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

В

цилиндрическом

ж е волноводе

порядок

расположения

частот видов колебаний несколько иной:

Н ш ,

Н 2 ц , Н П ц,

Нзи, Н ш . . . Поэтому в К М н а и б о л ь ш у ю

опасность для

рабочего вида

колебаний представляет

вид Н ш , а в О К М

с

цилиндрическим

резонатором — Н 3

1 ь

что

подтверж ­

дается экспериментально . В О К М введением

централь ­

ного проводника в полость

цилиндрического

резонатора

м о ж н о изменять относительное

р а с п о л о ж е н и е

кривых

настройки различных видов колебаний; при этом

к р и в а я

настройки рабочего вида колебаний смещается

в сто­

рону более высоких частот.

И з рис. VI . 3, VI . 4 видно,

что ход кривых

настройки

в К М определяется

ходом кривых

настройки

идеального

коаксиального

резонатора,

т. е.

ф и к с и р у ю щ а я

способ­

ность К М практически полностью

зависит от

фиксирую ­

щей способности стабилизирующего резонатора .

П р о б л е м а подавления

паразитных

видов

колебаний

в К М и О К М

представляет

самостоятельный

интерес,

несмотря на то, что общий

подход

к ее решению такой

ж е ,

как и дл я

обычных магнетронов. Н е

случайно

по­

этому, что основная

часть

литературы

по К М и О К М

посвящена решению именно этой проблемы

[13, 27, 68,

71,

74]*. З а м е т и м ,

кстати,

что первоначально

конструк­

ция

К М была,

по-видимому,

з а щ и щ е н а

американским

патентом № 2.734.148, кл. 315—39.61,

по з а я в к е Ч . Азе-

ма

с приоритетом

от 3

апреля

1950 г.,

опубликованной

7 ф е в р а л я

1956 г.,

а

конструкция

О К М — авторским

свидетельством

№

115.956,

кл.

21, 13ie,

по

з а я в к е

П.

И. Филиппова

№

А-11/444.319

с

приоритетом

от

6 марта 1951 г.

В сложных

колебательных

системах

К М и О К М мо­

гут

в о з б у ж д а т ь с я

и о к а з ы в а т ь

вредное

воздействие

на

рабочий колебательный р е ж и м

виды

колебаний, не

при­

н а д л е ж а щ и е

спектрам

нормальных

видов

колебаний

ре­

зонаторной

системы

анодного

блока

и

стабилизирующе ­

го

резонатора .

К

т а к и м

видам

колебаний

относятся

п р е ж д е всего,

низкодобротные

Д В я - в и д ы

колебаний

[78, 79, 80]. Один из них возникает

б л а г о д а р я э ф ф е к т у

разнорезонаторности

в

связанной

системе

з а к р ы т ы х

и

открытых резонаторов,

когда

в

щ е л я х связи

з а п а с а ю т с я

значительные

доли

энергии

(от

энергии, запасенной

во

«отключается»

от

анодного

блока

магнетрона:

В Ч

поля

щелей связи с л а б о проникают в полость

стабилизирую ­

щего резонатора . В д а л ь н е й ш е м

будем

н а з ы в а т ь

этот

вид

колебаний

щелевым

я - видом

или

длинноволновым

я - видом 1-го рода и

обозначать Д В я 1 . Р а з н о р е з о н а т о р -

ность обусловлена

з а м е т н ы м

различием

эквивалентных

п а р а м е т р о в

(собственных

частот,

волновых

и

входных

сопротивлений) з а к р ы т ы х и открытых резонаторов

анод­

ного

блока

и п о д д е р ж и в а е т с я

б л а г о д а р я

сильной

связи

м е ж д у внутренней

(резонаторами

анодного

блока) и

внешней

(щелями

связи)

колебательными

системами .

Д р у г о й длинноволновой я - вид

колебаний,

н а б л ю д а е ­

мый

в пространстве

взаимодействия К М

и О К М ,

т а к ж е

возникает

б л а г о д а р я

наличию

разнорезонаторности

в

связанной

системе

з а к р ы т ы х

и

открытых

резонаторов

с

той, однако,

разницей,

что

в

этом случае

щели

связи

з а п а с а ю т

м а л ы е доли энергии,

а

поле

колебаний

вида

Нон

коаксиального

резонатора

заметно

«провисает»

в

пространстве

взаимодействия .

К о а к с и а л ь н ы й

резона­

каковыми я в л я ю т с я

щели

связи.

В д а л ь н е й ш е м

будем

н а з ы в а т ь

этот

я - вид

колебаний

длинноволновым

я-ви­

дом 2-го рода

и обозначать

Д В я г .

Вероятность установления Д В я г - в и д а колебаний воз­

растает с

уменьшением

числа резонаторов, р а д и а л ь н о й

протяженности

л а м е л е й ;

с уменьшением н а р у ж н о г о диа­

тяженности л а м е л е й

(длины

анодного б л о к а ) ; с

увели­

чением

раскрыва (ширины) щелей связи и аксиальной

длины

щелей связи.

П р и

выполнении

условий,

благоприятных д л я

сущест­

больше волны рабочего я - вида

колебаний .

При работе магнетрона на

Д В я г - в и д е колебаний,

к а к

на рабочем виде, достигается

значительно

большие

ве­

личины выходной мощности и

коэффициента ЭСЧ,

чем

при работе на основном л-виде колебаний .

И н а ч е гово-

сопровождается ухудшением

стабильности.

Существование трех л-видов колебаний в сложных

колебательных

системах

К М и О К М является следстви­

ем связи четырех резонансных

колебательных

систем:

з а к р ы т ы х резонаторов,

открытых

резонаторов,

щелей

связи и стабилизирующего резонатора . При этом

рабо ­

чий или основной я - вид

колебаний

н а б л ю д а е т с я

в том

случае, когда

эквивалентные

п а р а м е т р ы стабилизирую ­

щего резонатора и щелей

связи

распределяются прибли­

резонаторов,

т. е. когда

эквивалентные п а р а м е т р ы от­

крытых и закрытых резонаторов м а л о

р а з л и ч а ю т с я .

Взаимное

р а с п о л о ж е н и е

частот я - видов

связи

зави ­

сит от геометрических

р а з м е р о в

колебательных

систем.

Так,

например,

в

К М

2-см

д и а п а з о н а

с п а р а м е т р а м и

fta = 3,5 мм, с?а = 8,8

мм, ? щ = 1 4 мм и te>m =l,5 мм

основ­

ной

я - вид

н а б л ю д а л с я

в

д и а п а з о н е

частот

13200—

15300

МГц , Д В я г В и д — в

д и а п а з о н е 10900—11000

М Г ц

и Д В я 2 - в и д — в диапазоне

10000—!0330 МГц .

В

К М и О К М могут существовать

т а к ж е кольцевые

(поршневые)

виды

колебаний . В о з б у ж д а ю т с я

они в коль­

цевых з а з о р а х

м е ж д у

боковыми

(подвижными)

стенка­

ми бесконтактного поршня и стенками

н а р у ж н о г о и

внутреннего

цилиндров

коаксиального

резонатора

(или

м е ж д у боковыми

стенками

поршня и

цилиндрического

р е з о н а т о р а ) . Наконец,

в К М и О К М могут

существовать

торцевые («запоршневые»)

виды

колебаний .

Последние

ле являются

п а р а з и т н ы м и видами, так как В Ч поля этих

видов

с электронным

потоком

магнетрона непосредст­

венно не взаимодействуют: они и с к а ж а ю т

В Ч поле рабо ­

чего

вида

колебаний,

заметно

с н и ж а я

добротность и

дов колебаний

в К М и О К М не существует.

О д н а к о дл я

к а ж д о г о вида

паразитных колебаний м о ж н о

найти наи­

более эффективный способ подавления .

Известны

следующие способы подавления

паразит ­

ных видов колебаний в К М и О К М .

1. Применение дросселей с целью ослабления

В Ч то­

ков Н т и р - в и д о в колебаний в коаксиальном

или цилин­

Н о и - в и д а ,

имеют

р а д и а л ь н ы е

и осевые с о с т а в л я ю щ и е

ВЧ токов.

Дроссель, р а с п о л а г а е м ы й

в месте стыка

тор­

цевых

и

боковых

стенок резонаторов,

прерывает

ток

в р а д и а л ь н о м

направлении . С

этой

ж е

целью

подвиж ­

ный поршень делается бесконтактным .

Электрическая

длина

дросселя

д о л ж н а быть

в ы б р а н а

равной

четверти

ответствующей

средней

волне

д и а п а з о н а

перестройки

этого вида.

Общий недостаток такого способа

подавления

пара ­

зитных

видов

колебаний

з а к л ю ч а е т с я

в его

селективно­

сти: ВЧ

дроссель, настроенный

на фиксированную

вол­

личных

паразитных

Н т п р - в и д о в

колебаний .

2. Применение

различного

рода поглотителей

С В Ч

энергии

(графитовых покрытий,

сахарных

керамик,

кар ­

бонильного ж е л е з а ,

альсифера

и т. д.) с

целью пониже­

зитных

видах колебаний .

Д а н н ы й

способ подавления

паразитных

видов

коле­

баний

является

наиболее

универсальным:

поглотители

эффективно ослабляю т ВЧ поля не только

нормальных

паразитных

Я т п

р - в и д о в

колебаний

коаксиального

(ци­

линдрического)

резонатора, но

и поля Д В я г в и д а

коле­

баний,

а т а к ж е

всех «запоршневых»

видов

(рис.

V I . 1 ) .

Д л я

подавления Д В л г В И д а колебаний

в

К М

кера­

мические или алундовые кольца, на которые

был

нане­

сен слой сахарной керамики, р а з м е щ а л и с ь

на

полюсных

щелей связи, а концы щелей покрывались

альсифером .

Недостаток данного способа

подавления

паразитных

видов колебаний з а к л ю ч а е т с я в

том, что вместе с подав­

данный способ подавления

не может

быть реализован на

практике в полной мере.

Во всех случаях виды

колебаний

Н ( 2 [

и

Д В Я 1 могут

считаться подавленными,

если н а г р у ж е н н

а я

добротность

ков единиц. Так, например, у К М 3-см

д и а п а з о н а нагру­

ж е н н а я добротность при этих видах

д о л ж н а быть не

более 50.

3. Применение

дифференцированной связи

м е ж д у

анодным блоком и стабилизирующим резонатором

К М :

щели связи

д е л а ю т с я

разными по п р о ф и л ю и

но

элек­

трическим п а р а м е т р а м .

При

этом они

р а с п о л а г а ю т с я на

поверхности

анодного

блока

группами,

к а ж д а я

из

кото­

рых состоит

из одной или нескольких

щелей одинаково ­

го профиля . Таким способом удается

ослабить

непо­

средственную связь

м е ж д у щ е л я м и и предотвратить

или

оооа

1 1

5,

1

ООО

оооа

Рис. VI.5. Способы

группирования

щелей

связи:

- с х а о т и ч е с к о й р а с с т р о й к о й ; б — с п е р и о д и ч е с к о й р а с с т р о й к о й ; в

ш и р и н ы ; г, д, е — с п е ц и а л ь н ы х ф о р м .

во всяком

случае

значительно

ослабить

возбуждение

Д В я г В И д а

колебаний .

Число

щелей

в

группе

д о л ж н о

быть достаточно

большим,

чтобы отсутствовала

связь

м е ж д у

группами

с одинаковыми

р а з м е р а м и щелей.

С

другой

стороны,

а з и м у т а л ь н а я

протяженность

групп

щелей не д о л ж н а

быть

слишком

большой,

так к а к

в этом

случае

электронный

поток

может

«засинхронизо-

Так, например, при Л/ = 32

(16 щелей связи) опти­

мальное число групп равно 4.

На

рис. VI.5 показаны различные способы группиро­

вания

щелей связи. На практике

может встретиться, оче-