38 Генераторы и усилители мощности типа "м". Магнетрон
Электронные приборы типа "О" имеют относительно малый к.п.д.
С переходом к взаимодействию электронного потока с СВЧ полем в скрещенных постоянных электрическом и магнитном полях кинетическая энергия электронного потока направлена на обеспечение синхронного движения электронного потока и СВЧ поля, а в энергию СВЧ поля переходит потенциальная энергия электронов.
Именно в этом заключается важное принципиальное отличие взаимодействия потока с полем в приборах типа "М" и "О".
Из курса физики известно, что траектория движения электрона в скрещенных постоянных электрическом и магнитном полях под действием силы Лоренца искривляется. Поэтому для обеспечения длительного взаимодействия электронов с полем целесообразно использовать пространство взаимодействия криволинейной конфигурации. Наиболее приемлемой оказалась цилиндрическая форма катода и замедляющей системы - анода.
Такая форма приборов типа "М* позволяет создать в пространстве взаимодействия равномерное магнитное поле Но, совпадающее с направлением оси катода, и радиальное электрическое поле Ео обусловленное постоянным напряжением Ua между анодом и катодом
Практически в электронных приборах типа М удается получить к.п.д. от 40 до 80%.
Т.о., в многорезонаторном магнетроне генерация происходит в результате взаимодействия электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях с СВЧ полем замкнутой (кольцевой) замедляющей системы, которая образована последовательной цепью высокодобротных объемных резонаторов.
К аноду магнетрона 2 относительно катода 1 может прикладываться постоянное либо импульсное положительное напряжение Ua. В зависимости от этого магнетрон будет работать в непрерывном или импульсном режиме.
Рассмотрим непрерывный режим работы магнетрона. При подаче постоянного напряжения Ua в пространстве взаимодействия образуется электронное облако, вращающееся вокруг катода 1 со средней переносной скоростью vn. Первые электроны, пролетающие вблизи щелей объемных резонаторов 3, создав толчок свободным колебаниям в ближайшем из них, возбуждают бегущую волну в замедляющей системе, состоящей из замкнутой цепи объемных резонаторов. Под действием СВЧ поля электроны группируются в спицы, которые вращаются вокруг катода 1 синхронно со сменой знака СВЧ поля щелей. Число спиц n зависит от числа резонаторов N в магнетроне и равно n = N/2. В данном случае n = 4.
Тормозящему СВЧ полю объемных резонаторов передается потенциальная энергия электронов, совершающих в пределах спицы ступенчатое движение в направлении анода. СВЧ энергия выводится из объемных резонаторов с помощью петли связи 4 .
Для создания лучших условий возбуждения бегущей волны и получения устойчивых колебаний на одной частоте в магнетронах применяют специальные электрические связки 6, соединяющие точки замедляющей системы с одинаковым потенциалом.
Чтобы предотвратить перегрев и разрушение катода магнетрона за счет бомбардировки его возвращающимися из пространства взаимодействия электронами, через некоторое время после начала работы выключают или снижают напряжение накала.
Магнетроны могут работать в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц. Выходная мощность магнетрона непрерывного режима работы составляет от 1 Вт до 100 кВт, а магнетронов импульсного режима работы - от 10 Вт до 10 МВт. К.п.д. магнетронов обычно 60% и более.
Чаще магнетроны работают на фиксированной частоте. Однако в некоторых из них предусматривается механическая перестройка частоты за счет изменения емкости, или индуктивности резонаторов. Механическая перестройка частоты обладает значительной инерционностью и малым диапазоном изменения частоты (не более 10% от рабочей частоты). Основным недостатком магнетронов является низкая стабильность частоты от импульса к импульсу.