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

в систему.

П р и

значительных

н а р у ш е н и я х

симметрии

внешними

элементами,

технологическим

р а з б р о с о м

па­

р а м е т р о в резонаторов

системы

м о ж н о

пренебречь и

р а с с м а т р и в а т ь

ее

как

симметричную систему с

номи­

н а л ь н ы м и

р а з м е р а м и

резонаторов .

Н а п р о т и в ,

при

ана­

лизе

искажений

поля,

в ы з в а н н ы х

р а з б р о с о м

парамет ­

ров резонаторов и связок, целесообразно

р а с с м а т р и в а т ь

систему,

свободную

от

связи

с внешними

элементами .

П р и

описании

ж е общих

свойств

резоняторных

систем

магнетронов

различие

м е ж д у внешними

и

внутренними

источниками,

п о р о ж д а ю щ и м и

электрическую

асиммет­

рию, я в л я е т с я несущественным . Оно

состоит л и ш ь

в

сте­

пени

влияния

вносимых

в

систему

реактивностей

(внеш­

них

и внутренних,

п о л о ж и т е л ь н ы х

и

отрицательных)

на

распределение

э л е к т р о м а г н и т н ы х

полей

в

пространстве

волновые

сопротивления

(проводимости)

системы

при

к о л е б а н и я х

р а з н ы х

видов

основного

спектра,

а т а к ж е

на

величины собственных

и внешних

добротностей .

И з

общих

свойств

асимметричных

систем

наиболее

в а ж н ы м и я в л я ю т с я :

1. П р и

изменении

эквивалентных

электрических

па­

р а м е т р о в

хотя

бы

одного

резонатора

симметричной

си­

стемы

(изменением

геометрических р а з м е р о в

резонато ­

ра или внесением в него

реактивности извне)

частоты

всех видов

колебаний

с м е щ а ю т с я ,

р а з д е л е н и е

по часто­

те

м е ж д у

в и д а м и

колебаний изменяется,

электромаг ­

нитные

поля

и с к а ж а ю т с я ,

связь

м е ж д у

р е з о н а т о р а м и

изменяется .

2. В

и с к а ж е н н о м

поле

я - вида

колебаний

присутст­

баний.

И н а ч е

говоря, и с к а ж е н н о е

поле

я - вида колеба ­

ний м о ж е т

быть представлено

в виде суммы полей видов

колебаний

симметричной системы.

И з общей теории полых

резонаторов

известно, что

если

найдена

к о н ф и г у р а ц и я

полей,

соответствующих

н о р м а л ь н ы м

(не с в я з а н н ы м

м е ж д у

собой)

к о л е б а н и я м

измененных

граничных условиях м о ж н о

представить

как

сумму полей

н о р м а л ь н ы х

видов

колебаний системы .

В

магнетроне такой полостью я в л я е т с я пространство

взаимодействия .

Т а к

к а к

д л я

основного

спектра

видов

колебаний

имеет

место

приблизительно

симметричное

распределе -

ние

н а п р я ж е н и я

по

длине

анодного

блока

магнетрона,

то и с к а ж е н н о е

поле

я - вида

колебаний

м о ж е т

быть

пред­

ставлено

в

виде

суммы

симметричных с о с т а в л я ю щ и х

полей

всех

видов

(в том числе

и

лнвида)

[9, 10].

3. Р а с п р е д е л е н и е

н а п р я ж е н и й

по

р е з о н а т о р а м

в сим­

метричных

резонаторных

системах

определяется сле­

д у ю щ и м и

д в у м я

соотношениями:

Un4

=

Uno

cos (^-q),

(1.16)

Vnq

=

Vn0

sin (p^-qy

(1.17)

где

n = 0,

1, 2,

N/2 — номер

вида

колебаний;

q = 0,

1,2, ... , (N—1)

— номер

резонатора .

Функции Unq

и Vnq описывают два в о з м о ж н ы х

рас­

пределения

поля

на частоте «-вида

колебаний

(так на­

з ы в а е м о е в ы р о ж д е н и е

второго

п о р я д к а ) .

Л ю б о е

иска­

женное

распределение

н а п р я ж е н и й

Uq м о ж н о

предста­

вить в виде суммы

Unq и Vnq:

n=N/2

n=N/2

U4=

£ t / n

o

c o s ^ ? ) + £

V n o S l n ( ^ L q y ( U S )

где коэффициенты Uno и

Vn0

я в л я ю т с я а м п л и т у д а м и

симметричных

составляющих .

К о э ф ф и ц и е н т ы

р а з л о ж е ­

ния

Un0

и

Vn0

определяются

обычным

дл я

метода

Фурье

способом:

N—I

9=0

N—l

Vno^-jfYi

VqS'm (^jf-q^j при n=£0

и

9=0

причем

N-l

^ c o s p ^ < / ) c o s ( ^ ^ = 0

и

9=0

N—l

<7=0

когда

тфп.

Пр и

п =

О

£

U,

и V 0 0

=

0;

при n =

N(2

N—l

и

N

( •

И

V

=

0.

4.

Отношение

а м п л и т у д

симметричных

составляю ­

щих

р а з л и ч н ы х

видов

колебаний

к а м п л и т у д е

симмет­

ричной

с о с т а в л я ю щ е й

я - вида

колебаний м о ж е т

с л у ж и т ь

мерой и с к а ж е н и я

поля

последнего.

В

приведенных

в ы р а ж е н и я х q = 0 — резонатор,

отли­

ч а ю щ и й с я

по своим

электрическим

п а р а м е т р а м

от

остальных

резонаторов .

Н а эквивалентной

схеме

систе­

мы этот резонатор м о ж е т

быть

представлен

колеба ­

тельным

контуром

с

такими

ж е

п а р а м е т р а м и ,

к а к

и

индуктивного или емкостного

х а р а к т е р а ,

подсоединен­

ной к нему. В частности,

эта реактивность

м о ж е т

быть

внесена в один из резонаторов

симметричной системы

асимметричным выходным

устройством магнетрона .

Д л я р а в н о р е з о н а т о р н ы х

систем, симметричных

отно­

вого» резонатора и через ось анодного

блока, ампли ­

туды симметричных с о с т а в л я ю щ и х

VnQ

р а в н ы

нулю.

П о э т о м у мерой «загрязненности» искаженного поля

колебаний вида я

п о л я м и

других

видов

колебаний

слу­

ж и т отношение Uno/U

N

, связанное

с

входными

про-

водимостями

системы

Yrq

и

пространства

взаимодейст ­

вия Ynq,

о п р е д е л я е м ы м и

на

щели

q-ro

резонатора,

сле­

д у ю щ и м и соотношениями:

UJU

N

=2{Yrq

+ Y N

)l(Yrq

+

Ynq)

при

нфО,

(1.19)

UJU

N

=(Yrq

+

YN

)!(Yrq

+

Yoq)

при я =

0.

— 0

-г"

Ч е р е з э к в и в а л е н т н ы е

электрические

п а р а м е т р ы

си­

стемы первое

из

соотношений

(1.19)

м о ж е т

быть

за-

писано

в с л е д у ю щ е м

п р и б л и ж е н н о м

виде:

Y

, N

^

N

~ ^ N

U N

ТЫ :

Л Yen

^

—

^

N

Чввп

- /V

(1.19')

л

- г

а с т -

Здесь

Л с п — резонансная

волна

симметричной системы

при колебаниях

вида

п

(n^N/2)\

A C J V / 2 — резонансная

Яасдг/2 — резонансная волна

асимметричной системы

при

колебания х

вида я ; YCN/Z

— волнова я

проводимость

симметричной

системы при

колебания х

вида я ;

QBHN/Z

трона

при к о л е б а н и я х

вида

л и вида

п

соответственно.

В ф о р м у л е

(1.19')

з а м е н а

отношения

волновых

про-

водимостей

отношением внешних добротностей возмож ­

на л и ш ь

в

том

случае,

когда

т р а н с ф о р м и р о в а н н а я

к щ е л я м

резонаторов

нагрузк а не

и с к а ж а е т

поля

в

про­

странстве

взаимодействия

магнетрона

и,

строго

говоря,

не зависит от частоты.

5.

П р и

произвольном

разброс е

п а р а м е т р о в

резона ­

торов

и связок

амплитуды

симметричных

составляю ­

щих

Vno,

очевидно,

не

р а в н ы

нулю . В

этом

случае

дл я

оценки

степени

«загрязненности»

искаженного

поля

и

N

„

1 en

„

(1.20)

Y

N

JV - 1

N

v

с

2

—

•S1 п ( £

- « ) ( -

1)',

V

'по

I'M

«

И

и J V - 6 1 ™

N

и

V

N

- 2 - 0

c - g - ^

с —

где

Ao)gjv/2 — смещение

резонансной

частоты системы

при

колебания х

вида

я ,

вызванное

деформацие й

q-vo

резонатора

и

q-и

секции

связок.

А н а л о г и ч н ые

в ы р а ж е н и я

д л я

р а з н о р е з б н а т о р н ы х

систем имеют более с л о ж н ы й

вид и здесь

не

приво­

дятся .

6. Р а с п р е д е л е н и е

поля

в

пространстве

взаимодейст ­

вия

симметричной

системы

на

частоте

в ы н у ж д е н н ы х

колебаний со,

близкой

к

резонансной

частоте

системы

C O C J V / 2 при я - виде колебаний, не отличается от распре ­

деления

поля

в

пространстве

взаимодействия

асиммет ­

ричной

системы,

если

р е з о н а н с н а я частота

соася/г

совпа­

д а е т

с частотой

сигнала со и реактивность,

п о р о ж д а ю щ а я

асимметрию,

вносится

в

тот

ж е

резонатор,

через

кото­

рый

система

(симметричная)

в о з б у ж д а е т с я

от

посто­

асимметричной

системы

(влияние

взаимного

располо ­

ж е н и я

р а з р ы в о в

связок,

н а с т р а и в а ю щ е г о

полого

резо­

натора и выходного устройства на величины

р а з д е л е н и я

видов

по частоте и

добротности

и

на симметрию

полей

в

пространстве

взаимодействия)

могут

быть изучены

при

исследовании

симметричной

системы

(системы

с

технологическим

р а з б р о с о м

п а р а м е т р о в )

в р е ж и м е

в ы н у ж д е н н ы х колебаний .

С ф о р м у л и р о в а н н о е

п о л о ж е н и е

проверке.

З д е с ь

мы ограничимся л и ш ь

д в у м я

приме­

рами .

На

ряс.

1.7 представлены

эскиз

разнорезонаторного

анодного

блока

магнетрона

дециметрового диапазона (а)

и

осциллограммы

поля,

снятые

на резонансных

волнах

системы

в

условиях, когда

лическая шпилька (б)

и когда в щель

большого резонатора

поме­

щена диэлектрическая

пластинка (в), а

также осциллограммы

поля

метричной

системы и в

режиме,

близком

к режиму собственных

колебаний

асимметричной

системы

(длина

волны

внешнего

сигнала

X соответствует резонансной волне

асимметричной

системы

X&CN/2)-

оказывает на эквивалентные параметры выходного

и соседних

с ним

резонаторов, наименьшее — на параметры

удаленных

резонаторов.

Опыт показывает, что даже при сильной связи внешнего

гене­

ратора (при помощи петли связи

II) с симметричной

(не связанной

с внешней

нагрузкой) системой,

осциллограммы

поля на

волнах

Л = 10,656 и

10,631 см близко совпадают

по форме

с

осциллограм-

j

Фибровый

поглотитель

j

Сигнал от

'Петля едязи.

генератора

с нагруэюй

5,0 R„,MM

7. В о л н о в а я

проводимость

равнорезонаторных

(без

связок

или со

с в я з к а м и )

систем с учетом р а з б р о с а

па­

р а м е т р о в резонаторов и связок

(при наличии

или отсут­

ствии

внешней

нагрузки)

определяется

через

н а п р я ж е ­

ние на

щ е л я х

резонаторов следующим

о б р а з о м :

где YacN/z

— в о л н о в а я

проводимость

асимметричной

си­

стемы

при

к о л е б а н и я х

вида л; Ycr

— в о л н о в а я

проводи­

мость

одной ячейки симметричной

системы; Ug — напря ­

жение

на

резонаторе,

связанном

С

нагрузкой

(^ =

0).

К р о ме того, волновая проводимость

Уаск/2

м о ж е т

быть в ы р а ж е н а через

отношение а м п л и т у д симметрич ­

ных

с о с т а в л я ю щ и х

У

_

Л^с -

У с N12

9 Q V

'ас

N/2

"

ЛГ/2 - 1

—

ЛГ/2—1

V - ^ / "

1 +

2

V! y f —

1 + 2

ZJ

J

^

0

Т

"N

где

Fc w/2 = A ' i / c r — волновая проводимость

симметричной

системы при

колебаниях

гс-вида,

или

через

величины

приращений

резонансной

частоты

системы

у

YcN/2

ас N12

N12—1 N—l

я = 0

(?=0

(1.23)

где

Дсо9 л'/2 — п р и р а щ е н и е

резонансной

частоты

системы

при колебаниях вида я , вызванное изменением

парамет ­

ров <7-го резонатора .

При этом с у м м а р н о е относительное п р и р а щ е н и е ре­

зонансной

частоты

системы в ы р а ж а е т с я через

прираще ­

ния

проводимостей

резонаторов

и пространства

взаимо ­

действия

следующей

формулой :

N-1

Ц AYqN/2

+ 4 F r g

Ы

т

-

=

°

- ,

(1.24)

acN/2

q

2 i '

cN)2

где

A(£>N/2

— с у м м а р н о е

п р и р а щ е н и е

частоты

системы

при колебаниях вида я ; AYRQ—приращение

входной

проводимости

q-ro

резонатора;

AYQN/2

— п р и р а щ е н и е

мой

на щели

q-ro

резонатора

ка к

YqN/2=(HcN/2Ci^q

(Сщ,я

— к р а е в а я емкость q-ro р е з о н а т о р а ) .

Изменение волновой проводимости резонаторной си­

стемы

магнетрона

при наличии

р а з б р о с а п а р а м е т р о в

резонаторов и связок и при наличии

внешней нагрузки

происходит

в

основном за счет

перераспределения

В Ч

н а п р я ж е н и я

м е ж д у

резонаторам и анодного блока .

8. В

системах с

технологическим

разбросом

пара ­

метров

резонаторов

и связок при чисто активной внеш-

ней нагрузке изменением волновой проводимости

м о ж н о

пренебречь,

т. е. считать, что

Yacir/2~YDrr/2.

(1.25)

При

комплексной

ж е

нагрузке

в о л н о в а я

проводи­

мость

Y&CN/2¥=YCN/Z

в

зависимости

от

типа

системы и

з н а к а реактивной

с о с т а в л я ю щ е й

проводимости

нагрузки .

Д л я

учета

влияния

реактивной

с о с т а в л я ю щ е й

сопро­

тивления

нагрузки

на

внешнюю

добротность

системы

в ф о р м у л у

(1.22)

[1] вместо

р с

следует

п о д с т а в л я т ь

р с . х :

(2вн = # 2 р с ж / / ? в ш

(1.26)

где

р с х — волновое сопротивление

системы при

наличии

реактивной с о с т а в л я ю щ е й сопротивления нагрузки .

Волновое

сопротивление

р с

ж

м о ж е т

быть

определено

э к с п е р и м е н т а л ь н ы м

путем

или

ж е

вычислено

по

сле­

д у ю щ е й

приближенной ф о р м у л е :

О

—

о

Y +

^вн/Рс

}

i

/т

где

р с — волновое

сопротивление

системы

при

чисто

активной

нагрузке;

Х Т

1 — р е а к т и в н а я

с о с т а в л я ю щ а я со­

противления

нагрузки;

\=(KN/2—A,JV/2-I)/?WV/2

— разделе ­

ние

по

волне

я - вида

с б л и ж а й ш и м

коротковолновым

видом;

6 = (XN/2—KI)/IN/2,

Я / — п о л ю с

функции

вход­

ного

сопротивления

(входной

проводимости),

л е ж а щ и й

м е ж д у

KN/2

И

A , J V / 2 - I -

9. Входные характеристики д л я равнорезонаторных

систем позволяют установить следующий х а р а к т е р

влия ­

ния

реактивной

с о с т а в л я ю щ е й

сопротивления

нагрузки

Х В П

на внешнюю добротность системы

Q B H :

а)

в

магнетронах

без

связок

с

емкостной

связью

м е ж д у р е з о н а т о р а м и

емкостная

н а г р у з к а

увеличивает

QBH, индуктивная нагрузка у м е н ь ш а е т

QBN;

б)

в

магнетронах

со с в я з к а м и

индуктивная

н а г р у з к а

увеличивает

QB H ,

емкостная

н а г р у з к а

у м е н ь ш а е т

QB H ;

в)

в

р а з н о р е з о н а т о р н ы х

магнетронах

при связи

вы­

ходного

устройства

с

большим

резонатором

емкостная

н а г р у з к а увеличивает

QB H ,

а

индуктивная

н а г р у з к а

у м е н ь ш а е т

Q B H (однако при

больших

значениях

индук­

тивной нагрузки внешняя добротность системы

QBn

на­

чинает

снова

в о з р а с т а т ь ) ;

при

связи

выходного

устрой-

ства

с м а л ы м

резонатором

в н е ш н я я

добротность

QBU

под

действием

реактивной нагрузки

изменяется

таким

ж е

о б р а з о м ,

как

и

в

магнетронах

со

с в я з к а м и .

П р и одном и

том

ж е

разделении

частот

м е ж д у

коле­

баниями

вида

л

и

б л и ж а й ш и м коротковолновым

видом

волновое

сопротивление

(волновая проводимость)

изме­

няется

у

разнорезонаторных

магнетронов

значительно

более

резко,

чем

у

магнетронов со

с в я з к а м и .

10. Р е а к т и в н а я

н а г р у з к а

сильнее

и с к а ж а е т

поле

в пространстве

взаимодействия

в

р а з н о р е з о н а т о р н ы х

магнетронах,

чем

в

магнетронах

со

с в я з к а м и .

И с к а ж е ­

ния

ф о р м ы о с ц и л л о г р а м м ы

поля

при

одной и

той

ж е

сигнала

со от

резонансной

частоты л - вида

колебаний

у магнетронов

со

с в я з к а м и

в ы р а ж е н ы

слабее,

чем

у разнорезонаторных магнетронов . И н а ч е

говоря,

реак­

тивная

н а г р у з к а

о к а з ы в а е т

более сильное

дестабилизи ­

рующее действие на колебательный р е ж и м

разнорезо -

наторного магнетрона, чем магнетрона со

с в я з к а м и .

Основной

особенностью

искаженного

поля колеба ­

ний вида я у разнорезонаторных магнетронов

я в л я е т с я

наличие

в нем

значительных

по

величине

симметричных

с о с т а в л я ю щ и х

низких

номеров.

В отличие

от

магнетронов со с в я з к а м и

и равнорезо -

ные с о с т а в л я ю щ и е

быстро

у б ы в а ю т при

уменьшении их

номера, в разнорезонаторном

магнетроне

симметричные

с о с т а в л я ю щ и е

м а л о отличаются друг от

друга {9].

11. С и м м е т р и я

поля в

пространстве

взаимодействия

нагруженного

магнетрона

на

резонансной частоте я-ви-

сировать реактивность

Х В „ , вносимую в выходной

резо­

натор путем изменения

п а р а м е т р о в последнего или

ж е