Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

12.52 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 / 3330 31 32 33 > Следующая >>>

фики д л я

быстрого

определения

величин

расстроек

До и

Анн. З а м е т и м

лишь,

что

при а—>-°о

величина

отношения

(Pf JPf^Qo

стремится

т.

е.

изменяется

очень

мед

ленно.

Это с л у ж и т основанием

к тому,

чтобы при измерении

добротностей магнетрона по методу двухполюсника опе

рировать

с величиной

ненагруженной

добротности

к а к

со

средней

величиной,

контролируемой л и ш ь выбо

рочно.

М а с с о в о м у

ж е

контролю

д о л ж н ы

подвергаться

н а г р у ж е н н а я

Q H

или

в н е ш н я я

QBU

добротности

(в

зави

симости от специфики

м е т о д а ) .

В данной модификации метода двухполюсника удоб

нее контролировать величину внешней добротности.

П р и

этом

точность

измерений

д л я

добротностей

QB H =100-r-

300

не

х у ж е ± 5 % . Б о л е е

высокие

точности

могут

быть

достигнуты при измерении внешней добротности по фа

зовым

х а р а к т е р и с т и к а м

магнетрона .

10. Определение

внешней добротности магнетрона

по наклону

фазовой

характеристики

П о л ь з у я с ь соотношениями

(1.7)

(1.14)

первой

гла

вы,

м о ж н о

получить

простые

п р и б л и ж е н н ы е

ф о р м у л ы

д л я

определения

величины

внешней добротности магне

трона

Q B H

по

методу

двухполюсника,

котором

Б зави

симости от частоты или длины волны в

свободном

про

странстве

измеряется

л и ш ь

ф а з а

стоячей

волны .

К С В Н

при

резонансе

сч> в

этом

случае

не

измеряется .

П р о ц е д у р а

определения

добротности

Q B

П О д а н н о м у

ме

тоду

т а к ж е

проста

[189].

Д л я

10—15

фиксированных

частот

(длин

в о л н ) ,

ле

ж а щ и х

области

существования

исследуемого

вида

ко

лебаний, например я - вида, относительно произвольной

плоскости

отсчета

определяется

положение

минимума

стоячей волны

З а т е м

д л я к а ж д о й

из

фиксированных

частот

(волн)

вычисляется

д л и н а

волны

волноводе

Хв.

П о

этим д а н н ы м

строится

ф а з о в а я

х а р а к т е р и с т и к а .

Д л я

удобства

построения

фазовой

характеристики

из

меренным

значениям

величины

п р и б а в л я е т с я

некото

р а я п р о и з в о л ь н а я

величина

AdQ,

которая

в сумме с вели

чиной

d 0

при

резонансе

я в л я е т с я

кратной

половине

дли

ны волны в волноводе Хв:

(d0+Ad0)Дв

= 0,5;

1,0; 1,5 . . .

(do — р а с с т о я н и е

минимума

стоячей волны

при

резонан -

се от выбранной

плоскости

о т с ч е т а ) . И с к о м а я

величина

291

внешней добротности		Q B H о к а з ы в а е т с я		пропорциональ
ной крутизне фазовой		характеристики	в резонансной точ
ке и вычисляется	по ф о р м у л е
	<2Вн~0,36Л.о/2ЛА<			(VIII . 17)
д л я добротности,	равной 150 и ниже,		или	по ф о р м у л е
				(VIII.18)

д л я добротности, равной 150 и выше .

В формуле (VIII.17) и на рис. VIII.11 ДЛ есть абсолютная вели чина приращения длины волны в свободном пространстве Я, которой соответствует изменение фазы стоячей волны в линии на 20°; коэф фициент 0,36 равен приведенному значению реактивной составляю щей входного сопротивления в фазе стоячей волны 20°. В формуле (VIII.18) А1 есть малое смещение минимума стоячей волны, соот ветствующее малому изменению частоты / на величину А/ вблизи резонансной частоты /о-

К достоинствам фазовых методов определения добротности отно сятся их простота и независимость от характеристики детектора и других амплитудных характеристик измерительной линии и генерато ра. В статическом варианте этого метода в качестве индикаторного прибора зондовой головки может служить микроамперметр невысо кого класса точности, а в качестве измерителя частоты (волны) мо жет быть использован волномер с относительной точностью Ю - 3 . Однако в этом случае обнаруживается главный недостаток статиче ского фазового метода — трудоемкость, исключающая применение его при массовом выпуске магнетронов.

Основная методическая ошибка обусловлена тем, что при опре делении величины внешней добротности по фазовой характеристике не учитывается величина КСВН при резонансе Оо, от которой, оче

видно,	зависит величина рас
стройки	Д в н .

90'

20е Г -- Н -	А Точка перегиба
.	К.

-90'


Используя		соотношение
(VIII.17),	непосредственно			по
круговой	диаграмме		можно
определить, что,		например,		для
значения	КСВН	Оо =	5 величи
на указанной ошибки			составля
ет 7%; с	увеличением		о 0 вели
чина ошибки уменьшается,				а с
уменьшением — возрастает.				Ос

новная же субъективная ошиб ка обусловлена тем, что при

Рис. VIII.11. К определению внешней добротности магне трона по фазовой характери стике:

X X X — э к с п е р и м е н т а л ь н ы е т о ч к и .

292

пользовании фазовым методом частота, соответствующая точке переги ба фазовой характеристики, часто отождествляется с резонансной ча стотой магнетрона. Из свойств асимметричных систем (см. гл. I), однако, вытекает, что в общем случае, когда остаточная реактив ность при резонансе не скомпенсирована, резонансная частота маг нетрона, определяемая по минимуму КСВН, не соответствует точке перегиба па фазовой характеристике и смещается от нее в индук тивную или емкостную область. Поскольку наклон фазовой характе ристики при переходе из индуктивной области в емкостную заметно меняется, то указанное отождествление резонансной точки с точкой перегиба может привести к грубым ошибкам в определении величины внешней добротности магнетрона. Поэтому при пользовании фазо вым методом необходимо независимым способом определить поло, жение резонансной точки на фазовой характеристике и определять крутизну характеристики в этой точке, а не в точке пепегиба. При малой величине реактивности, вносимой выходным устройством в ко лебательную систему магнетрона, указанные точки на фазовой ха рактеристике практически не расходятся.

Положение резонансной точки на фазовой характеристике для незапаянного магнетрона может быть определено либо по минимуму КСВН, либо по максимуму проходящего сигнала, либо, наконец, по максимальной интенсивности осциллограммы поля; для запаянного магнетрона оно может быть определено только по минимуму КСВН.

Н е с м о т р я на ря д недостатков, статический фазовы й метод имеет одно существенное преимущество перед другими методами измерения добротности магнетронов . Оно состоит в том, что это, пожалуй , единственный ме тод, который позволяет измерять очень низкие величины внешней добротности (порядка нескольких единиц) с вы сокой точностью.

11. Определение внешней добротности магнетрона по смещению узла стоячей волны в линии динамическим

методом

Соотношение (VIII . 18 ) позволяет быстро и с доста точно высокой точностью определять внешнюю доброт

ность магнетрона,	когда резонансная частота	fo извест
на. В этом случае,	з а д а в а я для величины А/	определен

ное значение и измеряя соответствующее этой величине значение А/, можн о производить вычисление величины Q BH ПО следующей простейшей формуле:

	Qnn~K/Af,	(VIII . 19)
где K=nf0Al/lB—	заране е подсчитанный коэффициент .
М о ж н о было	бы задат ь величину	А/, а измерять ве

личину At. Однак о опыт показывает, что при динамиче ском методе более удобно з а д а в а т ь величину А/.

293

П р е и м у щ е с т в а данного метода вырисовываются при


измерении добротности магнетронов с механической					на
стройкой. У д и а п а з о н н ы х		магнетронов	добротность		Q B H
обычно контролируется	на	дискретных,	з а р а н е е	извест
ных частотах . Если при	этом рабочий		д и а п а з о н	состав

ляет 5—6%,		то	измерения	добротности производятся
обычно	на	трех	частотах,	соответствующих
ЯдЛ . Д л я	магнетронов с большим д и а п а з о н о м перестрой-

Рис. VIII.12. К определению внешней добротности магнетрона по смещению точки провала на динамической резонансной кривой.

ки частоты число	контролируемых точек	соответственно
увеличивается . П	р о ц е д у р а определения	добротности по

данному методу состоит в следующем . Пусть д л я кон


кретного	магнетрона			з а р а н е е известны			контролируемые
точки, например Кор,				Кр и А,д л . Тогда, вычислив соответ
ствующие значения /о и К					и з а д а в д л я		этих		точек одно
и то ж е	значение		А/,	получим три		значения			д л я коэф
фициента	К:	/Скор,	Kcv	и Д'дл. Д л я быстроты				определения
добротности		зависимость			( V I I I . 1 9 )	удобно		представить
графически в виде отрезков					гиперболы .
Н а с т р о и в		генератор на			з а д а н н у ю	волну		и	установив
зонд измерительной линии					в положение,			соответствую

щее м а к с и м у м у стоячей волны в линии при отстроенном магнетроне, перестраивают механизм настройки до тех


пор,	пока на э к р а н е			о с ц и л л о г р а ф а		появится		динамиче
ская	резонансная		к р и в а я		с х а р а к т е р н ы м		п р о в а л о м на
резонансной		частоте.
С м е щ а я		зонд	измерительной линии от				его	первона
чального положения				/о на	величину	±А1/2,	с п о м о щ ь ю

294

частотной	метки определяют величину	Af. Величину Qm
вычисляют	по ф о р м у л е ( V I I I . 19) или	находят по графи

ку.

Рис. VIII.12 иллюстрирует описанную процедуру измерения вели чины Af и, следовательно, величины Q B H . Стрелками на рисунке

показано направление перемещения частотной метки для крайних


положений		зонда. Так,	например,			для	fо =	5 ООО	МГц,	Хв=7,8	см,
Л/ = 0,6	см	коэффициент		/(=1210.		Это	означает,		что	при 0 В Н	=
= 300 величина &f~4			МГц. С		помощью эхо-бокса такие величины
Af могут	быть измерены с точностью ±0,5%.
Опыт		показывает,		что	с у м м а р н а я			о ш и б к а		измерения
внешней		добротности		по	д а н н о м у			методу		составляет

±2 % .

12.Методы обнаружения паразитных колебаний

вузлах магнетронного генератора

П а р а з и т н ы е колебания, не п р и н а д л е ж а щ и е к нор м а л ь н о м у спектру видов колебаний многорезонаторной системы магнетрона, могут иметь самое различное про исхождение . Это могут быть собственные колебания узлов выходного устройства, м е х а н и з м а настройки и ка


тодной		ножки, торцевых полостей		и пр. [1]. Н а		практике
очень		в а ж н о уметь о б н а р у ж и в а т ь		т а к и е резонансы про
стыми		средствами . Сущность одного из методов обнару
ж е н и я		резонансов состоит в следующем .
	Анодный блок		исследуемого магнетрона		выполняется
в	виде	заготовки	с выходным резонатором		и монтирует
ся	с р е а л ь н ы м и у з л а м и выходного			устройства,		катодной
н о ж к и		и настройки . П а р а з и т н ы е колебания			о б н а р у ж и в а

ются на панорамной измерительной установке . Схема


установки представлена			на	рис. V I I I . 13		[169]. Если		зон-
д о в а я	головка 6 измерительной линии 4					о б л а д а е т высо
кой чувствительностью			в широком		д и а п а з о н е		частот,	то
д а ж е	при слабой	связи	выходного		резонатора		с у к а з а н
ными	у з л а м и и	полостями		о к а з ы в а е т с я		в о з м о ж н ы м		за

фиксировать частоты практически	всех п а р а з и т н ы х	.коле
баний «нерезонаторного» происхождения .
Д р у г и м простейшим методом,	п о з в о л я ю щ и м с	высо

кой достоверностью установить частоты п а р а з и т н ы х ко лебаний «нерезонаторного» происхождения, я в л я е т с я метод ф а з о в ы х характеристик . Сущность этого метода

состоит	в следующем .
Д л я	реального	анодного блока		без узлов	катодной
н о ж к и	и настройки	в широком	д и а п а з о н е частот снима
ется ф а з о в а я характеристика .			З а т е м	анодный	блок мон-

295

тируется с у з л а м и катодной ножки,			настройки	и выход
ного	устройства. Ф а з о в а я	х а р а к т е р и с т и к а снимается сно
ва и	н а л а г а е т с я на ранее	снятую.
О б л а с т и аномального поведения			ф а з о в о й х а р а к т е р и
стики собранного магнетрона на фоне фазовой				х а р а к т е
ристики анодного блока у к а з ы в а ю т			на присутствие в ре-

Рис. VIII.13. Схема установки для обнаружения паразитных колеба ний в торцевых полостях, в узлах выходного устройства, катодной ножки и механизма настройки магнетрона (катодная ножка и меха низм настройки иа рисунке не показаны):

/ — а н о д н ы й блок; 2 — о с л а б и т е л ь ; 3 — г е н е р а т о р , с в и п и р о в а н н ы й п о ч а с т о т е ; 4 — и з м е р и т е л ь н а я л и н и я ; 5 — в ы х о д н о е у с т р о й с т в о ; 6 — ш и р о к о п о л о с н а я го

л о в к а ; 7 — о с ц и л л о г р а ф ; 8 — д и н а м и ч е с к а я р е з о н а н с н а я	к р и в а я п а р а з и т н о г о
к о л е б а н и я ; 9 — в о л н о м е р .
альном магнетроне п а р а з и т н ы х колебаний	«нерезонатор -
ного» происхождения .
З а м е т и м , что данный метод позволяет	о б н а р у ж и т ь и

изучить природу п а	р а з и т н ы х колебаний	не только в маг
нетронах, но и в	других приборах	С В Ч , например

в мощных клистронах . В некоторой степени метод фазо

вых

характеристик

является

универсальным

методом

исследования

приборов

С В Ч .

13. Методы

исследования ВЧ поля в пространстве

взаимодействия

магнетрона

З а д а ч а исследования распределения

ВЧ

полей

за

мкнутых о б ъ е м а х сложной конфигурации имеет

в а ж н о е

практическое значение. К решению этой

з а д а ч и

о б р а щ а

лись

многие исследователи, в

том

числе Д ж .

Слэтер

Л .

М а й е р [170],

С.

И.

Тетельбаум,

Г.

И. Г л а д ы ш е в

Г.

Н .

Р а п п о п о р т

[171,

172], В.

И. Калинин,

Г. М .

Гер-

штейн и др . [173—175],

В. С. Л у к о ш к о в ,

А.

С.

Б о н д а р е в

Б . Н . Ш в е ц о в

[176, 177], В. П. Сазонов и

В.

В .

Пухов

[10, 178], М . М . Филиппов, А.

Н . Б у к и н

А.

Э. И с а е в

[179].

2 96

П р и м е н и т е л ь но к		магнетронам	эта з а д а ч а не только
имеет	познавательное	значение, по	и составляет	в а ж н ы й
этап	в процессе их	р а з р а б о т к и	и массового	выпуска .
З н а н и е распределения		полей на частотах различных ви

дов колебаний «холодного» магнетрона помогает разра ботчику правильно интерпретировать результаты его ди


намических испытаний. Особенно это	в а ж н о , когда		для
получения л а б о р а т о р н о г о о б р а з ц а ,	удовлетворяющего
техническому з а д а н и ю , р а з р а б а т ы в а ю т с я		и сравнивают
ся по выходным п а р а м е т р а м и х а р а к т е		р и с т и к а м	одно

временно несколько конструктивных вариантов магне тронов.

З а д а ч а о с ц и л л о г р а ф и р о в а н и я					полей	в генерирующем
магнетроне		чрезвычайно сложна .			З а д а ч а исследования
полей в холодном				магнетроне более		проста, однако и
эта	з а д а ч а	при	ее	практическом	осуществлении имеет
свои	особенности		и	оригинальные	решения .

Х а р а к т е р распределения ВЧ поля в пространстве вза имодействия холодного магнетрона может быть установ

лен неоднозначным о б р а з о м . Д л я			этой цели, например,
в 1948 г. автором был предложен			и практически	осуще
ствлен	так	н а з ы в а е м ы й «метод	диэлектрической		пла
стинки»	[176,	189]. Сущность этого	метода состоит	в	сле
д у ю щ е м .

Ванодное отверстие исследуемого анодного блока

вводится имитатор катода с			р а з м е р а м и , р а в н ы м и разме
р а м	реального	катода . З а т е м	анодный блок	в о з б у ж д а е т
ся	на одной	из его резонансных частот,		например на

частоте я - вида колебаний . Поочередно вводя диэлектри ческую пластинку в щели резонаторов и к а ж д ы й р а з фиксируя либо величину смещения резонансной частоты анодного блока или минимума стоячей волны в линии

передачи, либо		величину	изменения	К С В Н ,	либо, нако
нец, величину		изменения	добротности Q B H , м о ж н о			по
строить	кривые,	которые	одинаковым образом будут			от
р а ж а т ь	х а р а к т е р распределения В Ч			поля в	пространстве
взаимодействия		исследуемого магнетрона .
Д а л ь н е й ш е е		усовершенствование		метода	диэлектриче

ской пластинки сводится к автоматизации процесса из

мерений. С этой целью диэлектрическая		пластинка		ж е
стко укрепляется на имитаторе катода,		в р а щ а ю щ е м с я
синхронно с лучом осциллографа .	П р и	этом	на	вход
усилителя о с ц и л л о г р а ф а с круговой	разверткой		подается
видеосигнал либо от простейшей индикаторной			головки,

20—453

297

с л а б о связанной с резонаторной системой, либо от зондовой головки измерительной линии, либо, наконец, от

индикатора		волномера . Во всех случаях	на	э к р а н е
о с ц и л л о г р а ф а		вычерчивается приблизительно		одинако
вая	картина	поля.
И м е н н о в такой модификации метод			диэлектриче
ской	пластинки получил распространение		на	практике

и стал именоваться методом «реактивного зонда» в от

личие от метода	«активного зонда»	(рис.	V I I I . 1 4 ) .
О	Э	-го т	<	и
ВЧ	ВЧ		г	Видео -
сигнал	сигнал			Видео -
				сигнал

Видео

сигнал

Budei сигнал

ВЧ

сигнал

Рис. VIII.14. К вопросу о снятии осциллограмм поля методами активного (а), реактивного (б) и

излучающего (в)	зондов:
/ — а к т и в н ы й з о н д ;	2—реактивный

з о н д ; 3 — и з л у ч а ю щ и й з о н д .

Теоретическое обоснование методов исследования структуры электромагнитного поля в пространстве взаи модействия магнетрона с помощью активного и реактив ного зондов дано в работе В. Н. Готгельфа [9], а опыт применения этих методов в практике холодных измере ний магнетронов подробно описан в работе [180]. Некото


рые полезные					рекомендации		по	применению			метода
активного			зонда д а н ы в			работе		М.	М. Р а й н е р а		[181].
В	1956	г.	Э.	В. К а л ь я н о в		д л я исследования структуры
ВЧ	поля		в	пространстве		взаимодействия				магнетрона
п р е д л о ж и л			т а к		н а з ы в а е м ы й метод			«излучающего			зонда»
(рис.		V I I I . 1 4 , 6 ) .
	В данном методе к а к					бы	имитируется			«динамиче
ский» р е ж и м работы магнетрона,								т а к	как	в о з б у ж д е н и е
анодного блока осуществляется со стороны										пространства
взаимодействия .

298

Трудности, возникающие при широкополосном согла совании цепи излучающего зонда с цепью сигнал-гене ратора, не позволили данному методу найти широкое

распространение в практике холодных измерений			магне
тронов.
Остановимся более	подробно	на описании	техники
о с ц и л л о г р а ф и р о в а н и я	ВЧ полей	в пространстве	взаимо
действия магнетрона .
П о своей физической природе		активный зонд	д о л ж е н

быть очень слабо связан с резонаторной системой, иметь

по возможности		м а л ы е р а з м е р ы и м а л у ю	входную про
водимость	чисто	активного х а р а к т е р а . П р и	этих	условиях
активный	зонд	не и с к а ж а е т зондируемое	поле	в прост

ранстве взаимодействия магнетрона и не смещает его резонансную частоту. В этом состоит одно из главных

преимуществ активного зонда			перед реактивным и из
л у ч а ю щ и м	зондами .	Напротив,	реактивный и	излучаю
щий зонды	д о л ж н ы	быть достаточно сильно		связаны

с резонаторной системой магнетрона, чтобы при в р а щ е

нии	периодически		в о з м у щ а т ь	поле		и с м е щ а т ь			частоту
(при	помощи реактивного зонда)				системы		и	периодиче
ски	в о з б у ж д а т ь (при помощи			излучающего				зонда)		ее.
При	этом входная проводимость реактивного зонда дол
ж н а	носить	чисто	реактивный	х а р а к т е р , а			входная			про
водимость излучающего зонда				д о л ж н а быть			чисто		актив
ной	и иметь отрицательный знак. П р и этих условиях
эти	зонды	будут	минимально		и с к а ж а т ь		'зондируемое
поле.
З а м е т и м ,		что	в зависимости		от	формы		реактивные

зонды типа «диэлектрическая пластинка» и «металличе

ский ф л а ж о к » * в о з м у щ а ю т одну или	обе составляющие
ВЧ электрического поля в пространстве		взаимодействия .
При конструировании ВЧ головок	любого типа осо
бое внимание д о л ж н о быть о б р а щ е н о	на	нейтрализацию

паразитных связей м е ж д у полостью пространства взаи

модействия магнетрона, в котором в р а щ а е т с я	имитатор
катода с зондом, и торцевыми и заторцевыми	полостями

анодного блока и головки. Невыполнение этого требо вания может привести к грубейшим качественным ошиб

кам,	когда	н а б л ю д а е м а я		на	экране	о с ц и л л о г р а ф а
о с ц и л л о г р а м м а поля не			соответствует			действительному
*	Вариант	реактивного	зонда	в	виде металлического флажка
предложен М. М. Раннером в 1951 г.
20*						299

р а с п р е д е л е н ию	поля	в пространстве		взаимодействия	Маг
нетрона.
У п р о щ е н н а я	конструкция		В Ч	головки с активным
зондом представлена		на рис.	V I I I . 1 5 . В конструкции		та-

Рис. VIII.15. Эскиз	ВЧ головки с активным зондом:
/ — а н о д н ы й б л о к ; 2 — в е р х н я я	т о р ц е в а я	п о л о с т ь ; 3—нижняя	т о р ц е в а я по
л о с т ь ; 4 — з о н д ; 5 — и з о л и р у ю щ а я в т у л к а ;		6 — с т о л и к д л я а н о д н о г о б л о к а ;

7 — м е х а н и з м п е р е м е щ е н и я с т о л и к а ;	8 — к е р а м и ч е с к и й с т е р ж е н ь ; 9— д е т е к
т о р ; 10— винт н а с т р о й к и р е з о н а н с н о й	п о л о с т и ; / / — р е з о н а н с н а я п о л о с т ь ; 12 —
в н у т р е н н и й п р о в о д н и к ; 13 — и м и т а т о р к а т о д а ; 14 — п о д ш и п н и к .

кой головки имеется имитатор		катода	13 с	концевыми
п е р е д в и ж н ы м и э к р а н а м и ,	хорошо э к р а н и р у ю щ и м и				про
странство взаимодействия	от	торцевых	полостей		2, 3,
и дополнительная р е з о н а н с н а я		полость	И,	предназна -
300

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2930 / 3330 31 32 33 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ