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: 175

Скачиваний: 0

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

п у с к а н ия окна по

уровню

К С В Н о*<:.1,2

м о ж е т

состав­

лять 40— 50%.

 

 

 

 

В коническом

окне

(рис. VII.15,e)

длина

конуса

обычно выбирается равной 3/4 длины волны в свободном пространстве.

Ступенчатые окна (см. рис. VII . 16) по своим

х а р а к т е ­

ристикам з а н и м а ю т промежуточное положение

м е ж д у

плоскими и выпуклыми окнами .

 

Принцип действия ступенчатых окон основан на том, что две одинаковые сосредоточенные (или распределен ­ ные) неоднородности, разнесенные друг от друга на рас ­ стояние, приблизительно равное четверти длины волны,

создают о т р а ж е н н ы е

волны, которые, с к л а д ы в а я с ь на

входе, компенсируют

друг друга .

Полосу согласования ступенчатого окна цилиндричес­ кой формы, как и двойных окон, м о ж н о расширить, если поместить его в секцию круглого волновода с конически­

ми переходами

к

волноводу

прямоугольного

сечения.

Паразитные колебания в узлах вакуумного уплотне­

ния.

В у з л а х

вакуумного

уплотнения

могут

возникать

колебания

различных

 

видов,

с н и ж а ю щ и е

электрическую

прочность

выходного

устройства

из-за

л о к а л ь н ы х

пере­

н а п р я ж е н и й .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н а рабочих

частотах магнетрона

п а р а з и т н ы е

колеба ­

ния

могут

возникать:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— в отрезках

нерегулярных

 

волноводов,

в

которых

р а с п о л а г а ю т с я

окна

связи,

к а к

 

следствие

 

в о з б у ж д е н и я

высших типов

волн

с

иным,

чем

основной

 

тип

 

волны

в волноводе, распределением

электромагнитного

поля;

т а к и е виды колебания

н а з ы в а ю т

обычно

« п а р а з и т н ы м и

резонансами полости»;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— в согласующих и других вспомогательных элемен ­

тах

выходных

устройств,

например: в

дроссельных ка­

н а в к а х ( к а р м а н а х ) ,

 

резонансных

д и а ф р а г м а х ,

 

стерж ­

нях;

эти виды

колебаний

н а з ы в а ю т

обычно

«паразитны ­

ми резонансами в согласующих

элементах»;

 

 

 

 

— в д и э л е к т р и к а х

окон

связи;

обычно

 

их н а з ы в а ю т

« п а р а з и т н ы м и резонансами диэлектрика», или «резонан ­ сами окна» .

У к а з а н н ы е виды

колебаний могут

существовать в вы­

ходном устройстве

одновременно . Эти

ж е виды колеба ­

ний могут в о з б у ж д а т ь с я в выходных

устройствах

и на

частотах нерабочих

(паразитных) видов колебаний

маг­

нетрона.

 

 

 

17—453

257

П ри «перескоках» магнетрона па п а р а з и т н ы й вид ко­

лебаний

почти

всегда

н а б л ю д а ю т с я

электрические

про­

бои

(и дуговые

р а з р я д ы )

в выходном

устройстве,

приво­

д я щ и е к

р а з р у ш е н и ю

диэлектрического окна.

 

 

Н а л и ч и е паразитных видов колебаний в выходном

устройстве резко

с о к р а щ а е т

полосу

его

пропускания .

Д л я

магнетронов,

р а б о т а ю щ и х

в д и а п а з о н е

частот

10%

и меньше, выходное устройство практически всегда

уда ­

ется

сконструировать

«чистым» от п а р а з и т н ы х видов

ко­

лебаний .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р а с ш и р е н и я

полосы

пропускания

выходного

устрой­

ства м о ж н о достигнуть путем смещения резонансных ча­

стот

п а р а з и т н ы х видов

 

колебаний за пределы

рабочего

д и а п а з о н а

частот. П р и

этом

одни

виды колебаний м о ж н о

сдвинуть в длинноволновую

область, а другие — в корот­

коволновую .

 

 

 

 

 

 

 

Способы смещения резонансных частот выходных

устройств

аналогичны

способам

перестройки

резонанс ­

ной

частоты

обычных

полых

резонаторов:

вблизи

стекла и л и .

керамики

окна

связи

р а з м е щ а ю т с я

различного

рода настроечные элементы

(штыри, пласти­

ны,

в к л а д ы ш и , проточки

и т. д . ) ;

при этом настроечные

элементы

не

д о л ж н ы

препятствовать

распространению

энергии на основной волне.

 

 

 

 

Частоты п а р а з и т н ы х

 

видов колебаний у з л а

с плоской

перегородкой строго рассчитываются [117]. Расчет пока­ зывает, что по мере увеличения толщины перегородки / резонансные длины волн всех видов колебаний увеличи­

ваются, причем д л я ТЕ-волн заметнее, чем

д л я

ТМ - волн .

Этообъясняется тем, что электрическое

поле

ТЕ-волн

поперечно и сконцентрировано в диэлектрике;

д л я

ТМ-

волн электрическое поле продольно.

 

 

 

 

Поскольку паразитные колебания «питаются» энер ­

гией основной

волны, то

их интенсивность

зависит

от

степени связи

с основной

волной. М а к с и м а л ь н а я полоса

согласования,

свободная

от паразитных

колебаний,

д л я

плоских поперечных окон связи получается при м а л ы х величинах отношения толщины диска t к радиусу волно­

вода

г: при / / г

^ 0 , 0 8 полоса

согласования

в круглом

окне

составляет

8—15% [118.

119]. Расчет

паразитных

видов колебаний в конических круглых и эллиптических

окнах,

расположенных

соответственно в отрезках круг­

лых

и

прямоугольных

волноводов, проведен в р а б о т а х

[120,

121,

122].

 

258

Р е з о н а н с н ы е частоты

п а р а з и т н ы х видов выпуклых

окон м о ж н о смещать, используя

различного

рода

диа­

ф р а г м ы , металлические

перегородки,

в к л а д ы ш и .

Н а

рис. VII . 18 п о к а з а н о коническое

эллиптическое

окно,

по­

мещенное в прямоугольный

волновод с

а н т и п а р а з и т н ы м и

Рис. VI 1.18. Коническое окно в прямоугольном волноводе с анти­

паразитными вкладышами:

/ — к о н у с о о б р а з н о е

д и э л е к т р и ч е с к о е

о к н о с в я з и ; 2 — м е т а л л и ч е с к а я

д и а ф р а г ­

м а , к к о т о р о й п р и п а и в а е т с я д и э л е к т р и ч е с к и й

к о н у с ;

3—волновод;

4 —

а н т и ­

 

п а р а з и т н ы е м е т а л л и ч е с к и е

в к л а д ы ш и .

 

 

в к л а д ы ш а м и

призматической формы [123]. Эти

в к л а д ы ш и

с м е щ а ю т резонансные частоты наиболее

длинноволновых

п а р а з и т н ы х

колебаний

вида H 0 i

и Н2 о

в коротковолно ­

вую область . « Б е с п а р а з и т н а я »

полоса

такого

окна со­

ставляет 30—40%- З а м е т и м , что высшие типы

волн

могут

в о з б у ж д а т ь с я не только

в диэлектрике окна,

но и

вблизи

острых кромок металлических уступов, согласующих элементов, фланцевых соединений. П о л я этих волн с р а с ­ стоянием быстро затухают, с л о ж н ы м образом склады ­ ваясь с полем основной волны, б л а г о д а р я чему вблизи

у к а з а н н ы х н е о д н о р о д н о с т и могут

возникать значитель ­

ные п е р е н а п р я ж е н и я , приводящие

к пробоям .

8. Вопросы нагрева и охлаждения выходных устройств

При работе магнетрона происходит интенсивный нагрев всех элементов выходного устройства. Особенно сильному нагреву под­ вержено диэлектрическое окно связи.

Нагрев окна происходит главным образом за счет энергии элек­ тромагнитного поля, поглощаемой диэлектриком окна; энергии элек­ тронов, бомбардирующих поверхность диэлектрика при вторичноэлектронном разряде в СВЧ поле; энергии заряженных частиц, бом­ бардирующих поверхность диэлектрика при высокочастотных про­ боях и дуговых разрядах, вызванных локальными перенапряжения­ ми, или энергии электронов, попадающих па диэлектрик непосред­ ственно из пространства взаимодействия. Из-за неравномерности нагрева и охлаждения окна температурное поле на его поверхности

оказывается в значительной мере неравномерным. В

результате

17*

259

этого в диэлектрическом Окне возникают напряжения, пропорцио­ нальные градиенту температуры [124]. Когда напряжение в керамике превышает предел ее прочности, окно разрушается.

В иных случаях окно проплавляется (обычно стекло) или про­ жигается (обычно керамика). При анализе теплового режима узла вакуумного уплотнения возникают две практически важные задачи: разработка методов (теоретических и экспериментальных) количе­ ственной оценки источников нагрева окна и отыскание способов эффективного его охлаждения или защиты от перегрева.

Решению указанных задач посвящены многочисленные исследо­ вания. Наиболее интересными отечественными работами, посвящен­ ными решению первой задачи, являются [109, 125—129]. Кроме того, в многочисленных информационных материалах имеются интересные сообщения о результатах исследования теплового режима узлов ва­ куумного уплотнения. В частности, автором совместно с инженера­ ми О. С. Серебряковым и Е. А. Моисеевым в 1964 г. было показано, что в мощных магнетронах дополнительным источником нагрева ке­ рамических (и стеклянных) колпаков может быть СВЧ энергия, рассеиваемая в металлической или окисной пленке, образуемой на поверхности диэлектрика в результате распыления и разложения материалов анодного блока, катодной ножки или геттера.

Плотность потерь в диэлектрике определяется следующим вы­ ражением:

 

соее„ tg S

-»

 

р =

т ~

\ Е \ \

(VII.29)

Суммарные или полные потери равны интегралу от р по объему

диэлектрика. Для определения распределения потерь необходимо знать распределение поля в диэлектрике. При малом затухании ве­ личина полной мощности потерь определяется в основном толщиной окна и слабо зависит от формы и величины поперечного сечения окна.

В этом случае при </Л е <0,0 5 полные потери Р п т определяются по формуле

 

 

Р п т ^ 2 а г ( р е / ( ! ) Я 0 ,

(VII.30)

где t — толщина окна;

Ре —фазовая постоянная волновода,

запол­

ненного

диэлектриком;

|3 — фазовая постоянная незаполненного вол­

новода;

Ро — мощность на

входе

окна;

а — постоянная затухания,

связанная с тангенсом

угла

потерь

соотношением

 

 

« = P o e t g 8 / 2 p e ^ « ^ T t g e A „

(VII.31)

где $ 0 — фазовая постоянная свободного

пространства.

 

С ростом толщины окна потери возрастают, периодически увели­

чиваясь

и уменьшаясь

в соответствии с соотношением [129]

 

 

 

 

4 Z 0 T H ( l + Z g T H ) ht

 

 

 

* < „ + ( ! - О

s i n M -

( V I U 2 )

В прямоугольном волноводе максимум плотности потерь для вол­ ны типа Ню расположен в центре широкой стенки волновода. При

260

Смотрите также файлы