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

ного» магнетрона в присутствии реактивного

элемента

определится из у р а в н е н и я

5 в Х ( о ) ) + Д р ( ( о ) = 0 ,

(1.28)

где Ввх

— р е а к т и в н а я

с о с т а в л я ю щ а я входной

проводи­

мости

резонаторной

системы;

В,р — входная

проводи­

мость реактивного элемента .

Уравнение (1.28) обычно решается графическим пу­

тем: пересечение кривой 5 в х ( о > )

с кривой —Др (о>) опре-

/ — в х о д н а я п р о в о д и м о с т ь /? р

(с о б р а т н ы м з н а к о м ) р е а к т и в н о г о э л е м е н т а , за ­

п а с а ю щ е г о м а л у ю э н е р г и ю ;

2 — в х о д н а я

п р о в о д и м о с т ь В р

(с

о б р а т н ы м зна ­

к о м ) р е а к т и в н о г о э л е м е н т а , з а п а с а ю щ е г о б о л ь ш у ю э н е р г и ю .

д е л я е т резонансы системы, нагруженной

реактивным

элементом . Н а

рис. 1.9 эти кривые

и з о б р а ж е н ы дл я

двух

случаев связи

анодного блока

с р е а к т и в н ы м

элементом:

когда

р е а к т и в н а я

проводимость нагрузки

слабо

изменя­

ется

с частотой

и, следовательно,

реактивный

элемент

з а п а с а е т м а л ы е доли

энергии

( к р и в а я 1)

и

когда

реак­

стотой

и,

следовательно,

реактивный

элемент з а п а с а е т

энергию

примерно

того

ж е

п о р я д к а ,

что

и с а м а

резо-

наторная система

(кривая

2).

С р а в н и в а я

оба

случая,

видим, что

во

втором

разде ­

ление по частоте м е ж д у

л - видом (n = N/2)

и б л и ж а й ш и м

к

нему

видом

колебаний

(n = yV/2—1)

определяется у ж е

не

интервалом

частот,

заключенным

м е ж д у соответст­

вующими

нулями

функции

Увх(со) (coiv/2 и

C O J V / 2 - I ) ,

а зна­

р е а к т и в н о с ть

петли

связи

реальных

р а з м е р о в

практи ­

чески не изменяет разделения

частот.

Конкретный ход

кривых

Вих

зависит от

типа

резона­

торной

системы.

Основным

признаком,

качественно

отличающим

кривые

входных

проводимостей

анодных

блоков

различного

типа,

является

положение

нуля,

определяющего частоту колебаний я - вида

относительно

других

нулей

кривой

проводимости

(ср. кривые

рис. 1.3

и 1.6).

П о л о ж е н и е

нуля рабочего вида колебаний

имеет

стемы при отклонении частоты от частоты

я - вида

или,

что то ж е

самое, различие в поведении

системы

при

внесении

реактивности индуктивного или

емкостного

частоте м е ж д у я - видом и соседним

(соседними) видом

(видами)

колебаний . О д н а к о этого

условия еще

недо­

статочно

д л я эффективной и стабильной работы

на­

страиваемого магнетрона в широкой полосе частот.

Исходя из общих свойств функции входного сопро­

тивления

и входной проводимости системы, д л я к а ж д о г о

зать

о ж и д а е м у ю

величину

д и а п а з о н а

перестройки

часто­

ты.

Д л я

этого, о к а з ы в а е т с я , необходимо

знать

положе ­

ние

полюса (или

полюсов

в разнорезонаторной

системе),

п р и м ы к а ю щ е г о

( п р и м ы к а ю щ и х )

к

нулю

ветви

кривой

входного

сопротивления

(входной

проводимости)

систе­

мы,

построенной

в

интервале

частот,

о х в а т ы в а ю щ е м

область

существования рабочего

вида

колебаний .

И н а ч е

говоря, граница д и а п а з о н а

перестройки

часто­

ты определяется именно положением полюса

(полюсов),

так

как

изменение

реактивной

проводимости

вблизи

полюсов

практически

не

в ы з ы в а е т

изменения

частоты.

Действительные

ж е

границы

д и а п а з о н а

перестройки

частоты

л е ж а т

д а л е к о

от

полюса

(полюсов),

потому

что

вблизи

полюса

(полюсов)

очень

сильно

и с к а ж а е т с я

поле

рабочего

вида

колебаний

( я - в и д а ) . Поэтому

ожи­

д а е м ы й

д и а п а з о н эффективной настройки магнетрона

почти

всегда

меньше

частотного

интервала,

включаю ­

щего в себя нуль и полюс входной характеристики

ра­

бочего

вида

колебаний;

ориентировочно

она

равна

интервалу

частот,

в

котором

входное

сопротивление

(входная

проводимость)

и,

следовательно,

ф а з о в а я

ха-

р а к т е р и с т и ка

системы

изменяются

линейно

от

частоты.

В

этом

смысле

р а з н о р е з о н а т о р н ы е

системы

выгодно

отличаются

от

резонагорных

систем

со

с в я з к а м и

л,

в особенности, от систем без связок: линейный

участок

фазовой характеристики у них более широк, чем

у

дру­

гих

типов

разнорезонаторных

систем.

П о э т о м у

при

на­

стройки

магнетронов

разнорезонаторной

конструкции

могут быть получены более широкие д и а п а з о н ы

пере­

стройки частоты, чем при настройке магнетронов

равно-

резонаторной

конструкции со

с в я з к а м и

или

без

связок.

Х а р а к т е р

кривых

входных

проводимостей

имеет

большое

значение т а к ж е д л я

оценки р а з д е л е н и я

по

ча­

стоте

центрального1 с

боковыми

я - в н д а м и

колебаний,

в о з н и к а ю щ и м и при асимметричной настройке

магнетро­

на

полым

контуром .

6. Энергетические соотношения для магнетрона,

асимметрично

связанного

с

реактивным

элементом

Н а

рис.

1.10

схематически

п о к а з а н а э к в и в а л е н т н а я

внешними элементами:

с элементом

связи,

осущест­

Активная

в л я ю щ и м

вывод

энергии

в

полезную

(активную)

на­

грузку, и

с реактивным эле­

ментом,

о с у щ е с т в л я ю щ и м

изменение

уровня

реактив ­

ной энергии

в

системе

и,

следовательно,

перестройку

частоты.

магнитной энергии) определяем из

в ы р а ж е н и я

N—1

W ' M = £ KqU\

(1.29)

З д е сь

Кq — коэффициенты,

о п р е д е л я ю щ и е энергию, за­

п а с а е м у ю

в

резонаторах,

когда н а п р я ж е н и е

на

входных

« з а ж и м а х »

равно

одному

вольту;

Uq

— н а п р я ж е н и е на

щели

qjvo

резонатора

(9 = 0

соответствует

резонатору,

связанному

с

активной

н а г р у з к о й ) ;

/V — число

резона­

торов.

Коэффициенты К,, вычисляем по ф о р м у л е

(1.30)

А ' , = -

с1ы

2

где

входная

проводимость

<7-го

резонатора;

а\ч -

частота

колебании

резонатора .

Д л я

контура,

состоящего

из

сосредоточенных

емко­

сти С и

индуктивности

L , этот коэффициент

равен

Я д

= К =

4 " ( C + l / c o 2 L ) .

(1.31)

Если

резонансная

ч а с т о т а

контура

ш 0

= 1/J/LC,

тоК=С.

Д л я

резонатора щелевого

типа

Кт =-1 2

sin2

2nl/\

(1.32)

где Со щ — емкость

единицы

длины

щелевого

резонатора;

/ — длина

резонатора .

При

Я = 4/ коэффициент

Кщ =

= 1 / 2 С о щ / .

Д л я

энергии,

з а п а с а е м о й

во

всей

системе,

имеем

/V—1

;2

I V

м 2

(1.33)

q=0

где Kip — коэффициент,

определяющий

энергию,

запасен ­

ную

в

реактивном - элементе

при

н а п р я ж е н и и

на

его

« з а ж и м а х » ,

равном одному

вольту;

Up — н а п р я ж е н и е на

резонаторе,

с

которым

связан

реактивный

элемент;

Wp — энергия,

з а п а с е н н а я

в

реактивном

элементе.

В н е ш н я я

добротность

системы

определяется

из вы­

р а ж е н и я

2 К>Ц*а

q=0

(1.34)

3 - 4 5 3

3 3

З д е сь /,р — резонансная частота

системы; Рн

— мощность,

р а с с е и в а е м а я

в нагрузке;

G„ — проводимость

нагрузки,

вносимая

в

резонатор

с

номером ^ = 0; Ua—

н а п р я ж е ­

ние

на

резонаторе

(<7

= 0);

Q B H M

— « с о с т а в л я ю щ а я »

внешней

добротности

системы,

з а в и с я щ а я

от энергии,

з а п а с а е м о й

в

резонаторнон системе

магнетрона при

наличии

реактивного

элемента;

С? В Ш р — « с о с т а в л я ю щ а я »

внешней

добротности

системы,

з а в и с я щ а я

от

энергии,

з а п а с а е м о й

в

реактивном

элементе

при резонансе во

всей

системе.

внешний

реактивный

элемент

отсутствует,

ф о р м у л а

(1.34)

принимает

простейший

вид.

Действительно,

в этом

случае Ka = Ki= . . . =KN-I

= K;

К,Р

= 0, И

п о л а г а я

н а п р я ж е н и я на

всех

резонаторах

(при

колебаниях

л - вида)

одинаковыми по амплитуде,

получаем

r/VcoC "

(1.35)

где С — емкость

одного

резонатора

(с учетом

емкости

связок и краевой

емкости) .

Поскольк у реактивный элемент вызывае т

изменение

частоты

и

перераспределение н а п р я ж е н и я

по

резонато ­

р а м , то в в ы р а ж е н и и

(1.34)

изменяются

как множители

2

2

2

2

S U J

U

и и ю .

i

н

Р

н

О д н а к о основной причиной изменения

Q B H M

является

изменение

распределения

н а п р я ж е н и й :

дл я

обычных

нительно с л а б о изменяется

с изменением

частот; мно­

ж и т е л ь ж е (оКр м о ж е т

изменяться

с изменением

частоты

значительно .

В качестве меры изменения связи резонаторной си­

стемы с нагрузкой м о ж н о взять

отношение

составляю ­

щей

внешней добротности

Q B U M

К внешней

добротности

магнетрона в отсутствие реактивного элемента

Q B H o :

,v—1

£ и2

_.<В 5-=>..в.-_о_!_

(1.36)

Qr„io

(w/C)m = U ) „

NUl

где

©о — резонансна я

частота

системы

в

отсутствие

реактивного элемента,