Многорезонаторный магнетрон

Устройство. Многорезонаторный магнетрон - генераторный прибор типа М, устройство которого показано на рис.11.

1 - цилиндрический катод

2 - цепочка объемных резонаторов

3 - корпус анодного блока

4 - щели

5 -кольцевой зазор

6 - выход

7 – кольцевые проводники связки

Рис.11

Цилиндрический катод 1 эмитирует электроны со всей поверхности и создает замкнутый электронный поток, который движется с переносной скоростью в кольцевом зазоре 5 между катодом и замедляющей системой - анодом. Замедляющая система магнетрона представляет собой цепочку объёмных резонаторов 2. размещенных в корпусе анодного блока 3 и связанных с кольцевым зазором через щели 4. Этот зазор является пространством взаимодействия электронов с СВЧ полем, энергия которого выводится через выход 6. Резонаторы сегментарно, через один сегмент, соединены между собой кольцевыми проводниками связками 7.

Принцип действия. Механизм возникновения незатухающих колебаний в магнетроне такой же, как и в любом автогенераторе. Начальные колебания в резонаторах магнетрона возникают благодаря флуктуациям электронного потока. Если на одной из пространственных гармоник этих колебаний будет выполнено условие фазового синхронизма для приборов типа М, то в тормозящих полупериодах электрического поля гармоники начнется группировка электронов в сгустки, их смещение к аноду и передача потенциальной энергии от электронов СВЧ полю. Рост поля будет далее интенсифицировать процесс энергообмена, и при выполнении условий баланса фаз и амплитуд в магнетроне установится стационарный режим автоколебаний, при котором в пространстве взаимодсйствия возникают пульсации границ пространственного заряда электронов, достигающие анода. Динамический пространственный заряд приобретает форму «спиц», вращающихся вокруг катода с постоянной переносной скоростью. Число спиц пространственного заряда равно числу тормозящих областей СВЧ поля, в пределах которых электроны, смещаясь от катода к аноду, поддерживают СВЧ колебания за счет потери своей потенциальной энергии.

Параметры и характеристики магнетронов

1.Диапазон рабочих частот. Различные но назначению магнетроны перекрывают диапазон частот 300 МГц -300 ГГц. В мощных магнетронах применяют механическую перестройку частоты в пределах 10 - 15 % за счет введения стержней в резонатор ( индуктивная настройка) или за счет перемещения колец у торцов резонаторов (емкостная настройка). Электронная перестройка частоты у магнетронов мала и используется только в маломощных приборах.

2.Выходная мощность магнетронов непрерывного действия составляет от долей ватта до нескольких десятков киловатт, а импульсного действия - до десятков мегават.

3. Электронный коэффициент полезного действия магнетрона определяется аналогично ЛБВМ и ЛОВМ и его величина в современных многорезонаторных магнетронах может достигать 70 % и более.

4. Применение магнетронов. Магнетроны используют в передатчиках радиолокационных станций, в ускорителях заряженных частиц и в установках для высокочастотного нагрева.