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: 172

Скачиваний: 0

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

раз сопровождалось возникновением лавинного разряда с неизбеж­ ным проплавлением стеклянного колпака. Объясняется это тем, что разгруженный дублет энергетически более «слаб», чем я-вид коле­ баний. Иначе говоря, из-за перенапряжений промежуток между концом «крыла» и стенкой волновода сначала пробивался на частоте разгруженного дублета, а затем электрически закорачивался на частоте rt-вида, в результате чего почти вся высокочастотная энер­ гия превращалась в тепловую энергию.

Путем замены цилиндрической части стеклянного колпака 3 металлическим цилиндром с полуволновыми дроссельными карма-

Пути пробоев

Рис. VI 1.21. К явлению электрического пробоя в выходном устрой­ стве магнетрона:

/ — э к с п о н е н ц и а л ь н ы е « к р ы л ь я » ; 2 — к о в а р о в о е к о л ь ц о ; 3 — с т е к л я н н ы й к о л ­ п а к ; 4 — к р у г л ы й в о л н о в о д .

нами, настроенными на частоту разгруженного дублета, удалось снять перенапряжения вблизи концов крыльев, устранив электриче­ ские пробои в выходном устройстве и повысив тем самым надеж­ ность этого магнетрона.

4-й пример. В процессе эксплуатации магнетрона в

волноводном

тракте обнаружены

высокочастотные пробои

явно

резонансного

происхождения, т. е. наблюдались лишь на одной из

волн диапа­

зона настройки магнетрона.

 

 

Предположено,

что полость резонировала

не на

высшем типе

волны, а на рабочем типе Ни. но с повернутой относительно пло­ скости симметрии перехода плоскостью поляризации. Поворот пло­ скости поляризации нри трансформации волны типа Ни круглого волновода в волну типа Н 1 0 прямоугольного волновода происходил вследствие нарушения параллельности плоскости экспоненциальных

крыльев

относительно

широкой стенки прямоугольного

волновода,

а также

вследствие

неидеальности профиля конического

перехода

с круглого волновода на прямоугольный. При этом некоторая часть полезной мощности накапливалась в полости перехода в виде реак­ тивной колебательной мощности, в результате чего в отдельных его местах создавались перенапряжения; уровень реактивной мощности можно было изменять поворотом перехода относительно транс­ форматора.

Для окончательной проверки указанного предположения

переход

в его цилиндрической части был несколько удлинен: между

транс-

266

форматором и конической частью перехода было вставлено кольцо. После этого пробои в тракте прекратились, несмотря на то, что полость не перестала быть резонансной. Однако теперь уже резо­ нансная волна полости лежала за пределами диапазона настройки магнетрона. Более того, по обе стороны от диапазона настройки магнетрона было обнаружено несколько волн, на которых указан­ ная полость резонировала.

5-й пример. Из конструктивных соображений в волноводный тракт одного из передающих устройств, в котором в качестве гене­ ратора использовался мощный импульсный магнетрон, был введен отрезок гибкого волновода гофрированного типа. Установлено, что по своим фазочастотным характеристикам волноводный тракт с ука­ занным отрезком волновода и тракт такой же длины, но без гибкого волновода практически ничем не отличаются.

Тем не менее на высоком уровне мощности тракт с гибким вол­ новодом пробивался, а без пего имел достаточный запас прочности. При этом пробои в тракте наступали вследствие его рассогласования именно на высоком уровне мощности, когда микрозазоры между от­ дельными гофрами гибкого волновода пробивались и в них устанав­

ливался высокочастотный

разряд. Пробои были устранены при по­

мощи

электрически прочного лакового покрытия внутренней поверх­

ности

гибкого

волновода,

введения

профилактической промывки его

и

перенесения

сваренного

шва с

узкой стенки гибкого волновода

на

широкую.

 

 

 

Последние два примера свидетельствуют о том, что в некоторых случаях причину электрических пробоев следует искать не в выход­ ном устройстве магнетрона, а в СВЧ тракте.

 

Г л а в а V I I I

М Е Т О Д Ы И З М Е Р Е Н И Я П А Р А М Е Т Р О В

М А Г Н Е Т Р О Н А . « Х О Л О Д Н Ы Е » И З М Е Р Е Н И Я

Измерени я

параметро в негенерирующих магнетронов

(«холодные»

измерения) являютс я главны м звеном

в процессе их

конструирования, технологической отра­

ботки и серийного выпуска . Если расчеты помогают раз ­ работчику определить исходные конструктивные пара ­ метры магнетрона, проектируемого на заданны е (по Т З ) входные и выходные параметры , то измерения и только измерения позволяют ему определить оптимизированные

конструктивные

параметр ы

окончательного

образца ,

а т а к ж е сверить

расчетные

данны е с экспериментальны ­

ми: Наконец , холодные измерения позволяют

определить

таки е характеристики магнетрона, которые не поддаются расчету, например собственные частоты полостей непра­ вильной конфигурации .

В настоящей книге методы холодных измерений рас ­ сматриваются лиш ь в связи с проблемой расчета и кон-

267

с т р у и р о в а н ия

многорезонаторных магнетронов, а

т а к ж е

с проблемой

контроля их п а р а м е т р о в в серийном

произ­

водстве.

 

 

Предполагается, что читатель, интересующийся тех­

никой

холодных

измерений магнетронов,

знаком хотя бы

с одной из работ [146—156], в которых

р а с с м а т р и в а ю т с я

общие, ставшие поэтому классическими, методы

измере­

ний па сверхвысоких частотах.

 

 

 

 

 

1. Параметры и характеристики магнетронов,

 

 

 

 

подлежащие

измерению

 

 

 

Н а и б о л е е

полный цикл холодных измерений прово­

дится в процессе разработки магнетронов в

л а б о р а т о р ­

ных условиях;

 

при выпуске

магнетронов

небольшими

партиями

в

условиях

опытного

производства — сокра­

щенный цикл;

при выпуске их большими партиями в усло­

виях

серийного

производства — лишь контрольные изме­

рения

наиболее

ответственных

п а р а м е т р о в

(например,

резонансной

волны,

д и а п а з о н а

настройки

и

доброт­

ности) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полный цикл холодных измерений включает в себя:

измерения

п а р а м е т р о в

и характеристик

анодного

блока;

стабилизирующего резонатора; выходного устройства и отдельных его элементов; магнетрона в собранном виде;

передающего т р а к т а и высокочастотной

нагрузки .

П а р а м е т р а м и анодного блока, п о д л

е ж а щ и м и измере­

нию, являются резонансная волна рабочего вида коле­

баний,

н е н а г р у ж е н н а я

добротность и

волновое

сопротив­

ление.

Эти

п а р а м е т р ы д о л ж н ы

быть

известны

еще

до

сборки анодного блока с остальными

у з л а м и

(с

у з л а м и

настройки,

катодной

ножки

и

выходного

устройства) .

К р о м е

того, д о л ж н ы

быть

измерены

такие

в а ж н ы е

ха­

рактеристики резонаторной системы, как спектр видов

колебаний

и

распределение

электромагнитного

п о л я

в пространстве

взаимодействия .

 

 

 

П р и этих измерениях коаксиально с анодным отвер­

стием д о л ж е н

быть введен

либо реальный

катод,

либо

имитатор

катода . Аналогичные

п а р а м е т р ы и

х а р а к т е р и ­

стики д о л ж н ы

быть измерены

и д л я стабилизирующего

резонатора е щ е

до сборки его

с анодным

блоком .

 

При

экспериментальном

 

исследовании

выходных

устройств,

р а с с м а т р и в а е м ы х

вне связи с

анодным

бло­

ком магнетрона, д о л ж н ы быть

измерены

следующие па-

268

рймётры и характеристики:

 

резонансные

частоты

Ё О З -

можных паразитных видов колебаний узла вакуумного

уплотнения; эквивалентные п а р а м е т р ы

выходного

 

устрой­

ства,

р а с с м а т р и в а е м о г о

как

 

четырехполюсник;

входная

х а р а к т е р и с т и к а

выходного

устройства

при

согласован ­

ной и рассогласованной оконечной нагрузке;

структура

электромагнитного

поля

вблизи

поверхности

 

окна

связи

и в наиболее

опасных

д л я электрических

пробоев

проме ­

ж у т к а х ; частотные характеристики отдельных согласую ­

щих

элементов

выходного

 

устройства

 

(штырей,

диа­

ф р а г м и

т. п.).

К р о м е того,

д о л ж н ы

 

быть

 

проведены

испытания у з л а вакуумного уплотнения

па механическую

и электрическую

прочность,

 

а т а к ж е

на

термостойкость.

Н а и б о л е е ответственными

измерениями

 

я в л я ю т с я

измерения

п а р а м е т р о в

и х а р а к т е р и с т и к

магнетрона

в со­

бранном виде. В этом случае измеряются:

собственная,

внешняя

и н а г р у ж е н н а я

добротности

 

магнетрона;

пол­

ный спектр резонансных частот видов колебаний, вклю ­

чая резонансные частоты п а р а з и т н ы х видов колебаний

торцевых

 

полостей

и

узлов

 

настройки,

катодной

ножки

и в а к у у м н о г о

уплотнения; входная

х а р а к т е р и с т и к а

маг­

нетрона; д и а п а з о н настройки; коэффициент

 

стабилиза ­

ции; добротности магнетрона на паразитных видах коле­

баний и р я д других

п а р а м е т р о в и

характеристик .

У ж е

одного перечня п а р а м е т р о в

 

и характеристик

 

достаточно,

чтобы читатель мог представить себе,

насколько

широк

круг вопросов, р е ш а е м ы х разработчиком методами хо­

лодных

измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Общие характеристики методов холодных

измерений

М е т о д измерения любого

п а р а м е т р а

или

 

характерис ­

тики

магнетрона

д о л ж е н выбираться,

исходя

из

 

следую ­

щих

с о о б р а ж е н и й : точность

 

метода;

быстрота

процесса

измерений и несложность обработки результатов измере ­

ний;

конструктивная

простота

измерительной

установки

при

м а к с и м а л ь н о м

использовании

в

 

ней

стандартных

элементов

В Ч

измерительного

т р а к т а

 

(измерительные

линии, волномеры, ослабители, переходы и т. д . ) ;

слож ­

ность метода и его осуществимость;

воспроизводимость

результатов

измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и

этом

о т к р ы в а е т с я

возможность

измерять

пара ­

метры и характеристики магнетрона по схеме четырех­

полюсника (метод проходящего сигнала) или

по

схеме

двухполюсника

(метод

о т р а ж е н н о г о

с и г н а л а ) .

 

 

 

269

П ри измерении п а р а м е т р о в анодного блока методом четырехполюсника используются два одинаковых и сим­ метрично связанных с анодным блоком элемента связи, вносящих в резонаторную систему дополнительные поте­ ри и с м е щ а ю щ и х ее резонансные частоты . Поэтому этот

метод следует применять осторожно, стремясь

в ы б и р а т ь

связи очень слабыми . Связи м о ж н о

считать

 

достаточно

слабыми, если д а л ь н е й ш е е

их

ослабление

не

приводит

к изменению измеряемых

величин

ненагруженной

до­

бротности и резонансной частоты системы.

 

 

 

Д л я

резонансных волномеров, эхо-боксов

и зопдовых

головок

измерительных линий

связи

д о л ж н ы

быть

вы­

браны из тех ж е соображений .

В противном

случае

за­

метные ошибки при измерении п а р а м е т р о в и характерис ­

тик

магнетронов неизбежны .

 

 

Метод исследования резонаторпых систем магнетро­

нов при помощи измерительных линий

нестандартного

сечення был предложен автором в 1948

г. Он позволяет

не

только экспериментально определить

основные пара ­

метры и характеристики анодного блока, но и установить

требования

к частотной характеристике предполагаемого

выходного

устройства,

когда тип

выходного

устройства

известен, а конструкция его еще не определена .

 

Особенно

эффективно данный

метод

исследования

может быть

применен

на п р а к т и к е

при

сочетании

с мето­

дом зондовых измерений, когда снятие входных

х а р а к т е ­

ристик и осциллограмм поля производится

одновремен­

но на одной

и той ж е

измерительной

установке .

 

Метод двухполюсника широко применяется на прак­

тике при измерении

и

контроле

электрических

парамет ­

ров и характеристик

готовых магнетронов .

 

 

 

Методы

холодных

 

измерений магнетронов м о ж н о

подразделить на «статические»

(измерения

проводят на

отдельных фиксированных ч а с т о т а х ) , «полуавтоматичес ­ кие» (измерения проводят в сравнительно узкой полосе

частот)

и «панорамные» (измерения проводят -в широкой

полосе

частот, о х в а т ы в а ю щ е й

область

существования

основного спектра резонансных

частот м а г н е т р о н а ) .

П р и

статических методах измерений

(например, при

снятии резонансных кривых, осциллограмм поля и т. д.) используют обычные сигнал - генераторы (клистронные, триодные и др.) с механической перестройкой частоты, стабилизированные по частоте и амплитуде, причем ге­ нератор перестраивают вручную.

270

Смотрите также файлы