входные и

выходные:

(7 а =2 0 кВ ;

/ а = 50 А;

5 = 3400

Гс; < M

= 0,2 мкс;

Q = 2500;

/ 5

н = 1 8 0 к В т ;

TI=- 18%';

/ ^ б М Г ц ;

6 = 1 МГц/А .

Высокочастотная

энергия

выводилась непосредствен­

но

из

торцевой

полости

магнетрона

и

п е р е д а в а л а с ь

в нагрузку по волноводу круглого сечения

на волне

ти­

па

Hoi. В данном

в а р и а н т е конструкции

магнетрона

пе­

рестройка частоты

т а к ж е

в о з м о ж н а .

В

настоящее

время почти

все эти конструкции

вытес­

нены

конструкциями

современных

к о а к с и а л ь н ы х

(КМ)

и обращенных

коаксиальных

магнетронов

( О К М ) ,

озна­

меновавших

своим

появлением

качественный

скачок

в

магнетронной

технике.

2. Общие характеристики КМ и ОКМ

Принципиальное устройство К М схематически

пока ­

зано

на

рис. V I . 1, а

на рис . VI . 2 — О К М . В качестве

ста ­

билизирующего

резонатора

в конструкции

О К М

может

быть

использован

т а к ж е

коаксиальный

резонатор .

В табл . VI . 1 приведены усредненные

значения некото­

Д а н н ы е табл . V I . 1 позволяют у т в е р ж д а т ь , что по

ста­

бильности

частоты

К М приблизительно

на порядок

пре­

восходят

обычные

магнетроны, а по

долговечности —

в несколько

раз . П о мощности и к. п. д. они превосходят

их лишь

на

20—30% [69]. Последнее

объясняется

тем,

Рис.

VI.1. Принципиальное устрой­

ство

коаксиального магнетрона.

/ — р е з о н а т о р н а я

с и с т е м а ;

2 — к о а к ­

с и а л ь н ы й р е з с н а т о р ; 3 — щ е л и с в я з и ;

4 — п о р ш е н ь ;

5 — щ е л ь

в ы х о д н о г о

т р а н с ф о р м а т о р а ; 6 — т р а н с ф о р м а т о р ;

7 — п о г л о т и т е л ь ;

8—резонатор

с щ е л ь ю ;

9 — з а к о р о ч е н н ы й р е з о н а т о р ; 10 — по­

г л о т и т е л ь ; / / — к а т о д .

что у КМ , ка к и у

обычных,

число резонаторов и азиму ­

тальные

размеры

простран­

ства

взаимодействия

могут

быть

увеличены

л и ш ь до

определенного

предела: чис­

ло резонаторов N и диаметр

анодного отверстия da у К М

приблизительно в 1,5—2 ра­

за

больше,

чем у

обычных

магнетронов [70].

К р о м е

того,

по

ряду со­

ображений,

о которых

будет

сказано

ниже,

осевая длина резонаторной

системы

ha

у К М несколько

меньше, чем у обычных

магнетронов,

и

составляет приблизительно 0,15—0,20 от средней

волны

Я с р

рабочего

д и а п а з о н а : / г а ~ ( 0 , 1 5 — 0 , 2 ) Я С р .

П р и

конструировании О К М имеется

большая

свобо­

да

в в ы б о р е

числа

резонаторов

и

рабочих

поверхностей

анода и к а т о д а . В

этом случае

число

резонаторов

анод­

ного блока может быть увеличено до

100 и больше, т. е.

во много раз превосходить число резонаторов

обычного

магнетрона

того ж е

диапазона

волн,

а

отношение диа -

Т а б л и ц а VI . I

Сравнение

параметров и характеристик

коаксиальных

и обычных

магнетронов 3-см диапазона

Наименование

параметра

Обычные

Коаксиаль ­

магнетроны

н ы е маг ­

нетроны

К. П. д . .

%

30—40

45—55

Коэффициент

затягивания частоты, МГц

10—15

3 - 5

Коэффициент

электронного смещения

часто­

200

20

ты,

кГц''А

Относительный срок

службы

1

2 - 5