Магнетронные генераторы, митроны, молекулярные (квантовые) генераторы и усилители

Магнетронный генератор

Многорезонаторный магнетрон — это автогенератор гармонических колебаний. В соответствии с классификацией он относится к ППВМ. Предложен и разработан советскими специалистам Н. Ф, Алексеевым и Д. Е. Маляровым в 1938—1940 гг. Появление магнетрона привело к качественному прорыву, ускорению в развитии РЭС СВЧ, особенно радиолокационных. К настоящему времени промышленностью освоен выпуск магнетронов широкой номенклатуры в диапазоне волн 0,1—10 см на мощности до 10 МВт в импульсе и до десятков киловатт в непрерывном режиме.

О внешнем виде магнетрона (без магнита) дает представление рис. 9. На рис. 10 показана конструкция анодного блока.

Анод магнетрона — это свернутая в тор ЗС с четным числом резонаторов N=8 - 38. Выполняется анод из массивного монолита чистой меди.

Для лучшего охлаждения он контактно соединяется с теплоотводящим шасси, снабжается радиатором воздушного охлаждения или охватывается системой жидкостного термостатирования. На рис. 10, например, показан магнетрон с радиатором 3 воздушного охлаждения. Отбор энергии СВЧ-колебаний осуществляется из одного резонатора посредством петли связи 9 или щели.

В распространенных конструкциях применяются резонаторы следующих форм: щель с цилиндрическим отверстием, лопаточного типа, в виде щели. Первые два типа присущи магнетронам сантиметрового, третий — миллиметрового диапазонов волн. По центру ЗС располагается мощный цилиндрический подогревный катод, обладающий хорошими эмиссионными возможностями. Радиус катода в 1,5—3 раза меньше радиуса ЗС. Параллельно катоду в пространстве взаимодействия создается однородное магнитное поле (В = 2 - 3 В_кр) постоянным магнитом или электромагнитом.

Рис. 9. Внешний вид маг- Рис. 10. Устройство магнетрона: нетрона без магнита: 1 – анодный блок; 2 – волновод; 1 – анодный блок; 2 – вол- 3 – радиатор воздушного охлажде- новод; 3 – радиатор воздуш- ния; 4 – выводы катода и накала; ного охлаждения; 4 – выво- 5 – резонатор; 6 – связки; 7 – про- ды катода и накала. странство взаимодействия; 8 – кон- цевые экраны; 9 – петля связи; 10 - СВЧ-дроссели; 11 – подогревной катод.

Катод магнетрона подключается к «минусу» источника питания, анод — к «плюсу». Ввиду малого зазора между катодом и ЗС постоянное электрическое поле тоже можно считать однородным в пространстве взаимодействия.

Митрон

Митрон, или магнетрон, настраиваемый напряжением, является конструктивной реализацией теоретического вывода о пропорциональной зависимости частоты генерируемых колебаний от анодного напряжения (ЭУЧ) при постоянном токе I_о. Но ток тоже растет при увеличении анодного напряжения и, в свою очередь, уменьшает частоту генерации. Это явление получило название электронного: смещения частоты (ЭСЧ).

Для исключения ЭСЧ ток в митроне стабилизирован, а возможность ЭУЧ расширена выбором широкополосной ЗС.

Молекулярные (квантовые) генераторы и усилители

Общие сведения

Молекулярными генераторами (усилителями) называются квантовые генераторы (усилители), отличающиеся тем, что в них электромагнитные колебания генерируются (усиливаются) за счет вынужденных квантовых переходов молекул, в то время как в остальных квантовых генераторах используются квантовые переходы других микрочастиц (атомов, ионов).

Как и в любом электронном приборе, в квантовых приборах первичным источником высокочастотной энергии являются электроны. Но в активных приборах обычного типа используются так называемые «свободные» электроны, движение которых с достаточной точностью описывается законами классической механики. В квантовых приборах используются так называемые «связанные» электроны, входящие в состав атомов того или иного вещества. Поведение таких электронов, как и атомов, подчиняется законам квантовой механики, в связи, с чем квантовые приборы и получили свое название.

Квантовые генераторы — это принципиально новые источники излучения. Впервые явление вынужденного (стимулированного, индуцированного) излучения было использовано для усиления и генерации в диапазоне длин волн 0,34 —10 мм. Приборы, работавшие на этом принципе, получили название мазеры, что означает усиление микроволн с помощью вынужденного излучения. Появившиеся позднее приборы подобного рода, но работающие в оптическом диапазоне спектра электромагнитных колебаний стали называться лазерами. Этот термин образовался в результате замены в слове «мазер» буквы «м» буквой «л» (от английского написания слова «свет»). При этом термин «свет» обозначает не только видимую (λ≈0,38-0,77 мкм), но и ультрафиолетовую (λ≈0,01-0,38 мкм), и инфракрасную (λ≈0,77-340 мкм) области спектра электромагнитных колебаний.