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: 161

Скачиваний: 0

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

Рис. 11.1. Способы механической настройки магнетронов изменением собственных параметров резонаторных систем.

М е т о д и ка

расчета дисперсионных характеристик на­

с т р а и в а е м ы х

магнетронов подробно описана в работе [3]

и принципиально ничем не отличается от методики рас­ чета дисперсионных характеристик магнетронов с фик­ сированной частотой. В работе [4] приведены различные способы настройки магнетронов, представлены сообра­ жения по конструированию магнетронов, н а с т р а и в а е м ы х тем или иным способом, а т а к ж е обобщен и представ­ лен в виде графиков накопленный к тому времени экс­

периментальный

м а т е р и а л .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Настройка емкостной кольцевой коронкой

 

 

И н ж е н е р н ы й

расчет

настройки

 

магнетронов

емкост­

ной

кольцевой коронкой

дан

в [3,

4]. Б о л е е

полный

рас­

чет

мы

приводим

 

здесь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и настройке емкостной коронкой кольцо с выре­

занными

в нем

к а н а в к а м и

( к о р о н к а ) , смонтированное

с

одной

стороны

анодного

 

блока,

перемещается

 

вверх

и

вниз относительно

системы

связок, не

к а с а я с ь

послед­

них

(рис. IIЛ,а).

С

 

другого

конца

анодного

блока

могут

быть

р а с п о л о ж е н ы

обычные

связки . В магнетронах, на­

с т р а и в а е м ы х емкостной

кольцевой

коронкой,

могут

быть

применены односторонние

связки .

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

упрощения

 

расчета

предполагаем,

что

связки

(двусторонние,

двойные)

не

имеют

разрывов . Р а з р ы в ы

связок практически

не изменяют

длину

волны

колеба -

41

ний вида я и, следовательно, не влияют на диапазон настройки магнетрона; они изменяют л и ш ь разделение частот по диапазону . Анализ .проводится методом че­ тырехполюсников [1, 3, 4]. Дисперсионное уравнение д л я настройки магнетрона емкостной коронкой может быть записано в следующей форме:

 

 

 

+

(

д

~

1){~с^с^-^~)-0'

 

 

 

 

 

 

 

о м )

где

С — емкость

резонатора;

C C B i — емкость

секции

 

свя­

зок;

СС в2 — емкость

 

секции

связка — коронка;

 

S =

= 2nrCBjN—

д л и н а

секции

связок

 

( г с в — эффективный

р а д и у с

связок

[1],

N — число

р е з о н а т о р о в ) ;

Хо—

резо­

н а н с н а я волна

резонатора

в

системе

без

связок; X—

ре­

з о н а н с н а я

волна

системы;

 

tym=2nm/N—

фазовый

сдвиг

на элементарной ячейке системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение (II.1) совместно с

условием

з а м ы к а н и я

резонаторов

в

кольцо

(m = 0,

1, 2,

. . . , N/2)

определяет

спектр

резонансных частот системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись

уравнением

( I I . 1 ) ,

вычислим

дли ­

ну

волны

колебаний

я - в и д а

( т = 0)

 

в

зависимости

от

величины

переменной

емкости

С/,

д о б а в л я е м о й

к

емко­

сти

связок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П о с л е

несложных

 

преобразований

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

XK =

 

X0Vl+(Cc,

 

+

Ci)IC,

 

 

 

(II.2)

где

С с

в = 2 С с в г ,

С г = С с в 2 — С С в 1 .

П о л а г а я

С/.= 0,

д л я

наи­

меньшей

волны

 

колебаний

я - в и д а

получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ М И Н

=

Я о К 1 + С е в / С

 

 

 

 

(II.3)

Д и а п а з о н

настройки

перемещением

коронки

определяет ­

ся

по

ф о р м у л е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

W

m

 

= Vl+CifCt

 

-

1,

 

 

(Н.4) '

где

C s

=

С +

С С В

— суммарная

емкость

резонатора

и

связок .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если относительный д и а п а з о н

перестройки

частоты

не

п р е в ы ш а е т

20%,

 

ф о р м у л у

(П.4)

с

достаточной

 

д л я

практики

степенью

точности

м о ж н о

з а п и с а т ь

в

виде

 

 

 

 

 

 

 

Л * Я м и н

=

С г / 2 С г

 

 

 

 

 

(II.5)

42

 

На рис. 11.2 приведены типичные кривые настройки

емкостной кольцевой коронкой магнетронов 10-см

(а) и

дециметрового

(б)

диапазонов длин

волн. И з

рис.

II.2,а

видно, что практически

весь

диапазон настройки

опре­

деляется перемещением

коронки от

торцевой

поверхно­

сти

связок в глубь

к а н а в к и

{ + 1);

из рис. 11.2,6 видно,

что

изменение

частоты,

вызванное

перемещением

ко-

 

А,см

 

 

 

 

Я, см

 

 

 

 

 

 

 

 

36,0

 

 

!

10,0

I

55,0 /

!

 

\3,0

 

 

 

 

 

3t,0

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

|

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

О

+1,0

1,нм

-1,мн 0

 

+1,0

+2,0

+3,0 С,т -1,мм -1,0

 

 

 

 

а

 

 

 

б

 

Рис.

11.2.

Кривые на.стройки

магнетронов емкостной кольцевой ко­

 

 

 

 

 

ронкой:

 

 

 

с - - м а г н е т р о н

JO-см

д и а п а з о н а

(QK59);

б — м а г н е т р о н д е ц и м е т р о в о г о

д и а п а -

ронки внутри системы связок

на величину

приблизи ­

тельно в два раза больше изменения

частоты, вызван ­

ного

перемещением коронки

над торцевой поверхностью

связок на

ту ж е

величину.

 

 

 

 

К а к

следует

из ф о р м у л ы

(11.5), величина

относитель­

ного

д и а п а з о н а

настройки

обратно

пропорциональна

полной

емкости

резонатора в

системе

со с в я з к а м и

С 5 , =

= С + Сев.

 

 

 

 

 

 

 

Формула (П.5) справедлива также для системы с односторон­ ними связками. Однако при прочих равных условиях в этом случае величина полной емкости резонатора меньше, чем для системы с двусторонними связками. Поэтому при одной и той же величине хода коронки магнетроны с односторонними связками имеют боль­ ший диапазон перестройки частоты, чем магнетроны с двусторон­ ними связками. Следует только иметь в виду, что в системе с одно­ сторонними связками высокочастотнее поле сильно изменяется по длине анодного блока, что может привести к ухудшению работы магнетрона. По этой причине в магнетроне с двусторонними связ­ ками, настраиваемом емкостной коронкой, целесообразно выбирать емкости па обоих концах анодного блока таким образом, чтобы для

43

средней частоты диапазона перестройки суммарная емкость секции связок и коронки равнялась емкости секции связок на другом конце анодного блока.

Если изменение частоты происходит только вследствие переме­

щения коронки от торцевой поверхности связок, то в этом

случае

переменная

емкость С;

пропорциональна

глубине

погружения ко­

ронки:

 

 

Ct=Al.

 

 

(II.6)

 

 

 

 

 

Здесь

А — коэффициент,

равный

отношению произведения

длины

секции связок S на число зазоров

п, приходящихся

на одну

секцию,

к величине

усредненного

зазора d

между

связками • и кольцами

коронки:

 

A = R0nS/d,

 

 

(II.7)

 

 

 

 

 

где е0 — диэлектрическая

проницаемость вакуума.

 

 

Из

(II.5) и (II.6) находим

 

 

 

(II.8)

 

 

 

=

А1/2С;.

 

 

Иначе говоря, кривая настройки носит линейный характер. Крутиз­

на настройки

5^определяется формулой

 

 

5

Х = Л / Л = А . м ш . / 2 С Е

( I I . 9)

При большой

величине

диапазона перестройки

(более 20%) для

определения крутизны следует использовать точную формулу (II.4). При этом крутизну настройки можно определить соотношением

(11.10)

Уменьшение полной емкости резонатора часто бывает желательны м не только дл я увеличения крутизны на­

стройки S v но

и

дл я увеличения волнового сопротив­

ления системы

р с .

 

Разделени е

по

волне межд у я - видом и ближайши м

коротковолновым видом колебаний зависит от положе ­

ния настраивающег о элемента .

Через

начальное

разде ­

ление волн оно определяется

из

соотношения

 

 

 

/ V / 2 - 1 \

С i ГК

 

1

+

w _

 

 

 

 

 

 

 

 

(11.11)

где

 

 

 

 

ЧУ/2—1

 

 

 

 

1

+

Су V 2лгс в

 

есть начальное разделени е волн

(/ = 0) . И з (П.11)

вид­

но, что разделени е видов колебаний по

волне непрерыв ­

но возрастает с увеличением емкости С/, т. е. с увеличе ­ нием длины волны.

44

Рис. П.З. Эксперимен­ А, да

тальные дисперсионные характеристики 10-резо- паториой системы с резо­

наторами

типа

«щель-

отверстие»:

оди­

/ — без связок:

2— с

нарными

связками;

3 —

сдвойными связками (со­

единение связок

типа

«а»):

4 — с двойными

связками

(соединение

связок

типа

«б»)

[1].

 

На рис. П.З—II.5 представлены результаты экспериментального ис­ следования магнетрона 10-см диапазона, на­ страиваемого емкостной кольцевой коронкой. Ис­ следовались анодные блоки с двойными дву­ сторонними связками без разрывов (Л/=10).

На

рис.

П.З

для

 

сравнения приведены

ди­

 

сперсионные

кривые

 

анодного

блока без связок (кривая /)

и с одинаковыми двусторонни­

ми связками

(кривая

2). Из рисунка

видно, что при изменении сте­

пени связи между резонаторами наиболее «подвижными» видами

колебаний

являются

виды

с

номерами

я = 1 ,

« = 5(W/2) и

« = 4(W/2—1). При сильной

связи

вид колебаний я = 1 может

близ­

ко совпадать

по волне

с видами колебаний

я = 5 и я = 4, вследствие

чего поля этих видов искажаются. Напротив, при

слабой

связи

между

резонаторами

поле

рабочего

вида

колебаний

(я = 5)

иска­

жается полем ближайшего к нему коротковолнового

вида

( я = 4 ) .

Влиянием

полей видов колебаний

я = 2 и

я = 3 на

поле

рабочего

вида

(я =

5)

можно

пренебречь.

На

рис.

11.4 для двух

значений

коэффициента

"Гв [1]

показаны

осциллограммы поля видов колебаний

я = 5

и я = 4.

Таким

образом,

при сильной

связи между

резонато-

/7=5

Рис. 11.4. Влияние величины разделения между я- и ближайшим ви­ дом колебаний на степень асимметрии ВЧ поля;

Q) Т ч =0,7%; б) к а =2.5%

Смотрите также файлы