книги из ГПНТБ / Самсонов, Д. Е. Основы расчета и конструирования магнетронов. (Настройка. Стабилизация. Вывод энергии. Холодные измерения)

'

1.

В волноводные (входной и выходной) каналы

и в «холостой»

резонатор специально

были введены локальные отражения.

2.

Катод работал в режиме пространственного заряда.

3.

В режиме

генерирования колебаний

входной

сигнал снимал­

ся

( Р В х = 0 ) , а в

режиме

усиления

на

вход

системы

подавался сиг­

нал

такой величины

( Я в х

= 2 кВт),

при

которой все

автоколебатель­

ные режимы (« =

4,5;

я =

3,5; п = 3)

подавлялись.

10 I

i

i

I

О

1

2

3

4

5

6

1а,А

5

ственным зарядом

(N = 9,

В = 2300 Гс, '£/„ = 6,5 В):

а — р е ж и м а в т о к о л е б а н и й ,

Рзх=0;

б — р е ж и м у с и л е н и я , Рвх=2 к В т .

с входной и выходной линиями передач (КСВН

а ^

1,25

в относи­

тельной

полосе частот 25%).

(а)

На

рис. IV.23 представлены вольт-амперная

и

диапазон­

рон

(в отсутствие входного сигнала) последовательно генерирует

па

частотах видов

колебаний

и =

7,5 (я-вид), /1 = 7 и

и =

6

(ср.

с рис. IV.21). При этом па рабочем

виде

колебаний

(ft = 6)

в

режи­

мах

автоколебаний

и усиления

колебаний

к. п. д.

амплитрона

оди-

пазон электронной

перестройки частоты,

определяемый по измене­

нию мощности на

3 дБ, составляет 4%.

Амплитрон работает в ре­

характеристики получены в

режиме ограничения анодного тока

током пушки при отсутствии эмиссии с центрального катода.

Амплитрон-автогенератор

подобной конструкции исследован

В. П. Ереминым. Экспериментальный образец имел

следующие па­

раметры:

N=\5,

d a =

12,0

мм, d„ = 7,0

мм, диаметр пушки ап —

= 7,0 мм,

угол

ветрела луча 6°; замедляющая система состояла

из ячеек

секторного

типа,

соединенных

двойными

двусторонними

связками.

I — I

1

I

1

I

I

I

I

Ю

11

12

13

If

15

16

17 С/^кВ

Рис. IV.24. Диапазонные

характеристики

амплитрона-автогенератора

с вынесенной пушкой.

В

з а к л ю ч е н и е

с д е л а е м -несколько

замечаний .

1.

Амплитро-ны-автогенераторы с

описанными

моди­

ф и к а ц и я м и

конструкций и

р е ж и м о в

р а б о т ы отличаются

от митронов тем,

что

з а м е д л я ю щ а я

система у «их разо­

мкнута,

а

от

к а р м а т р о н о в — тем,

что о-ни

эффективно

работают в р е ж и м е ограничения анодного тока

темпера­

турой

к а т о д а .

2.

Р е ж и м ограничения

анодного

тока

может

быть

осуществлен we только снижением и стабилизацией

тем­

пературы катода, но и регулировкой

н а п р я ж е н и я

на

р а з ­

личного

рода

у п р а в л я ю щ и х

электродах,

в к л ю ч а я

сетки

и у п р а в л я ю щ и е

электроды

вынесенных

(торцевых)

ка ­

тодов.

3.

Склонность ам.плитрона к автоколебательному

ре­

ж и м у

тем

сильнее в ы р а ж е н а , чем

больше

число

элемен­

тов /V имеет за-медляющая

система; выше

сопротивление

связи -системы; в ы ш е К.СВН

в системе и

в

т р а к т а х ;

Луч­

ше р е а л и з о в а н ы ф а з о в ы е

соотношения

в

системе

д л я

•режима автоколебаний;

л у ч ш е выполнены

условия

д л я

з а м ы к а н и я электронного потока.

П р и этих условиях

д и а п а з о н электронной настройки

будет тем больше, чем

слабее в ы р а ж е н

и

л у ч ш е заста -

ранственным

з а р я д о м .

Амплитроны - автогенераторы

с электронной

перестройкой

частоты, несомненно, най­

дут применение

в практике .

Обычно

магнетроны

с длинными

анодами

работают

в электромагнитах .

Колебательный р е ж и м

в

таких

маг ­

нетронах

ме

м о ж е т

р а с с м а т р и в а т ь с я

к а к

единый

(син­

фазный)

процесс по всей

длине

пространства

взаимодей ­

ствия

(из-за

неоднородности

электромагнитных

полей

и температуры

по

длине

к а т о д а ) . Именно

это

свойство

колебательного р е ж и м а

использовал А. Л .

Берест

д л я

осуществления в магнетроне с длинным

анодом

элект­

ронной

перестройки

частоты в пределах 8—9

М Г ц

изме­

ких магнетронов на я - видах колебаний,

распространяю ­

щихся

вдоль

анода. П р и

этом яо-вид

я в л я е т с я

нера ­

бочим

видом

и д о л ж е н

быть подавлен .

Процесс перестройки

частоты

при

р а б о т е

магнетрона

на

распространяющихся

вдоль

анода видах

колебаний

с л о ж н ы й

и

здесь

не

описывается.

У к а ж е м

лишь, что

ортогональность

колебательных

состояний типа

Т Е ш / 2

и T E 2 J V / 2

или

T E 2 J V / 2

и ТЕзк/ 2 и т. д. в этом

случае д о л ж н а

быть

н а р у ш е н а

использованием

внешнего

ф а з о в р а щ а т е ­

л я

с

селективными

потерями,

винтовых

з а м е д л я ю щ и х

1. Вводные

замечания

В

первой и

второй г л а в а х

приведены о б щ и е

физиче­

ские

положения

и соотношения, относящиеся к

проблеме

сматривались

конкретные способы

настройки

магнетро­

нов внешним

резонатором . В данной главе эти вопросы

о б с у ж д а ю т с я

более

подробно .

Настройка магнетрона внешним резонатором х а р а к ­

теризуется следующими

особенностями.

1. В резонаторной системе магнетрона, сильно свя ­

занной с

внешним

резонатором,

появляются

дополни­

тельные

резонансные

состояния

при любом

х а р а к т е р е

блоком

н а б л ю д а ю т с я

три

резонансных состояния с ха­

рактерным

д л я

колебаний

вида

я

распределением

В Ч

поля

в

пространстве

взаимодействия: длинноволновый

я - в и д ( Д я - в и д ) ,

центральный я - вид

( Ц я - в и д ) и корот­

коволновый

я - вид ( К я - в и д ) . Из

них рабочим видом ко­

лебаний

обычно

является

один

вид — центральный

я -

вид.

П р и

симметричной

связи

внешнего

резонатора

с анодным блоком, например в коаксиальном

магнетро­

не, т а к ж е наблюдается

множество дополнительных резо­

нансных состояний, из которых л и ш ь одно является

ра­

бочим. Обычно

это1 т а к ж е

я - в и д

колебаний.

Остальные

практики диапазоне частот. С другой стороны,

получать

высокие уровни выходной мощности при

высоких к. п. д.

и

коэффициентах

стабилизации, д а ж е в

узком

д и а п а з о ­

не

частот, всегда

ж е л а т е л ь н о . П о э т о м у

з а д а ч а

настрой­

лишь

с учетом целого

ряда компромиссных соображе ­

ний, существо которых

мы

рассмотрим несколько

« и ж е .

3.

В процессе перестройки частоты происходит за­

метное

перераспределение

электромагнитных

полей

бочего я - вида

колебаний

тем

сильнее

и с к а ж а е т с я ,

чем

д а л ь ш е

резонансная

частота

всей системы

отстоит

от

собственной

частоты

анодного

блока .

П р и

активной

внешней

нагрузке с а м а я

симметричная

осциллограмма

поля д л я

Ц я - в и д а наблюдается

именно

на собственной

рактера связи его с внешним резонатором. Чем

сильнее

эта

связь,

тем сильнее при

прочих,

равных

условиях

и с к а ж а ю т с я

поля всех

видов

колебаний .

4.

Эффективность

настройки магнетрона (выходная

мощность, к. п. д., д и а п а з о н стабильной

работы)

во мно­

ходного устройства

и полого резонатора .

Таким образом, з а д а ч а настройки

магнетрона полым

резонатором

не может

быть решена

без

учета характе ­

ра

распределения

полей

в

пространстве

взаимодействия

на

частотах

рабочего

и

нерабочих

видов колебаний .

натором освещены в хорошо известных

книгах

(3,

4, 13,

48, 65, 66] и в многочисленных статьях.

Вопросы влияния стабилизирующего резонатора на

распределение ВЧ поля в пространстве

взаимодействия

теоретически исследованы в работе [9].

Применительно к асимметричной настройке и стаби­

лизации магнетрона

полым

резонатором

наиболее

в а ж ­

ным является вопрос

о том,

на к а к о м

из трех

колеба ­

именно неустойчивость

Ц я - в и д а ограничивает

возмож ­

ность конструирования

магнетронов

с

высоким

коэффи ­

циентом стабилизации .

Простейший

анализ

п

о к а з ы в а е т

[4], что магнетрон устойчиво работает

на Ц я - в и д е лишь

при коэффициенте стабилизации 5 С Т < 3 .

Д л я

подавления

ЬОКоВЫх Я - Ё И Д О В колебаний,

в о з б у ж д а ю щ и х с я

при i ' C T >

> 3 , рекомендуется

вводить

дополнительное

активное

сопротивление.

Теория [9] и опыт

у б е ж д а ю т , однако, что,

используя

баний на

Ц я - в и д е при 6 ' С т > 3

без

применения

дополни­

тельного

сопротивления. Д л я

этого

необходимо

с в я з а т ь

активную

нагрузку с таким резонатором, на котором

на­

п р я ж е н и е при боковых видах

колебаний было бы боль­

ше среднего арифметического

от

н а п р я ж е н и й

на

всех

одновременно

на резонансных

частотах

Д я - и

Кл - видов

колебаний. В

разнорезонаторном магнетроне

такой ре­

зонатор имеется.

Решение вопроса о том, « а

к а к о м из

трех

колебаний

ношения м е ж д у

следующими п а р а м е т р а м и :

Gei,

— пусковыми

электронными

проводимостями

определяемыми

к а к

отношение

ВЧ

тока, наводимого

электронным облаком

в

резонаторе,

связанном

с внеш­

ним резонатором, к В Ч

н а п р я ж е н и ю

на

щели

того

ж е

резонатора в р е ж и м е

с а м о в о з б у ж д е н и я

колебаний;

— амплитудами

симметричных

составляющих

ВЧ

полей

Ui д л я

различных я - видов колебаний,

т. е.

сте­

пенью

асимметрии В Ч полей в пространстве

взаимодей ­

ствия магнетрона на резонансных частотах я - видов.

Следует отметить,

что при одном

и

том

ж е

разделе ­

нии по

частоте

м е ж д у рабочим и б л и ж а й ш и м и видами

колебаний В Ч

поля

нерабочих видов у

разнорезонатор ­

пени, чем

у магнетронов

со с в я з к а м и . Отсюда можно

за­

ключить,

что во многих

случаях использование р а з н

о р е -

{Gei~Ghi)/mCi

( / = 1 , 2 , 3 ) .

Именно первые два

фактора, т. е. степень асиммет­

лентных схем

и

выводе простых

расчетных

соотношений

д л я магнетрона, настраиваемого

дополнительным полым

резонатором.

Н а рис. V.

1

представлена

простейшая

эквивалент­

соотношений. Она пригодна лишь для качественного

ана­

л и з а поведения

входных характеристик

в магнетроне

такой конструкции.

О д н а к о с

учетом

электронной

про­

водимости

Gei и

проводимости

нагрузки Ghi

из

простей­

шей схемы

(рис.

V.

1) м о ж н о

вывести

критерий

д л я

пре-