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

метра

анода

da

к

диаметру

катода

dK

приближаться

к единице

(a = dJdK>0,9).

Последнее,

в частности,

дает

основание

при

расчетах р а с с м а т р и в а т ь

обращенный

маг­

нетрон

как

плоский

[71].

Тепловые

нагрузки

на

л а м е л и

анодного

блока

и

удельные

плотности

тока эмиссии

с катода

для

О К М

в 2—3

р а з а

меньше,

чем

д л я

КМ. того

ж е

д и а п а з о н а

и

той ж е

мощности.

Т а б л и ц а

VI.2

Параметры

ОКМ

Диапазон

частот,

ГГц

6

10

14—18

30—35

70

Импульсная мощность, МВт

5

3,5

0,5

0,2

0,06

Средняя

мощность,

кВт

5

3,5

0,5

0,1

0,02

Напряжение,

кВ

35

33

25

23

15

К. п. д.,

%

55

50

40

30

15

В

табл.

V I . 2

приведены

усредненные

значения

д л я

основных п а р а м е т р о в

О К М

[68]. Высокая

стабильность

К М

и О К М

обусловливается

тем,

что

при

благоприят ­

ных условиях связи на частоте рабочего

вида

к о л е б а ­

ний,

когда

в

пространстве

взаимодействия

магнетрона

зонаторе

локализуется

до

90%

энергии

от энергии, за­

пасенной

во

всей

системе.

П р и

этом

коэффициент

ста­

билизации

S C T

достигает

значений

8—10.

быть в ы б р а н ы независимо от конструктивных

и

элект­

рических

параметров

с т а б и л и з и р у ю щ е г о

резонатора .

Общий

недостаток

к о а к с и а л ь н ы х

и о б р а щ е н н ы х

коак­

сиальных магнетронов

з а к л ю ч а е т с я

в

том,

что

они

воз­

б у ж д а ю т с я

и

стабильно

р а б о т а ю т

л и ш ь

при

сравни­

тельно малых

крутизнах

фронта 5 ф импульса

анодного

н а п р я ж е н и я :

по

д а н н ы м

И. Д . Хмельковой и

др .

д л я

магнетронов

3-см

д и а п а з о н а

величина

5 ф л е ж и т

в

пре­

делах 2 0 — 1 5 0

к В / м к с ;

о п т и м а л ь н а я

ж е

величина

крутиз­

ны фронта

5 ф О п т ~ 4 0

к В / м к с [72].

К р о м е

того,

настраи ­

в а е м ы е К М и О К М менее

вибропрочны,

чем

обычные

3. Спектры собственных частот в КМ и ОКМ

М е х а н и з м ы работы коаксиальных и о б р а щ е н н ы х

коак­

сиальных

магнетронов во многом схожи . В самом

деле,

и в том

и в другом случае стабилизирующий резонатор

торами *

анодного

блока

через

один,

д р у г а я

система

резонаторов ** непосредственно

не с в я з а н а

с

внешним

резонатором . Будучи связанными

м е ж д у

собой, открытые

и з а к р ы т ы е резонаторы

в о з б у ж д а ю т с я

в

противофазе,

б л а г о д а р я

чему

в

пространстве

взаимодействия

магнет­

рона образуется

конфигурация

поля, п р и с у щ а я

колеба ­

ниям я - вида .

Д р у г и е

нормальные

виды колебаний

резонаторной

линдрического

(в

О К М )

резонаторов

не

п о д д е р ж и в а ю т ­

ся или

п о д д е р ж и в а ю т с я

очень

слабо .

Н а п р о т и в ,

эти

ко­

лебания

хорошо

п о д д е р ж и в а ю т с я

колебаниями

вида

H m n p

(тФО)

коаксиального или цилиндрического резо­

наторов.

Колебания

ж е

вида

ЕтПр

коаксиального или

цилин­

дрического

резонаторов

практически

слабо

с в я з а н ы

с нормальными видами колебаний резонаторной

системы

и сильно

связываются с ними

л и ш ь при нарушении сим-

* Условно будем называть эти

резонаторы

«открытыми».

** Условно

будем

называть эти

резонаторы

«закрытыми».

метрик в системе анодный

блок — внешний

резонатор —

выходное

устройство.

При

конструировании

К М

стремятся

к

тому, чтобы

в з а д а н н о м

д и а п а з о н е

перестройки

частоты

он

устойчиво

в о з б у ж д а л с я и стабильно

р а б о т а л

только

на

одном

виде

колебаний . Условно будем

н а з ы в а т ь этот

вид

колебаний

рабочим л-видом, остальные виды

к о л е б а н и й — - н е р а б о ­

чими или «паразитными» независимо от их

природы .

З а д а ч а

конструирования К М

более

т р у д н а я , чем

ана ­

логичная

з а д а ч а

д л я

обычных

магнетронов,

т а к

к а к

в К М

существует

значительно

большее

число

паразит ­

ных видов

колебаний,

чем

в

обычном

магнетроне.

П р е ж д е

всего,

необходимо

правильно

р а с п о л о ж и т ь

спектр собственных частот анодного блока

относительно

спектра

собственных

частот

коаксиального

резонатора;

правильно учесть величину смещения частоты

д л я

к а ж ­

дого из

Hmnp - видов колебаний

в собранном

магнетроне

одну

и ту ж е величину и установить зоны

«опасных

сов­

падений собственных частот» д л я

к а ж д о й

пары взаимо ­

действующих видов

колебаний коаксиального

резонато­

ра и

резонаторной

системы анодного блока {73].

В

т а б л . VI . 3 д л я

трех

анодных

блоков

JV=16, 20

и

40

приведены соответственно

номера

нормальных

видов

ко-

Т а б л и ц а

VI.3

стабилизирующего

резонатора и анодного блока

Число ре­

Нормальные виды

колебаний

стабилизирую

Номера

нормальных

зонаторов

видов колебаний ре­

щего резонатора, Н т

п р

N

зонаторной системы к

7,

1

16

•

н а

„

6,

2

Н 3

и

5,

3

Н 4 п

4

9,

1

20

Н2 ц

8,

2

Нзи

7.

3

Н 4

ц

;

6,

4

н . „

5

19,

1

40 .

н г п

18,

2

17,

3

16.

4

л е б а н ий системы и взаимодействующих

с

ними видов

колебаний

стабилизирующего

резонатора

при

совпаде­

нии их собственных частот.

Считалось {74], что широкий

д и а п а з о н

стабильной ра­

боты К М может быть достигнут

в том случае, если часто­

та

генерируемых

колебаний о к а з ы в а е т с я

более

высокой,

чем

собственная

частота

анодного блока

при

колебани ­

ях вида я .

О д н а к о

эксперименты,

проведенные Э. Д .

Ш л и ф е р о м

боте [74] положение: оказывается, что наиболее

широкий

диапазон

стабильной работы К М получается в

том

слу­

чае, когда

собственная частота анодного блока

(при

ко­

л е б а н и я х

я - вида)

несколько

больше (не более чем на

•N^•4»

5%)

максимальной

частоты ра­

т,ГГц

бочего

д и а п а з о н а [75].

ч

ч.

^

В

коаксиальном

резона­

торе

собственные

частоты

7,0 Ч

Ч .

Н -видов

располагаются

па

Ч.

оси

частот

в

следующем

по­

Ч .

рядке:

Н ш , Н 2 ц ,

Нзн,

Н 0 ц ,

ч

ч

Hzzi

0 ч

Hi2i,

Н221,

Н ш

и т.

д.

(76,

77].

}%

s

^

ч

f.rru,

\ \

\ ч ^

6,0

Нон

\

^ 4 .

5,5

\ \

^

\

5,5

\

\ 4

\

\

\

4

4

5,0

'>ЧЧчЧчЧ^//г,/

3D

35

4

35

W

W

L,MM

in,мм

ч

Рис. VI.3. Экспериментальные

кривые перестройки Ylmnv

видов

ко­

лебаний

коаксиального

резонатора

с

гладким

внутренним

ци­

линдром

(

) и

КМ

(

) для случая, когда собственная

волна анодного блока

при колебаниях вида я больше короткой вол­

ны рабочего диапазона.