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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 162

Скачиваний: 0

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

В качестве меры изменения связи реактивного эле­ мента с нагрузкой м о ж н о взять отношение «составляю ­ щей» внешней добротности Q B H p К «составляющей» внешней добротности Q,„,,po, которая определялась бы энергией, запасенной в реактивном элементе в условиях, когда последний не вызывает искажений поля:

j

Q»H р

р

^1 37^

 

<2вн РО

и2л

 

С этими обозначениями

ф о р м у л а (1.34) примет

следую­

щий вид:

 

 

 

Q B H =

( X Q B H O + 6 Q B I : P O ) .

(1.38)

Коэффициенты к п в равны единице лишь в том случае,

когда реактивный элемент не

вызывает

искажений поля,

т. е. когда его резонансная

частота

точно совпадает

с резонансной частотой резонаторной системы. Из по­

лученных

соотношений следует, что внешняя

добротность

системы

Q B H существенно зависит как

от распределения

н а п р я ж е н и я

по резонаторам,

так

и от

взаимной ориен­

тации

реактивного

элемента

и

выходного

устройства.

При

одной

и той

ж е величине

проводимости реактив ­

ного элемента добротность системы может как увели­ чиваться, так и уменьшаться по сравнению с доброт­ ностью системы без реактивного элемента в зависимости от ориентации выходного устройства относительно реак­ тивного элемента . Если реактивный элемент и активная

нагрузк а

связан ы

с одним

и

тем

ж е

резонатором, то

для определения энергии, запасенной в системе

(магне­

трон + комплексная

н а г р у з к а ) ,

достаточно

знать

зависи­

мость входной проводимости от частоты:

 

 

 

 

 

W =

±-V9-

 

Ц

- - L U 2 f ^ -

+

^

-

)

,(1 . 39 )

где

( 7 В Х = Ц Р

н а п р я ж е н и е

на

общих

« з а ж и м а х »

 

систе­

мы

( « з а ж и м ы »

ББ

на рис. 1.1). Во

всех

других

 

случаях

следует пользоваться более строгой формулой

 

(1 . 33) .

Учет изменения добротности системы под влиянием

реактивного

элемента в р а м к а х

простейшей эквивалент ­

ной

схемы

н а т а л к и в а е т с я

на

принципиальные

 

труд­

ности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 1.11 показана резонаторная система магнетрона

щеле­

вого

типа

(конструктивные размеры системы

на

рисунке

не

даны).

3*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35


В качестве реактивного элемента в щель большого резонатора была введена диэлектрическая пластинка с относительной диэлектри­

ческой

проницаемостью

е = 1 , 2 .

В результате

резонансная

частота

системы уменьшилась приблизительно на 2%.

В

данном

случае ве-

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

личина

 

такого

изменения

^° I

'

«

 

 

'

 

'

 

I

'

частоты

является

неболь­

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

шой по

сравнению

с вели-

 

1

\>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111

 

 

/;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0

1

 

i

 

 

\

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

\

 

i/

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! /

\

\

 

\

ii

// \ \V

 

 

 

 

 

 

 

Г \

 

\

\

ft

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

\

г/

 

 

 

/1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А * ////

 

 

 

//

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

\/f/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

о

1

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.11. Распределение напряжений (а) по резонаторам

анодного

блока

(б), в

щели

которого

поочередно

вводится

диэлектрическая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пластинка:

 

 

 

 

 

 

 

р а с п р е д е л е н и е

н а п р я ж е н и й в

с и м м е т р и ч н о й с и с т е м е

(зппк

н а п р я ж е н и я

на г р а ф и к е не у ч т е н ) ; —-

 

 

р а с п р е д е л е н и е н а п р я ж е н и й в с и с т е м е с ди ­

 

 

 

 

 

 

 

э л е к т р и ч е с к о й п л а с т и н к о й .

 

 

 

 

 

чиной

разделения

видов

колебаний

(разделение по

частоте

между я-видом и ближайшим к нему длинноволновым видом со­ ставляет 25%)- Тем не менее искажение распределения поля по ре­ зонаторам блока, как это видно из рисунка, оказалось довольно значительным. Сплошная кривая соответствует распределению на­ пряжений по резонаторам системы без диэлектрической пластинки, пунктирная — с пластинкой.

Результаты эксперимента оказались неожиданными: когда ак­ тивная нагрузка была связана с тем же резонатором, в который введена диэлектрическая пластинка, отношение QBH/QBH О состав­ ляло 1,36; когда же активная нагрузка присоединялась к соседнему большому резонатору (ко второму или десятому), это отношение равнялось 0,38.

Таким образом, реактивный

элемент, запасающий небольшие

доли

энергии, может существенно изменять добротность системы, что

вряд

ли возможно объяснить па

основе простейшей эквивалентной

схемы магнетрона.

7. Классификация настраиваемых магнетронных генераторов

Н а рис. 1.12 представлена одна из возможны х клас ­ сификаций магнетронных генераторов по способам пере­ стройки частоты . В основу классификаци и магнетрон­ ных генераторов по указанном у признаку, ка к нетрудно видеть, было положен о физическое отличие механизмов перестройки частоты, осуществляемой изменением связи резонаторной системы магнетрона: с внешними реактив -

36


иыми элементами; с дополнительными внешними

полы­

ми резонаторами;

с основным

или дополнительным

элек­

тронными потоками .

 

 

Не в д а в а я с ь

в

детальное

обсуждение приведенной

классификации,

у к а ж е м , что

в о з м о ж н ы и другие схемы

классификации

н а с т р а и в а е м ы х магнетронов, например

по величине управляемой мощности, по степени стабиль­ ности амплитуды и частоты колебаний, по скорости пе­ рестройки частоты и т. д. Некоторые из этих в а ж н ы х д л я практики характеристик приводятся н и ж е при опи­

сании

конкретных

типов

н а с т р а и в а е м ы х магнетронов .

В

заключение

еще

раз

подчеркнем, что проблема на­

стройки магнетронных

генераторов сводится к разработ ­

ке таких магнетронов, которые бы стабильно и н а д е ж н о

работал и

в

реальной

а п п а р а т у р е при

з а д а н н ы х

по

ЧТУ

выходных

п а р а м е т р а х

и

в

з а д а н н ы х

условиях

эксплуа­

тации.

 

 

 

 

 

 

 

 

Основными ф а к т о р а м и ,

ограничивающими

диапазон

настройки

магнетронов,

я в л я ю т с я :

 

 

 

1.

З а н и ж е н и е мощности

и к. п. д. по диапазону, ко­

торое

часто

оказывается

следствием

ослабления

связи

магнетрона

с нагрузкой

или

ухудшения симметрии

поля

впространстве взаимодействия .

2.Ухудшение стабильности и устойчивости работы магнетрона, которое часто оказывается следствием уменьшения разделения видов колебаний по частоте и вызванного этим «загрязнения» в пространстве взаимо­ действия поля рабочего вида колебаний полями пара ­ зитных видов или уменьшения разделения видов коле­

баний по

н а п р я ж е н и ю в о з б у ж д е н и я и

вызванного

этим

усиления

явления конкуренции видов.

Последнее

осо­

бенно сильно проявляется в том случае, когда д л я кон­

курирующей гармоники

выполняется

условие

 

 

 

 

 

 

Уж/2Ал'/2 = Уп>.7„

 

 

 

(1.40)

где

\N/2 = N/2;

yn

= n + mN

для

равнорезонаторных

си­

стем

(пфЫ/2);

уп

= п + тЫ/2

д л я

разнорезонаторных

си­

стем

(n^N/2);

т = 0, ± 1 ,

. . . — номер

пространственной

гармоники;

XN/2

длина

волны

рабочего вида

колеба ­

ний;

л п — длина

волны

конкурирующего

вида

колеба­

ний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие

(1.40)

в ы р а ж а е т

равенство

пороговых

на­

пряжений

двух

видов

колебаний

(рабочего

и

конкури­

р у ю щ е г о ) .

П р и

этом колебательный

режим

магнетрона

37


Настройка

Настройка

Настройка

 

 

индуктив­

 

 

емкостными

емкостными

 

 

 

ными,

 

 

 

кольцами.

стержнями.

 

 

 

 

стержнями

 

Настрои

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнет

Настройка

Настройка

измене­

 

Комбини­

ггнера

 

 

нием собственных

 

 

емкостной

рованная

 

параметров

резо-

 

коронкой

настройка

 

 

наторной

системы

 

 

 

Настройка^

Настройка

 

Механически

индуктивной

 

индуктивным

настраи ваемые

коронкой

 

кольцом

 

 

магнетроны

 

 

Настройка

 

Быстрая

Коаксиальные

изменением

 

параметров

-

электромеха­

•магнетроны

стабилизирую

ническая

 

 

щего

полого

 

настройка

 

 

резонатора

 

 

 

 

 

 

 

X

"

 

 

Полый

 

 

 

Полый

 

 

Полый

 

 

 

 

 

резонатор

резонатор

 

резонатор

 

 

симметрично

связан с одним

 

 

связан

 

 

 

 

 

связан

резонатором

 

с Выходным

 

с торцевой

блока

 

 

устройством

 

 

полостью

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

1.12. Классификация

магнетронных генераторов

на рабочем виде

колебаний

становится неустойчивым.

Условия, при

которых пороговые

н а п р я ж е н и я

двух или

более видов

колебаний

совпадают,

иногда

н а з ы в а ю т

критическими.

 

 

 

 

 

 

 

Г л а в а II

М Е Х А Н И Ч Е С К А Я Н А С Т Р О Й К А М А Г Н Е Т Р О Н О В И З М Е Н Е Н И Е М С О Б С Т В Е Н Н Ы Х П А Р А М Е Т Р О В

 

Р Е З О Н А Т О Р Н Ы Х С И С Т Е М

 

В

соответствии

с к л а с с и ф и к а ц и е й н а с т р а и в а е м ы х

магнетронов, представленной на рис. 1.12,

к данному

классу

относятся

магнетроны, у которых

перестройка

 

 

 

Магнетроны

Настройка

Настройка

 

 

 

анодным

 

 

 

 

с

сеткой

напряже -

 

анодным

Ваемые

 

 

 

 

 

 

нием

 

 

током

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ронные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

торы

 

Магнетроны

 

Настройка

 

\Настройка с

 

с плавно изме­

изменением пара­

 

 

разомкнутой^

 

 

няющимися

 

метров основного

 

 

 

 

 

замедляющей

 

 

параметрами

 

электронного

 

 

 

 

 

системой

 

резонаторов

 

 

потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дискретная

 

Настройка

ре­

 

Электрически

 

 

настройка

 

генеративно

-

 

 

(магнетрон

 

усилительного

 

настраиваемые

 

 

электронный

 

магнетрона

 

магнетроны

 

 

пере­

 

 

внешним

 

 

 

 

 

 

 

ключатель )

 

 

сигналом

 

 

Настройка

 

Настройка

 

Настройка

элек­

 

 

изменением

 

тронными

потока­

 

изменением

 

параметров

 

ми,

пронизывающи­

 

параметров

дополнительных

ми дополнительный

 

среды (е,р,6)

 

электронных

 

 

 

полый

 

 

 

 

 

 

потоков

 

резонатор

 

Настройка

Настройка

электрон­

Настройка электрон­

 

ными

потоками,

 

ными потоками,

электронными

управляемыми

в диод­

управляемыми

 

потоками,

ных промежутках

 

в диодном

проме­

пронизываю -

резонаторы

блока -

жутке связки —

щими

щели

 

дополнительные

 

дополнительный

резонаторов

 

катоды

 

 

 

катод

 

:ю способам настройки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частоты осуществляется

изменением

объемов

резонанс­

ных полостей (в

том числе

торцевых

полостей)

тем

или

иным

способом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н а

практике

известны

следующие

способы

настрой­

ки магнетронов этого класса: емкостной кольцевой ко­ ронкой; плоским емкостным кольцом; индуктивной коль­

цевой

коронкой; плоским индуктивным

кольцом;

емко­

стной

штыревой

коронкой;

индуктивной

штыревой

коронкой; комбинированна я настройка .

У ж е

в

самих

названиях

способов

о т р а ж е н ы

наиболее х а р а к т е р н ы е

признаки

процесса

перестройки

частоты.

 

 

 

Н а рис. II . 1 схематично показаны типовые способы настройки магнетронов и некоторые их модификации .

38

39