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

: : 'емы с внешним резонатором, заметно и с к а ж а е т с я

поле

Ноц-вида

колебаний

стабилизирующего

резонатора,

ухудшаются

условия

возбуждения

К М и О К М на

основ­

ном я- виде колебаний.

При чрезмерном уменьшении

и>щ уменьшается

связь

колебаний, п р и н а д л е ж а щ и х к спектру

нормальных

видов

резонаторной

системы.

О п т и м а л ь н а я

ширина

щели

связи

иищ л е ж и т

в

преде­

л а х

(0,02—0,07) Л с р

или,

точнее,

в пределах

(0,2—0,7) X

Х(яс1л/Ы—т),

где

dn

— наружны й

диаметр

резонатор ­

ной системы.

Радиальная

протяженность

щели

связи

а с

т .

Д л я

от­

носительно м а л о м о щ н ы х

К М

и

О К М

толщина

стенки

аст, р а з д е л я ю щ е й

резонатор

анодного

блока

и

стабили­

зирующий резонатор,

может быть выбрана из

условия

а с т

< 0,05 ХС р.

( V I . 3 )

Д л я

мощных

магнетронов, когда

требуется

высокая

теп­

ломеханическая

устойчивость

системы,

размер

а с т

может

быть

принят

равным а с т ~ А С р / 2 .

Чем б л и ж е

значение а с г

к А/4, тем большую расстройку

в

резонаторы

вносят

щели

связи.

Поэтому

при выборе толщины

стенки

а с т

в пределах 0 , 0 5 < а с т Д С р < 0 , 5

может

оказаться

необходи­

разом,

чтобы

скомпенсировать

их

расстройку

(щелями

связи)

относительно

з а к р ы т ы х

резонаторов .

Аксиальная длина

стабилизирующего

резонатора

hv

д о л ж н а

быть

выбрана

таким образом, чтобы

при

А р а б =

= A M m I

поршень

не

перекрывал

концы

щелей

связи.

В

противном

случае

происходит

возбуждение

Д В я г В и д а

и

ухудшение

стабильности работы

прибора на

основном

я - виде колебаний .

М а к с и м а л ь н а я

длина резонатора определяется

из

со­

отношения [27]

Лрмакс ~

0,51

- г

^ 6 - м а к с

( V I . 4 )

У 1 — (1,02АР а 6 м а к е /А.к рн0 1 1 )2

М и н и м а л ь н а я

длина резонатора

ftp мин л е ж и т

в

пре­

д е л а х (0,65—0,8)

Араб мин (при

условии,

Ч Т О / г р м п н > / щ ) .

14*

211

л е н ия оптимизированных значений

параметров . Д а н н ы е

сведены в табл . VI . 4 .

Д л я

всех

образцов

неизменными

п а р а м е т р а м и

были

N=20,

£>р = 55 мм,

da

= 8 мм,

dK=5,6

мм, т = 0 , 6

мм и

А / р = 3

мм

(ход

п о р ш н я ) . При изменении

длины

анода

ha соответственно изменялась

и

длина

катода

hK.

Д а н ­

ные табл . VI . 4 свидетельствуют

о

том,

что

выходные

п а р а м е т р ы

К М

существенным

образом

зависят

от их

конструктивных

параметров .

Если число резонаторов N увеличить,

например,

вдвое, то, очевидно, оптимизированные значения

попе­

речных

размеров

K M

(da, dK,

Dv,

dv,

dR)

заметно

изме ­

нятся. Существенно

изменятся

т а к ж е и

п а р а м е т р ы

коле­

бательного

р е ж и м а

КМ .

Методика

расчета,

конструктивных

и

электрических

п а р а м е т р о в

К М

и

О К М принципиально

ничем

не

отли­

валентные

п а р а м е т р ы

стабилизирующего

резонатора

я в л я ю т с я определяющими

и д о л ж н ы

быть т щ а т е л ь н о со­

гласованы

с п а р а м е т р а м и

резонаторной

системы,

про­

странства

взаимодействия

и выходного

устройства. Ин ­

ж е н е р н а я

з а д а ч а расчета

К М и О К М , ка к и аналогич ­

ная з а д а ч а

дл я обычных магнетронов, может

быть

сфор ­

мулирована

двояко

[1]:

по з а д а н н ы м

конструктивным

п а р а м е т р а м

сложной

колебательной

системы

рассчитать

ее эквивалентные электрические п а р а м е т р ы

(Хр а б, рсиот,

Qo, SC T , Фвн) л и б о , наоборот, по з а д а н н ы м

входным и

выходным

п а р а м е т р а м

магнетрона

(Ua,

1а,

В, Р ш

Яр а б,

ностями,

которые

могут

быть преодолены л и ш ь при

разумном

сочетании накопленного

опыта конструирова ­

ния К М

и О К М

с проверенной на

практике методикой

ориентировочного

расчета

их.

Н а и б о л е е простым и

н а г л я д н ы м методом расчета

тельно к К М и О К М сущность этого метода

заключает ­

ся в следующем [27]. С помощью фиктивных

металличе ­

ских стенок коаксиальный

резонатор К М р а з б и в а е т с я на

р я д короткозамкнутых на

одном конце волноводов сек­

торного типа. Ч и с л о таких

волноводов выбирается р а в ­

ф и к т и в н ы ми

металлическими

стенками не

приводит

к нарушению

граничных

условий

д л я

колебаний

вида

Н 0 ц коаксиального резонатора,

и

секторный

волновод

м о ж н о р а с с м а т р и в а т ь как

волновод,

в о з б у ж д а е м ы й

на

ма с д л и н о й

в о л н ы ; в

— р а з д е л и т е л ь н а я

с т е н к а

а н о д н о г о

б л о к а

много

м е н ь ш е

д л и н ы

в о л н ы ;

г-—эквивалентная

с х е м а

э л е м е н т а р н о й

я ч е й к и .

резонатора д л я случая, когда учитывается

р а д и а л ь н а я

протяженность щели связи (б) и

когда

щель

связи

ап­

проксимируется

тонкой

д и а ф р а г м о й

(в).

Н а

этом

ж е

рисунке

(г)

приведена э к в и в а л е н т н а я

схема,

пригодная

д л я расчета

п а р а м е т р о в

элементарной

ячейки

К М

мето­

дом длинных

линий.

Э л е м е н т а р н а я

ячейка

сложной

колебательной

систе­

мы К М

состоит из последовательно

соединенных отрезка

секторного волновода (рис. VI . 6,а), отрезка

прямоуголь ­

ного волновода

( д и а ф р а г м ы

связи)

и отрезка

секторной

линии

(открытый резонатор

анодного

б л о к а ) . К

откры­

тому

резонатору

п а р а л л е л ь н о

подключен

з а к р ы т ы й

резо­

натор .

Р е з о н а н с н а я

частота системы я в л я е т с я

корнем

урав ­

нения

б а л а н с а проводимостей,

определенных

на

услов­

ных входных з а ж и м а х ев

эквивалентной

схемы:

5 В х о ( ( й ) + 5 в х з ( с о ) + 2 Б г л р

вз ( с о ) = 0 .

(VI.7)

Здесь

Лвхо есть

входная

проводимость

элементарной

ячейки системы,

о п р е д е л я е м а я

последовательной

транс ­

формацией проводимости Вп=оо

через

отрезок

сектор­

ного

волновода

длиной (Dp—d9)/2

к « з а ж и м а м »

щели

связи

бб и затем

(после суммирования с

проводимостью

щели

( д и а ф р а г м ы ) связи

Вя)

через

отрезок

секторной

линии

длиной / 0

к « з а ж и м а м »

открытого

резонатора

ее;

Ввхз — входная

проводимость

закрытого

резонатора;

-бпрвз — входная

проводимость

пространства

взаимодей ­

ствия

КМ, о п р е д е л я е м а я на тех ж е « з а ж и м а х » ее

и

е'е'.

При заметной толщине стенки анодного

блока

а с т

осуществляется дополнительная

т р а н с ф о р м а ц и я входной

моугольного волновода

длиной а о т .

Входные проводимости Ввх0,

В в х з

и

В п р в з

с л о ж н ы м

образом в ы р а ж а ю т с я

через цилиндрические функции, и

их определение дл я конкретных

случаев сопряжено с гро­

моздкими

вычислениями с помощью вычислительных ма­

шин. При определении

входных

проводимостей

следует

учитывать

т а к ж е

краевые емкости

на

границах

р а з д е л а

секторный

волновод — щель связи,

щель

с в я з и — о т к р ы ­

тый резонатор

и

резонаторы

системы — пространство

взаимодействия .

Корни

уравнения

(VI.7)

находятся да­

тарной

ячейки YQK

К М находится путем дифференциро ­

вания

в ы р а ж е н и я

(VI.7)

в точке Я — 1Ж:

(VI.8)

где 5v = 5B X o + 5 B X ' 3

+ 2finp вз.

Д л я приближенного

расчета эквивалентных парамет ­

димостей ЛВ хо(м) и Ввхз((±>)

м о ж н о найти

та к н а з ы в а е ­

мым методом ступенчатой

аппроксимации

неоднородных

ся по

закону,

з а д а в а е м о м у о б р а з у ю щ е й неоднородной

линии.

В таком

случае входное сопротивление отрезка

ближения зависит от числа секций

ступенчатой линии

(см. рис. VI . 6,6) . Более подробно

метод ступенчатой

Коэффициент

стабилизации

K M

S C T

приближенно

может

быть определен

из

в ы р а ж е н и я

dBaXi

5 С Т

=к

dX

x = x „

(VI.9)

dBB

dX

Расчет

эквивалентных

п а р а м е т р о в

колебательной

си­

стемы

К М

и

О К М

при

Д В я г в и д е

колебаний м о ж н о

произвести

тем ж е

методом, если

входную

проводимость

секторного

волновода,

пересчитанную

к « з а ж и м а м »

ще­

ли

связи

( з а ж и м ы

бб

на

эквивалентной схеме), поло­

жить равной нулю .

При

этом

проводимостями,

обусловленными краевы ­

ми

емкостями

щелей

связи

С к р щ ,

м о ж н о

пренебречь

Д л я расчета

эквивалентных

параметров

системы при

колебаниях

вида

ДВт;2 следует положить равной нулю

проводимость щели связи В д .

Приближенную формулу

для

определения

резонансной волны К М

при

колебаниях

вида

ДВтс2

Я Д В 7 1

можно получить, исходя

из

следующих

Поскольку

электромагнитное

поле

при

колебаниях

вида

Д В л 2 проникает

через

щели связи

непосредственно

до катода, то критическую волну коаксиального

резона­

тора

Я,к р н0 1 1 м о ж н о определить

по

ф о р м у л е

*крнМ1

=

-

^

и 1№жа

=

0,74(D p

- dK).

Так,

например,

при D p

== 55

мм, cfK =

5,6

мм,

Я Д В , 2

расч =

0

> 7 4 (°Р

-

<*к) =

3 - 6

5

С М

'

Я Д В , а э к с п = 3 ' 0

С М -

Заметное различие расчетного и экспериментального

значений

Я Д В л

обусловлено тем, что при

расчете

не учи­

тывалось

присутствие

анодного

блока

в

пространстве

м е ж д у катодом

и внешним

цилиндром

коаксиального

трических п а р а м е т р о в

К М ориентировочно

м о ж н о

про­

водить в такой

последовательности.

1.

П о з а д а н н ы м входным и

выходным

п а р а м е т р а м

К М

выбираются число

резонаторов ./V; длина

анода

ha,

шаг

системы L 0

, толщина

л а м е л и

т и величина

a —

dKld&.

2.

Рассчитывается

спектр собственных

частот

резо­

наторной системы без связок.

3.

З а д а е т с я

толщина

стенки

анодного

блока

а с т

и

натора б?р = й?д + 2 а с т .

4.

З а д а ю т с я оптимизированные

значения

п а р а м е т р о в

щелей

связи

/ щ и о>щ

и в случае

необходимости произво­

дится

их группирование.

и dp,

5.

П о

известным

величинам

Я с р

по

з а д а н н о м у

д и а п а з о н у

и

крутизне перестройки

частоты

находятся

А р . Армии

и ftp макс и

определяется

м а к с и м а л ь н а я вели­

чина ХОДа ПОршНЯ /р макс = ftp макс—Армии-

6.

Р а с с ч и т ы в а е т с я

(или определяется

из

графиков)

/раб макс-

7.

П р и

необходимости

производится

корректировка

размеров анодного блока и коаксиального

резонатора,

после

чего расчеты по ип. 2—6

повторяются .

8.

Рассчитываются

входные

проводимости

элемен­

тарной ячейки

К М

Впх0,

В п х з

и Вщ,т.

Д л я

з а д а н н о г о

значения

строятся

графики

функций В В х о ( « ) ,

Ввхз(а)

и

5пр]!з(ю)

и графическим

путем

определяется

р а б о ч а я

ча­

стота

к м .

hv

9.

З а д а ю т с я

различные

значения

в

пределах

ния рабочей

частоты, определяются расчетные величины

диапазона и

крутизны перестройки частоты, производит­

ся сравнение

этих величин с з а д а н н ы м и .

стемы

при

колебаниях вида Д В я 2 .

14.

П о

заданной величине коэффициента затягивания

ротности

Q B

„ И величины вносимого сопротивления

Rm

в

соответствии

с ф о р м у л а м и

Q B

H =

0,4I7/0 7 t /^,

R3a=~?JQBa.

З д е с ь р0 л . — волновое

сопротивление

элементарной

ячей­

ки

к м .

15. Проводится

комплекс

«холодных»

измерений и

производится

сверка

расчетных

величин

эквивалентных

п а р а м е т р о в

К М с

экспериментальными величинами

тех

ж е параметров .

Д о в о д к у конструктивных

и электрических п а р а м е т р о в

К М ж е л а т е л ь н о

производить

на

разборных макетах,

а

т а к ж е

при

выпуске

приборов

мелкими

партиями .

О п и с а н н ая

здесь схема расчета

и

конструирования

К М может быть использована

т а к ж е и при

расчете и

конструировании О К М ,

с той

л и ш ь разницей,

что в

по­

следнем случае удобнее вначале рассчитать

п а р а м е т р ы

стабилизирующего

резонатора,

а затем

у ж е п а р а м е т р ы

з а м е д л я ю щ е й

системы

и пространства

взаимодействия .

Г л а в а

V I I

В Ы Х О Д Н Ы Е У С Т Р О Й С Т В А М А Г Н Е Т Р О Н О В

1.

Вводные

замечания

Выходное

устройство предназначено

д л я

вывода

В Ч

энергии из

магнетрона .

Кроме

основной

функции,

выходное

устройство

мо­

ж е т выполнять р я д

функций,

связанных с подавлением

нерабочих

видов колебаний,

со стабилизацией

частоты,

с восстановлением

симметрии

поля в

пространстве взаи­

модействия

нагруженного магнетрона .

При конструировании выходных устройств на прак ­

тике приходится решать р я д

проблем,

связанных с

ме­

В любом конкретном случае требования к выходному

устройству

предопределяются

п р е ж д е

всего

требования ­

ми

технического

з а д а н и я

на

магнетрон

и

условиями

эксплуатации его в аппаратуре .

Накопленный опыт расчета и конструирования вы­

ходных устройств в ряде случаев позволяет сделать

пра­

вильный выбор типа выходного устройства

и

основных

его

конструктивных

элементов

еще

на начальной

стадии

р а з р а б о т к и

магнетрона

(т.

е.

при

р а з р а б о т к е

опытного

о б р а з ц а ) .

Конструкции

выходных

устройств

и

их

эле­

ментов

достаточно

полно представлены в р а б о т а х

[3, 4,

12,

65],

а

т а к ж е

в

многочисленных

статьях,

авторских

свидетельствах и

патентах.

П о конструктивному признаку выходные

устройства

многорезонаторных

магнетронов целесообразно

подраз -