ЛАБЫ / me_8204_1_Mgntr

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе № 6

по дисциплине «Микроволновая электроника»

Тема: . ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОРЕЗОНАТОРНОГО МАГНЕТРОНА

Студент гр. 8204		Михайлов О.П.
		Овсянников А.И.
		Дичковский Д.Ю.
Преподаватель		Коломийцев А.А.

Санкт-Петербург

2021

Ответы на вопросы

1. Многорезонаторный магнетрон

2. Многорезонаторный магнетрон прибор для генерации электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ) в дециметровом и сантиметровом диапазонах, основанный на взаимодействии электронов, движущихся в магнитном поле по криволинейным траекториям с возбуждаемым электромагнитным полем.

3. Достоинства:

У магнетрона высокий КПД, то есть он хорошо преобразует энергию электронного потока в энергию высокочастотных колебаний.

Недостатки:

• Эффективная работа магнетрона сильно привязана к типу колебаний. Магнетрон показывает хороший КПД и устойчивую преимущественно с π-видом колебаний.

• Чтобы большинство электронов отдавало энергию полю резонаторов, скорость вращения электронных «спиц» должна обеспечивать их прохождение под каждым очередным резонатором при тормозящей фазе. Иными словами, необходима «синхронизация» взаимодействия вращающего облака электронов с высокочастотным полем.

4. Современные образцы:

1. Магнетрон для микроволновки LG 2M213-09B

Характеристики: Мощность – 1000 Вт, рабочая частота ~ 2500 МГц, КПД≈75%

2. Магнетрон М-168 5кВт

Характеристики: Выходная мощность – 5000 Вт, Рабочая частота ~ 2450 МГц, КПД≈60%, водяное охлаждение, масса 1,2кг

5. Структура прибора

Резонаторная система лопаточного (секторного) типа многорезонаторного магнетрона образована полым медным цилиндром 1, в который впаяны радиальные пластины-лопатки 2, катод магнетрона 3 – оксидный, подогревный. Его основанием служит никелевый цилиндр, на который нанесено оксидное покрытие. Внутри катодного цилиндра располагается спираль подогревателя 4. Крепление катода осуществляется с помощью металлических держателей 5, которые одновременно являются проводниками тока накала подогревателя. Для предотвращения утечки высокочастотной энергии через цепь накала катода в конструкции накального ввода предусмотрен высокочастотный дроссель 6, который представляет собой отрезок короткозамкнутой четвертьволновой линии. Вывод высокочастотной энергии 7 образован коаксиальной линией, центральный проводник которой заканчивается индуктивной петлей связи 8, расположенной в резонаторе магнетрона.

6. Принцип действия:

Для работы магнетрон помещается в магнитное поле, параллельное оси создаваемое постоянными магнитами или электромагнитами. Затем при подаче анодного напряжения электроны, вылетающие из накалённого катода, под воздействием этого напряжения начинают двигаться по направлению к аноду. Наличие магнитного поля приводит к искривлению траекторий электронов в магнетроне. Также, в результате возбуждения колебательной системы появляется электрическое поле, которое влияет на траекторию.

На восходящей части траекторий электрон ускоряется анодным напряжением, его кинетическая энергия возрастает, достигая максимума вблизи вершины траектории. Характер действия высокочастотного поля зависит от его фазы в момент прохождения электрона через среднюю плоскость резонатора. Если высокочастотное поле оказывается тормозящим, электрон передает полю часть своей кинетической энергии (электроны отдачи). А если поле ускоряющее, то электрон отбирает энергию от поля (электроны потерь). Электроны потерь, приобретая дополнительную кинетическую энергию, возвращаются на катод и выбывают из процесса взаимодействия с высокочастотным полем уже после первого цикла.

Благодаря тому что время существования «электронов потерь» ограничено одним циклом взаимодействия, эффект взаимодействия «электронов отдачи» является преобладающим, что приводит в среднем к преобразованию энергии электронов в энергию высокочастотного поля.

7. Сравнение с другими аналогичными приборами:

Для генерации электромагнитных колебаний можно использовать диод Ганна или ЛОВ.

В сравнении с диодом Ганна:

Диод Ганна имеет очень малое КПД по сравнению с магнетроном, также небольшую выходную мощность, но имеет очень большой диапазон частот (около октавы) и очень большой срок службы.

В сравнении с ЛОВ:

В зависимости от типа лампы диапазон частот варьируется от МГц до ТГц, Современные генераторы на ЛОВ способны обеспечивать выходную мощность в непрерывном режиме порядка десятков киловатт дециметровом диапазоне. КПД у ЛОВ в зависимости от типа меняется от нескольких единиц до примерно 50-60%, что сильно ниже, чем у магнетрона. Также ЛОВ имеют электронную перестройку частот.