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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 180

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

в современных

мощных

и сверхмощных

магнетронах

уровень

 

генерируемой

мощности

м о ж е т

ограничиваться

не удельными тепловыми

н а г р у з к а м и

на л а м е л и

анодно­

го блока и не эмиссионной способностью

катода,

а

 

про­

пускной способностью окна связи.

 

 

 

 

 

 

Так,

например,

при

уровнях

 

полезной

мощности

2—

4 М В т

в

импульсе

и

средней

мощности

2—4

к В т

окна

связи

из

стекла

С38-1,

спаиваемого

с

к о в а р о м

через

стекло С48-1 *,

не

выходят из строя л и ш ь

при

интенсив­

ном

воздушном

о х л а ж д е н и и

и

избыточном

давлении

в п е р е д а ю щ е м тракте .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и уровнях мощности в несколько

десятков

мега­

ватт

д а ж е керамические

окна

связи

часто выходят

из

строя из-за электрических пробоез и интенсивной элек­ тронной бомбардировки .

Д а л ь н е й ш е е повышение уровня мощности, рассеивае ­ мой в полезной нагрузке, может быть решено приме ­

нением многоканальных п е р е д а ю щ и х т р а к т о в

с р а з д е л ь ­

ными окнами связи и полимерных пленок

в

качестве

окна связи в одинарном тракте **.

 

 

 

 

 

 

 

По

конструктивным

п р и з н а к а м

окна

связи

 

могут

быть

подразделены

на

к о а к с и а л ь н ы е

и

волноводные;

на

плоские,

наклонные

(по

отношению

к оси

волновода)

и выпуклые

(овальные

и ступенчатые);

на

толстые

(ког­

да

толщина

перегородки

t

сравнима

с длиной

волны

в диэлектрике АЕ), тонкие

(когда

t<.Xt)

и

очень

тон­

кие

(когда

/<^А,);

к

последним

относятся,

например,

полимерные пленки. К р о м е того, они могут

быть

п о д р а з ­

делены на

окна

с

дроссельной защитой

от

пробоев и

с бездроссельной

( к о н т а к т н о й ) .

 

 

 

 

 

 

 

Н а

рис. V I I . 1 2 — V I I . 1 6

п о к а з а н ы соответственно

кон­

струкции к о а к с и а л ь н ы х и волноводных плоских, наклон ­ ных, выпуклых и ступенчатых окон связи.

* По своим температурным свойствам от указанных стекол вы­ годно отличается так называемое молибденовое стекло С48-3. Темпе­ ратура размягчения этого стекла — 810 °С; до температуры 400 °С параметры стекла практически не изменяются; стекло хорошо спаи­ вается непосредственно с молибденом, имеет самую низкую газопро­ ницаемость и высокую химическую стойкость, допускает откачку при­ бора при температуре 730 °С [184, 185].

** Идея использования полимерных пленок в качестве окон свя­ зи в мощных приборах СВЧ была высказана П. Л. Капицей в 1965 г. Исследования таких окон связи проведены В. П. Сазоновым и В. М. Лямзиным.

251

Д л я м а л о м о щ н ы х

Магнетронов

годится

л ю б а я конст­

рукция. О д н а к о

для

мощных и сверхмощных магнетро­

нов, например,

узлы

с наклонными

окнами

непригодны,

несмотря на их широкополосность: при больших уровнях мощности м е ж д у поверхностью окна и волноводом воз­ никают электрические пробои, корона и вторично — элек­ тронный резонанс .

Керамика

1

4

J

 

Стекло

Стекло

Медь Керамика Медь

Вольфрам

Рис. VII.12. Конструкции некоторых типов окон связи (узлов ва­ куумного уплотнения) в коаксиальных каналах:

а — дисковое; б, в — цилиндрические; г, д — конические; е — овальное.

Рассмотрим более подробно круг вопросов, возникаю ­ щих при конструировании узлов вакуумного уплотне­ ния.

Вопросы широкополосного согласования . Узел ва­

куумного уплотнения д о л ж е н быть отработан

таким

образом,

чтобы

поле основной волны и с к а ж а л о с ь

мини­

мально,

энергия

в стоячих

и з а т у х а ю щ и х волнах

не на­

к а п л и в а л а с ь , а

участки с

перенапряжением электричес-

252

кого поля отсутствовали . Эти требования накладываю1 !' определенные ограничения на выбор средств, необходи­

мых д л я достижения широкополосного

согласования .

Плоское поперечное

окно

поддается

строгому

расчету

и изучено

достаточно

подробно.

К о э ф ф и ц и е н т

о т р а ж е ­

ния

Г е

от

плоского

окна

простейшей конструкции

(рис.

VII.12,a

и VII.13,a) м о ж н о

определить из

теории

t

а

В

в

Рис. VII.13. Конструкции БОЛНОБОДПЫХ узлов вакуумного уплотнения

споперечными плоскими окнами:

а— с согласующим стержнем; б — с согласующими диафрагмами; в —с согла­

сующими уступами; г — с согласующими дроссельными карманами; д — двой­ ное окно с коническими переходами.

Рис. VII.14. Конструкции волноводных узлов вакуумного уплотнения с наклонными (а, б) и параллельными (в, г) относительно' широких

стенок волноводов плоскими окнами.

253

дли н ных линии:

 

 

l ^ o „ —

U|tg VJ\

(VII.25)

 

!Г1 =

- K ( 2 Z O I B ) =

+ ( z 2 T H + l ) M g p /

 

 

где

Z 0 T H — отношение волнового

сопротивления

участка

волновода с диэлектриком

к

волновому сопротивлению

незаполненного

волновода;

рЕ =

2и/Яе — фазовая

постоян­

ная

волновода

с диэлектриком;

t — толщина перегородки.

Рис. VII.15. Формы выпуклых окон связи:

а — п о л у с ф е р и ч е с к о е ; 6 — пологое; в — т р е х ц е н т р о в о е ц и л и н д р и ч е с к о е ; г — ци ­ л и н д р и ч е с к о е к у п о л о о б р а з н о е ; д — с т р е л ь ч а т о е ; е — к о н и ч е с к о е .

Из приведенной формулы видно, что о т р а ж е н и е от пластины изменяется с изменением толщины окна. При толщине пластины t, равной половине длины волны в вол­ новоде с диэлектриком Яв е (т. е. при [3/ — и ) , коэффи­ циент отражения Г 8 равен нулю. При отклонении от этой

4 ?

Ч

ттгЛ

Рис. VI 1.16. Конструкции узлов вакуумного уплотнения со ступенча­ тыми окнами связи:

а — к о л п а л к о в о е о к н о [112]; б, в — П - и — Н - о б р а з н ы е с т у п е н ч а т ы е о к н а ; г — д в у х с т у п е н ч а т о е о к н о с г о р и з о н т а л ь н о й м е т а л л и ч е с к о й п л а с т и н о й ; д — т р е х с т у ­ п е н ч а т о е с и м м е т р и ч н о е о к н о .

254

величины о т р а ж е н и е быстро возрастает, причем тем бы­

стрее, чем больше диэлектрическая

проницаемость

окна .

Обычно

полоса

полуволнового окна

составляет 1—5% по

уровню

К С В Н

о"<с:1,2. П о л у в о л н о в ы е окна ч а щ е

всего

применяются в выходных устройствах магнетронов мил­

лиметрового

д и а п а з о н а .

 

 

 

При

уменьшении

толщины

окна

до четверти длины

волны в

волноводе с д и э л е к т р и к о м

о т р а ж е н и е

возраста ­

ет, достигая

максимальной величины

 

 

 

| г . | = М в - 1 ) / ( в + 1)-

(VII.26)

 

 

 

При д а л ь н е й ш е м уменьшении толщины окна t

о т р а ж е н и е

уменьшается

и при м а л ы х толщинах:

 

 

 

| Г | ^ К / Я Е ) ( е - 1 ) .

(VH.27)

Если / < ; д , е м и н / 3 0 е , то

| Г е | < 0 , 1

в широком диапазоне ча­

стот .

 

 

 

 

 

 

П р е д е л уменьшения толщины перегородки определя ­ ется ее механической прочностью и газопроницаемостью .

Широкополосное согласование при реальных толщи ­ нах плоских окон достигается пр и помощи дополнитель ­ ных согласующих элементов . Так, например, при помощи

емкостных

или

индуктивных д и а ф р а г м

(рис.

V I I . 13)

м о ж н о

получить

согласование

в полосе

25—30%

при

К С В Н

0 < 1 , 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а к

н а з ы в а е м о е «баночное»

окно

(113] при

помощи

двойного

ступенчатого

перехода

(рис. VII.13,e)

 

согла­

суется

в полосе

порядка

40%. Б л а г о д а р я

простоте

и тех­

нологичности

конструкции, большой

широкополосное™

и пропускной

способности баночное окно

н а ш л о

широкое

распространение, з а м е н и в собой окно дроссельного типа

(рис.

V I I . 13,г). Последнее,

однако, н а ш л о

свое воплоще ­

ние в

модифицированной

конструкции,

показанной на

рис. V I 1.17

[114]. Конструктивная

особенность этого окна

состоит в

том, что т о л щ и н а его

в центре значительно

меньше, чем у краев . Это позволяет уменьшить потери,

снизить температурные градиенты и повысить

широко -

полосиость.

 

 

Н а

рис. V I I . 13,5

показано так н а з ы в а е м о е

«двойное»

окно

связи (108]. В

таком у з л е диски разнесены по оси

волновода на расстояние, приблизительно равное четвер­ ти длины волны. П о л о с а согласования двойного окна по

255

у р о в ню К С В Н а < ; 1 , 2 составляет 5—7% [П5] . Д л я рас­ ширения полосы согласования применяют двойные кони­ ческие переходы, как это показано на рис. V I I . 13,д. Пр и этом полоса согласования расширяется до 18—20%- По ­

лоса согласования наклонных окон

(рис. VII . 14)

по

уровню К С В Н

сг<с:1,2 обычно

составляет

20—25% • В ра­

боте ![П6] дано

теоретическое

обоснование

г р а ф о а н а л и т и ­

 

 

Рис. VII.17. Конструкция

окна

 

 

с двояковогнутым диэлектриче­

 

 

 

ским

диском:

 

 

 

/ — к о л ь ц о из м я г к о й с т а л и ; 2 —

 

 

м е д н ы й

к о р п у с ;

3 — и н д у к т и в н ы е

 

 

д и а ф р а г м ы ; 4— к е р а м и ч е с к и й д и с к ;

 

 

5 — м о л и б д е н о в о е

к о л ь ц о ; 6 — дрос ­

 

 

 

 

с е л ь .

 

ческого метода расчета частотных характеристик узлов вакуумного уплотнения с наклонными, выпуклыми и ciy - пенчатыми окнами .

Этот метод принципиально сходен с графоаналитичес ­

ким

методом расчета характеристик т р а н с ф о р м а т о р о в

сопротивлений.

 

 

 

В частности, для наклонной перегородки прямоуголь ­

ной

формы (рис. VII.14,а) максимальный

угол

наклона

я|), при котором на заданной волне X перегородка

толщи ­

ной

/ и диэлектрической проницаемостью

е согласована,

т. е. не отражает, определяется из уравнения

 

где а, Ь — размеры волновода.

Выпуклые

окна (рис. V I I . 15)

по сравнению с окнами

других форм

о б л а д а ю т

наибольшей электрической и ме­

ханической прочностью,

а

т а к ж е

наибольшей

термостой­

костью. Этим

объясняется

тот

факт, что в

выходных

устройствах мощных импульсных магнетронов применя­

ются почти

исключительно

выпуклые

окна.

Н а и б о л е е

широкополосное

согласование

достигается

при сочета­

нии выпуклых окон с дополнительными

согласующими

элементами

(с

д и а ф р а г м а м и ,

в к л а д ы ш а м и ,

уступами,

коническими

переходами и

др . ) . Пр и этом

полоса про-

256

Смотрите также файлы