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

коаксиального типа;

в

конструкциях

магнетронов

10-см

д и а п а з о н а

волн — в

равной

мере все

три

типа

выходных

устройств;

в

конструкциях

магнетронов

3-см

д и а п а з о н а

волн — в

основном

выходные

устройства

коаксиально -

волноводного

и

волноводного

типов;

в

конструкциях

магнетронов

2-см

д и а п а з о н а

волн и

меньше — почти ис­

ключительно

выходные

устройства

волноводного

типа.

длинной линии» [7] обычно пренебрегают и

допускают,

что полезная

нагрузка

(в общем

случае,

комплексная)

подключена

непосредственно

к

выходному

устройству

магнетрона .

В

таком

случае г л а в н а я функция

выходного

устройства

сводится

к

т р а н с ф о р м а ц и и

волновиго

сопро­

тивления коаксиальной линии или волновода

Z 0 в

сопро­

тивление RBB,

вносимое

в резонаторную систему

магне­

трона.

При этом рабочими типами волн я в л я ю т с я соответ­

ственно волна

типа Т Е М , волна типа

Ню и

волны

типов

Н и и Hoi.

Соответствующие у к а з а н н ы м типам волн волновые

сопротивления

определяются

по ф о р м у л а м :

Z0 T EM=1381gZ)/rf,

(VII . 1)

Z

m =

*

±

-

г

1 2 Q *

(VII.2)

он10

8

a

Y\

-

(А0 /2а)

г

где Ъ — у з к а я стенка

прямоугольного

волновода; а —

ш и р о к а я стенка

прямоугольного

волновода;

7

=

1

2 0 7 1

(VII.3)

Z 0 H = ,

i Z W

= - .

(VII.4)

ния 250—300 Ом, а волновое сопротивление

волноводов

круглого

сечения

500—600 Ом

[76]. Величины RBn

для

обычных

магнетронов составляют несколько ом.

Таким образом, выходное устройство любого

типа

действует

как п о н и ж а ю щ и й т р а н с ф о р м а т о р

сопротивле­

ний

с коэффициентом т р а н с ф о р м а ц и и от десятков

до со­

тен

единиц.

Тип передающего тракта и фланцевого

соединения

оговаривается обычно техническим з а д а н и е м

на

р а з р а ­

ботку

магнетрона .

Н а

рпс. V I 1.1

схематически

и з о б р а ж е н ы

некоторые

На

рис. V I I . \ , а

показана

простейшая

связь

резона­

торной

системы с коаксиальной линией

( К Л )

при по­

мощи петли связи. В этом случае главным

трансформи ­

рующим

элементом

является

петля,

дополнительны ­

м и — короткий

отрезок

коаксиальной

линии,

непосредст­

венно

п р и м ы к а ю щ и й к петле связи, и конический

пере­

ход

к

однородной линии. В большинстве

случаев

петля

располагается

внутри

резонатора,

р е ж е — над резонато­

ром. Хорошо

з а р е к о м е н д о в а л а

себя

ленточная

петля

связи.

На

рис. VII . 1,6

и з о б р а ж е н а

более

с л о ж н а я связь си­

стемы

с К Л линией. В этом

случае

центральный

провод­

ник

К Л

непосредственно

присоединяется

к

связке

или

к л а м е л и .

Д в о й н а я петля

связи,

н а г р у ж а ю щ а я

к о а к с и а л ь н у ю

линию (рис. VII . 1,в), впервые применена Ю. В. Губле-

ром

в

1953 г. * при р а з р а б о т к е магнетрона

непрерывного

р е ж и м а .

Коаксиально - волноводное

выходное

устройство

(рис.

V I I . 1,г)

использовалось,

например,

в

магнетроне

725 А; выходные устройства,

показанные

на рис. VII.1,(5,

е,

впервые

исследованы

в

1953

г.

соответственно

И.

Е.

Роговиным

и А.

П.

Б ы к о в ы м ;

последнее

Рис. V I I . l .

Типовые

конструкции выходных устройств магнетронов-

В е н т р а л ь н ы й

п р о в о д н и к

К Л п е р е х о д и т на ш и р о к у ю с т е н к у в о л н о в о д а

при п о м о щ и

н е с к о л ь к и х п е т е л ь ; к

— н е п о с р е д с т в е н н а я

с в я з ь

в о л н о в о д а

с а н о д ­

н ы м б л о к о м

ч е р е з с и с т е м у

щ е л е й ;

л — в о л н о в о д н о - щ е л е в а я

с в я з ь ч е р е з

систе ­

му д в у х о т в е р с т и й в о д н о м р е з о н а т о р е (

— с и л о в ы е л и н и и В Ч м а г н и т н о ­

го п о л я ) ; м — с в я з ь в о л н о в о д а с а н о д н ы м

б л о к о м

ч е р е з

ч е т в е р т ь в о л н о в ы й

т р а н с ф о р м а т о р ; к — с в я з ь

в о л н о в о д а с а н о д н ы м б л о к о м ч е р е з с т у п е н ч а т ы й или

(рис. V I I . 1,е) н а ш л о широкое применение в

мощных

маг­

нетронах и

амплитронах .

з, и)

Конструкции

выходных устройств

(рис. V I 1.1,ж,

являются т а к ж е

оригинальными .

В конструкции,

пока­

занной на

рис. V I I . \ , ж , применен

коаксиально - волновод -

ный

переход «грушевидного» типа, р а з р а б о т а н н ы й

авто­

ром

в 1952

г. При

оптимальных

конструктивных

разме ­

рах

этот

переход

моделируется

во

всем

д и а п а з о н е

рокую полосу согласования (15 — 20%) в отсутствие

со­

гласующих д и а ф р а г м [82].

Выходное устройство, показанное на рис. VIII.1,3, ис­

следовано Л . И. Кишеневским и Я. А. Старец в 1964

г.

рывного

р е ж и м а , предназначенных

д л я С В Ч

нагрева .

В конструкции этого

магнетрона

применена

резона-

ю р н а я

система

бугельного

типа с

тремя

кольцевыми

с в я з к а м и без р а з р ы в о в ;

центральный

проводник

коакси ­

альной

линии

присоединен

непосредственно

к

перифе­

гели

и

центральный проводник

коаксиальной

линии

о х л а ж д а ю т с я

водой совместно или

раздельно . В

зависи­

мости

от

места

присоединения

коаксиальной

линии

к с в я з к а м внешняя добротность такой системы

может

изменяться в значительных пределах; при этом

б л и ж а й ­

ший

к

я - виду

паразитный

вид колебаний оказывается

полностью

подавленным .

На

рис.

VII.1,и

показан

вариант коаксиально - волно -

стему щелевых антенн (рис.

V I 1.1,к), предложено

авто­

ром в 1957

г. О р и г и н а л ь н а я

модификация

такой

связи

р е а л и з о в а н а

Л . А. Р и в л и н ы м

в

конструкции

миллимет­

рового магнетрона (рис. VII . 1,л) .

Выходные устройства волноводного типа,

в которых

д л я связи анодного блока с

волноводным

используется

четвертьволновый т р а н с ф о р м а т о р

(рис. V I I . l , ^ ) ,

наибо­

ходные устройства стали

применяться в

конструкциях

з а р у б е ж н ы х магнетронов.

В

некоторых случаях

из конструктивных с о о б р а ж е ­

ний

и из соображений широкополосное™

четвертьвол-

15—453

225

мер кварцем [83]. О д н а к о при

этом возрастают потери

энергии в

трансформаторе .

Более

«гибкой» о к а з а л а с ь

конструкция выходного

чественных

магнетронов и

амплитронов . На рис. V I 1.1,я

(пунктиром) и VII.1,о показаны выходные устройства

рупорного

типа.

На рис.

V I I . 1 представлены д а л е к о не

все выходные

устройства,

применяемые

в конструкциях

современных

магнетронов. Здесь нет,

например,

симметричных вы­

ходных устройств, упоминаемых в гл. V I . Оригинальным

является т а к ж е выходное

устройство,

конструктивно сов­

во предложено

В. П. Ереминым в 1967 г. и применено

в конструкции

магнетрона с инжектированным электрон ­

ным потоком.

Перейдем к

последовательному и более подробному

решать р а з р а б о т ч и к у при конструировании

выходных

устройств.

Расчету выходного устройства

д о л ж н о предшество­

вать з а д а н и е таких параметров,

как средняя

частота

ходная

мощность, к. п. д.,

коэффициент затягивания ча­

стоты

(внешняя добротность) и допустимые изменения

этих величин. Кроме того,

д о л ж н ы

быть

известны

тип

передающего тракта, р е ж и м ы

и условия

эксплуатации

магнетрона

данного типа.

2. Расчет

параметров индуктивной

связи

магнетрона

с передающей линией коаксиального типа

Д л я

полых

резонаторов

простых

форм

т а к а я

связь

хорошо

изучена

[84]. О д н а к о

д л я

многорезонаторных

которые

следует учитывать при

конструировании

выход­

ных устройств: р а з м е р ы петли

связи соизмеримы

с р а з ­

мерами

выходного резонатора

и ими ограничиваются;

обходимость применять

ленточные и двойные петли связи;

при

слишком

м а л ы х

з а з о р а х м е ж д у стенкой резона­

тора

и петлей

связи м о ж е т наступить электрический про­

натора

может свести на нет т р а н с ф о р м и р у ю щ и й

э ф ф е к т

выходного устройства.

Д л я

расчета величины внешней добротности

магне­

зонаторной

системе и в

петле связи м о ж н о пренебречь

и считать,

что выходной

резонатор весьма слабо связан

соответствующей

р е ж и м у

вынужденных

колебаний

(рис. V I I . 2 ) ,

и

по

схеме,

соответствующей

р е ж и м у

соб­

ственных колебаний

(рис. V I I . 3 ) .

Приведенные

под

рисунками

соотношения

показыва ­

ют, что

при

собственных

и

вынужденных

колебаниях

эквивалентного

контура д л я

определения

внешней

доб ­

ротности

необходимо

знать

п а р а м е т р ы т р а н с ф о р м а т о р а

L a и Мп,

т а к

как

остальные

п а р а м е т р ы эквивалентного

контура

предполагаются известными.

Коэффициент

самоиндукции

петли

связи

L n может

быть рассчитан

по

хорошо

известной

формуле [85]

где

£ поткр — самоиндукция

иеэкранированной

петли;

du—

средний диаметр петли

круглого

профиля; dnpQB

—

диаметр проволоки

петли.

Не

в д а в а я с ь в

описание

методики

измерения

пара ­

метров

т р а н с ф о р м а т о р а связи, у к а ж е м , что коэффици ­

ент самоиндукции петли связи, экранированной

выход­

ным

резонатором

анодного

блока, приблизительно

на

15% меньше

коэффициента самоиндукции иеэкраниро ­

ванной петли

связи:

•п экр^0,85

Ц'Л отмр-

(VII . 6)

Коэффициент

взаимоиндукции

петли связи

Мп прибли­

женно может

быть рассчитан

по ф о р м у л а м

[86]

15*

227