Файл: Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие].pdf

79

• силу условия (3.8)

U ll{ -- У --

Сравнив последние выражения, найдем уравнение семействапрямых, параметром которого является номер вида колеба­ ния П :

Чем больше /2 , тем ниже расположена соответствующая прямая.

Семейство пря; х (3.9) представлено на рис. 3 .4 .

Рис. 3 .4 . Дисперсионная характеристика магнетрона

Возможные значения частоты колебаний определяются точками Пересечения этих прямых и дисперсионной характерис­ тики. Спроектировав эти точки на ось частот, найдем со­ вокупность собственных частот колебательной системы магне­ трона. Эти же частоты являются частотами возможных коле­ баний. Поскольку каждой из собственных частот соответ­ ствует определенная форма силовых линий высокочастотного поля, говорят о возможности существования в магнетроне

80

различных видов колебаний. Каждый вид колебаний харак­

определенной структурой высокочастотного поля. Соотношение для собственных частот магнетрона най­

дем после ряда преобразований из выражения (3.4)

Ufa

{

/ - cos -ЩЬ- . (ЗЛО)

Совокупность резонансных частот колебательной си­ стемы магнетрона называют спектром колебательной си­ стемы. Спектром колебательной системы называют также график, на котором изображена ось частот „ отмечены зна­ чения резонансных частот колебательной системы для раз­ личных значений /2 , т .е . для различных видов колеба­ ний (рис. 3 .5 ).

81

мы можно определить экспериментально, подведя к колеба­ тельной системе колебания от внешнего генератора сигна­ ла через измерительную линию и фиксируя значения частот, при которых наблюдается резонанс. Такие измерения прово­ дятся без подачи на магнетрон питающих напряжений и назы­ ваются "холодным^1 испытаниями. При "холодных" испытани­ ях можно также определить добротность колебательной си­ стемы и параметры контура L,0,R , эквивалентного всей колебательной системе магнетрона. Для каждого вида колебаний параметры L , l,R и Q имеют свое значение.

От магнетрона требуется генерирование колебаний на одной определенной частоте, соответствующей колебаниям вида jf . Поэтому возникает задача предотвратить из­ менение вида колебаний. Ее называют задачей разделения видов колебаний, или разделения частот.

Изменение вида колебаний может возникать при откло­ нении режима работы от номинального. Оно сопровождается скачком частоты и снижением мощности.

Колебательная система без связок, характеристики которой

соединяются друг с другом. Применение'их приводит к из­ менению дисперсионной характеристики и спектра колеба­ тельной системы магнетрона.

че действует связка на частоты других видов колебаний. Для этих колебаний связка соединяет выступы, имеющие различный высокочастотный потенциал; связка в этом слу­ чае играет роль индуктивности, индуктирующей колебатель­ ный контур. При установке связок частота колебаний всех видов, кроме вида ЗГ , увеличивается. Поэтому все точки ft, В,С,Д в результате установки связок перемещаются по соответствующим прямым вправо, дисперсионная характерис­ тика изменяется и приобретает вид кривол А, В, С, 23 , представленной на рис. 3„6>. Установка связок приводит к такому изменению спектра собственных частот, в результа­ те которого частота колебаний вида ЗУ оказывается до­ статочно удаленной от частот колебаний других видов. Установка связок не должна нарушать симметрию анодного блока.

Анодные блоки магнетронов, у которых длина волны генерируемых колебаний менее 3-4 см, имеют очень малые размеры. При изготовлении таких магнетронов но удается обеспечить расположения связок. Кроме того, в диапазоне длин волн 3-4 см установка связок заметно снижает добротность резонаторов. Поэтому в магнетронах этого диапазона волн для разделения видов колебаний приме­ няются не связки, а специальные конструкции анодного блока - разнорезонаторные анодные блоки.

Получение хорошего разделения видов колебаний в магнетроне с разнореэонаторным анодным блоком можно пояснить, используя аналогию между колебательной систе- • мой магнетрона и системой из двух связанных контуров

Li С, R . В такой системе при достаточной величине связи между контурами возможны свободные колебания на

84

двух частотах. Увеличение интервала между этими частота­ ми, как известно, может быть достигнуто двумя способами:

1)увеличением связи между контурами;

2).взаимной расстройкой контуров.

На основе этой аналопы ибыли предложены способы, разде­ ления видов колебаний. Применение связок соответствует первому способу. Разнорезонаторная конструкция анодного блока соответствует второму способу. Опыт показывает, что этот способ достаточно эффективен.

В-спектре разнорезонаторной системы имеются две . группы частот, причем частота колебаний вида 31 лежит в интервале между ними и удалена от других частот спект­

ра. При использовании разнорезонаторных блоков можно по­ лучить удовлетворительное разделение видов колебаний по частоте и вместе с тем достаточно высокую добротность резонаторов.

2. Условие синхронизма

Известно, что траектории электронов в случае плос­ кой системы электродов в скрещенных электрическом и магнитном полях имеют форму циклоид. Если В >Вкр , то электроны описывают ряд циклоидальных траекторий и мо­ гут многократно взаимодействовать с высокочастотным по­ лем. Для цилиндрической формы электродов, широко приме­ няемой на практике, общий характер движения электронов в скрещенных полях остается таким же, как и для плоской формы, но траектории электронов приобретают форму эпи­ циклоид, а величина Вкр определяется выражением

анода).

"Ъст$рШ $^^ращающегося вокруг катода с некоторой уг­ ловой скоростью U/p . Установим связь между величина­

электронный ротор вращался синхронно с высокочастотным' полем. Синхронным является такое движение электронов, при котором скорость переносного движения позволяет им у середины каждой щели попадать в максимальное тормозящее высокочастотное поле.

Условие синхронизма можно записать в виде

Ue -Ucpk,

86

При нормальной работе магнетрона имеет место син­

хронизм с осноЕно£ит.е„ нулевой пространственной гар­ моникой, При этом И = 0 и tfitifi = ¥ао . Синхронизм

с высшими пространственными гармониками можно пояснить следующим образом. Если K F О , то время пролета электронов превышает время пробега основной гармоники на целое число периодов. При этом электроны также по­ падают в тормозящее поле у середины каждой щели, но взаимодействие менее эффективно, чем при К = 0 , по­ скольку при синхронизме с высшими гармониками элек­ троны движутся значительно медленнее., и каждый сгустоц электронов попадает в максимальное тормозящее поле ре­ же, а именно один раз (2к+1) полупериодов колебаний.

Угловая скорость переносного движения электрона вокруг катода

движение по окружности с некоторым радиусом

Это уравнение показывает, что сила, вызванная магнит­ ным полем, Fh -eUnefiB должна уравновешивать силу постоянного электрического поля и центробежную силу. Разделим (3.15) на 2с/з Учитывая, что

с* _ . £ g

г~ la -'ix . . с использованием соотношений