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

бы при одинаковой длине анодных

блоков

и

разном

числе

резонаторов

(ЛЛ = 1 2

и

N—18)

д и а п а з о н ы

пере­

стройки

волны

основного

вида

колебаний

(я - вида)

в обоих

случаях

совпадали . Б о л е е

того,

оба

магнетрона

рассчитаны д л я работы в одном

и том

ж е

колебатель ­

ном

р е ж и м е при

одинаковых

входных

п а р а м е т р а х

(анодное н а п р я ж е н и е ,

магнитное

ор

поле,

н а п р я ж е н и е

и

мощность

па-

1,45

кала,

К С В Н

нагрузки

и

д р . ) .

И н а ч е

говоря,

р а с с м а т р и в а е м ы е

магнетроны

отличались

л и ш ь

числом

резонаторов

и геометри­

ей пространства

взаимодействия .

Сравнение

этих

магнетронов

по

таким

в а ж н ы м

х а р а к т е р и с т и к а м ,

-7,30

KB Г7

= 1

\КВ п = 2

\0,85

KB п = 3

о

+3

I, мм

+Z £, мм

Рис. II. 13.

Кривые

перестройки

собственных

волн видов колебаний

магнетрона

разнорезонаторной

конструкции

( J V = 1 2 ) , настраиваемо­

го индуктивной

кольцевой коронкой.

вому

н а п р я ж е н и ю , по

степени

«загрузки»

видов

колеба ­

ний

и

но

стабильности

колебаний

в

рабочем

режиме,

представляет,

на

наш

взгляд,

принципиальный

интерес

д л я практики .

В

данном случае

д и а п а з о н

перестройки частоты

я-ви-

да колебаний д л я обоих магнетронов составлял

5%.

Трудность

р а з р а б о т к и

магнетронов,

перестраиваемых

д а ж е

в т а к о м сравнительно узком диапазоне,

состоит

именно в

том,

чтобы

в

р а з р а б а т ы в а е м о м

образце

магне­

трона

у к а з а н н ы е характеристики

были

оптимальными

или в ы б р а н ы из обоснованных

компромиссных

решений.

И з

сравнения

кривых настройки, представленных

на

рис. 11.13 и 11.14, видно, что все виды колебаний

12-ре-

зонаторного

магнетрона

перестраиваются

нелинейно

(я - вид

колебаний

перестраивается

сравнительно

линей­

н о ) ,

а

у 18-резонаторного магнетрона — линейно.

Д а л е е ,

разделение по

частоте

видов колебаний

длинноволновой

( Д В )

группы

с я - в и д о м

у 18

резонаторного магнетрона

практически такое ж е , как и у 12-резонаторного

магне­

трона,

а

разделение

по

частоте я-вида

с б л и ж а й ш и м

коротковолновым

видом

колебаний

( K B )

приблизитель ­

но в

два

р а з а меньше .

П у н к т и р н ы м и

линиями

на

ри­

ных

видов

колебаний

длинноволновой

и

коротковолно ­

вой

групп.

Так к а к

при м а л о м

разделении поле

я - вида колеба­

ний

« з а г р я з н я е т с я »

полем

б л и ж а й ш е г о

к

нему вида ко­

лебаний, то

K B с

л = 1

в

18-резонаторном магнетроне

того,

из рис. 11.14

видно, что разделение я - вида

колеба ­

ний с

K B

(п=\)

уменьшается

по мере погружения ко­

ронки

в

кольцевую канавку .

Это и является

основной

трона со

стороны коротких

волн.

Т а к и м образом, с точки зрения разделения видов ко­

лебаний

по частоте всегда

предпочтительнее резонатор-

тической

ж е точки зрения

всегда

предпочтительнее си­

стема с

большим числом

резонаторов .

Разделение видов колебаний по пороговому напряже­

нию. Б о л ь ш о е разделение

видов

колебаний

по

частоте

является, как известно, необходимым, но еще

не

доста-

точным

условием

стабильной

работы

магнетрона

на

я - виде колебаний .

Сравним

р а с с м а т р и в а е м ы е магнетро­

ны по

н а п р я ж е н и ю

возбуждения или по

пороговому

на­

п р я ж е н и ю

[1]. Н а рис.

11.15

и

11.16 представлены в

отно­

сительных

единицах

кривые

пороговых

н а п р я

ж е н и й

лебаний

Д В

и

K B

групп

д л я

12-

и 18-резонаторно-

Unop I b'пор 71

го

магнетронов

соответ­

?Лг-

ственно. И з

рисунков вид­

но,

что

н а и б о л ь ш у ю

опа­

сность

для

рабочего

вида

колебаний у 12-резона-

торного

магнетрона

пред­

ставляет

Д В

с

п=\,

а

у

18-резонаторного — Д В

с

п—2,

так

как

оба

вида

являются

низковольтны ­

ми.

П р и

этом

большее

разделение

по

порогово­

му

н а п р я ж е н и ю я - вида

колебаний

с

низковольт­

ным п а р а з и т н ы м видом

имеет место в 12-резо-

наторном

магнетроне .

И з

рисунков

т а к ж е

видно,

что

при

увеличе­

нии длины волны разде ­

ление по

пороговому

на­

Рис.

11.15.

Относительное

разде­

п р я ж е н и ю

я - вида

коле­

баний

с б л и ж а й ш и м

низ­

ление видов колебаний по порого­

вому

напряжению

в магнетроне

ковольтным

видом

Д В

разнорезонаторной

конструкции

группы

д л я

обоих

маг­

(JV = 1 2 ) ,

настраиваемом

. индук­

нетронов

ухудшается, а

тивной

кольцевой коронкой.

при

уменьшении

длины

волны

ухудшается

разделение

с б л и ж а й ш и м

высоко­

вольтным

видом

колебаний

Д В

группы.

Это и

является

основной

причиной

ограничения

д и а п а з о н а

причиной

ограничения

д и а п а з о н а

настройки

магнетрона

со

стороны

коротких

волн из-за

ухудшения

разделении

по

частоте

я - вида колебаний с KB

(/г =

1). З а м е т и м ,

что

«нулевые»

гармоники

длинноволновых

видов

колеба­

ний, т а к

ж е как и «плюс первые»

гармоники

этих

ви-

(основной)

гармоники

я - в и д а

колебаний, так как пер­

вые о к а з ы в а ю т с я

с л и ш к о м высоковольтными,

а вторые —

слишком

низковольтными .

З а м е т и м т а к ж е , что «плюс

п е р в а я »

гармоника K B

(п—1)

является

низковольтной

гармоникой

и по

ш к а л е

пороговых

н а п р я ж е н и й

находится

м е ж д у я - видом

и бли­

ж а й ш е й

к

нему

«минус

первой»

гармоникой Д В

коле­

баний

(на рис. 11.15 и

11.16 «плюс первые»

гармоники

•'пор

ж

1,1

у

Основной ^ вид

л =9

1

10"/о

18°/А

0,9

fj£lzZ

•

1

0,75

А кор

X ср

l 7 t

Л

коронкой.

K B

с /7= 1 не п о к а з а н ы ) .

Поэтому «плюс

первая»

гар­

моника

KB ( « = 1 )

представляет р е а л ь н у ю опасность

д л я

рабочего

вида

колебаний

в

магнетроне

разнорезо -

паторной конструкции.

Однако,

как п о к а з ы в а е т

опыт,

при

связи

выходного

устройства с одним из больших ре­

зонаторов

системы

KB

(п—1)

о к а з ы в а е т с я

нагружен ­

ным сильнее рабочего вида колебаний

и,

следовательно,

не представляет большой опасности дл я

последнего.

Добротность видов колебаний. Н а рис. 11.17 дл я рабо­

чего

вида

колебаний

и дл я K B (п = \)

18-резонаторного

магнетрона

представлены

экспериментальные

кривые,

о т о б р а ж а ю щ и е

зависимость

величины

внешней

доброт­

ности

от глубины

погружения

коронки

в кольцевую ка­

навку

блока . И з рисунка

видно,

что система

при KB

с

п=\

н а г р у ж е н а

внешней

нагрузкой

приблизительно

в

1,5

р а з а

сильнее,

чем при я - виде колебаний,

что ос­

л а б л я е т конкурентоспособность

KB ( и = 1); следует учесть

К

ТОМУ

Ж е , ЧТО Qonap<Qoocn.

На

рис. 11.18 а н а л о г и ч н а я

зависимость

представлена

д ля

нагруженной

добротности системы при основном и

Д В

(п = 2)

видах

колебаний

магнетрона

той ж е конст­

рукции. И з

рисунка видно, что по

мере

погружения

ко­

ронки в к а н а в к у

н а г р у ж е н н а я

добротность

системы

при

Д В

(п = 2)

резко

падает

за

счет

падения

собственной

добротности Qonap. З а м е т и м , что с погружением

коронки

в к а н а в к у

н е н а г р у ж е н н а я

добротность

системы

при

всех

видах колебаний

падает,

в том числе

и

при я - виде .

И з

пы в магнетроне разнорезопаторной конструкции

(Л^ =18),

настраи­

ваемом индуктивной кольцевой коронкой для

Я 1 ( о р и

Я д л .

группы в магнетроне разнорезопаторной конструкции

(iV = 18), на­

страиваемом

индуктивной

кольцевой

коронкой:

С о и а р " 2 2 0 - <3ooc.i = 8 ° 0

лля Х к о р ; Q 0

n a p = 700, Q 0

o c H = 1200

д л я ? . д л .

роткой

волне

д и а п а з о н а

настройки

ЛК О р

оба

ф а к т о р а —

хорошее

разделение

по

пороговому

н а п р я ж е н и ю

и

уменьшение нагруженной

добротности системы

при

Д В

(я = 2 ) — с п о с о б с т в у ю т

стабильному

в о з б у ж д е н и ю

и

ге­

нерированию

колебаний

в

магнетроне на

рабочем

виде.

Д В

(я = 3) на

короткой

волне д и а п а з о н а

настройки

так­

ж е

не опасен

д л я я - вида,

несмотря

на то, что

он

в

KB

участке

д и а п а з о н а

становится

низковольтным:

нагру­

ж е н н а я добротность

системы

при

Д В

(п = 3)

меньше

нагруженной

добротности

системы

при

л - виде

колеба ­

ний. Этот вид колебаний

особенно опасен в том случае,

когда условия д л я

возбуждения и генерирования коле­

баний в магнетроне

при я - виде неблагоприятны .

Т а к и м образом,

при

р а з р а б о т к е

перестраиваемых

магнетронов очень

в а ж н о

знать и учитывать такие ха-

5 - 4 5 3

6 5

стоте

и

по

н а п р я ж е н и ю

в о з б у ж д е н и я ,

а

т а к ж е

степень

нагруженности

наиболее

опасных

д л я

рабочего

вида

ко­

л е б а н и й

п а р а з и т н ы х

видов.

Влияние

конструктивных

параметров узла

настройки

на диапазонные

характеристики

магнетрона. На рис. 11.19

представлены

кривые

иа-

хя

/л•Яср

стройки

л а б о р а т о р н о г о

о б р а з ц а магнетрона

раз -

иорезонаторной

конструк­

ции,

н а с т р а и в а е м о г о

ин­

дуктивной

кольцевой

ко­

ронкой.

К р и в ы е

построе­

ны дл я различных соче­

таний

конструктивных

п а р а м е т р о в

коронки

и

кольцевой

канавки .

И з

рисунка

видно,

что

при

з а д а н н о м числе

и типе ре­

зонаторов и при неизмен­

ных значениях длины бло­

ка

и

глубины

к а н а в к и

форма

кривой

настройки

+Z 1,мм

и д и а п а з о н

настройки

за­

метно

зависят

от

ради­

Рис.

11.19.

Диапазонные

кривые

альных

размеров

коронки

магнетрона

разнорезонаторной

и канавки,

определяющих

конструкции,

настраиваемого

геометрию

у з л а

настрой­

индуктивной

кольцевой

коронкой

ки.

(ЛГ=22,

^ = 18,8 мм):

Кроме

того,

конструк­

/ ) ^2=21,5

м м : D, = 19,5 мм ; О 2 = 2 0 , 4

мм ;

б, =0,35

м м ;

б 2 = 0,55 мм ;

^ „ а

к

с Д М

Ш 1 =

тору

магнетрона

полезно

-1,135;

2)

rf2=24,2

мм ; 0 , = 1Э,5 мм ;

D2=

иметь

в виду,

что:

—20,4

м м ;

6] = 0,35

м м ;

62 =1,9

мм ;

Ч . я к с / А ' м и п - ' . Ч З ;

3)

</2 =24,2

мм ;

62=

—

при

з а д а н н о м

сред­

= 19,5

мм ;

/)2 =23,5

м м ; б | = 0 , 3 5

мм ;

нем д и а м е т р е

к а н а в к и с

=0,35

мм ;

А м а

к с

А м

] ш =

1,123;

4)

= 24,2;

£ > , = 2 0 , 4 , м м ;

D2 =23,5

м м :

увеличением

ширины

ка­

=0,8

мм ;

62 = 0,35

м м ;

Я„

навки

р а б о ч а я

волна

си­

-1,095.

стемы

(без

коронки)

уве­

личивается;

—

с

увеличением

глубины

к а н а в к и

увеличиваются

р а б о ч а я

волна

системы

и д и а п а з о н

перестройки

волны;

—

средний д и а м е т р к а н а в к и

д о л ж е н быть по

возмож ­

ности

меньшим, та к ка к при этом

б о л ь ш а я

д о л я

магнит­

—

зазор

6i с внутренней стороны к а н а в к и влияет на

длину

волны

сильнее, чем зазор 63 с н а р у ж н о й

ее сторо­

ны

(рис. 11.19);

— основной причиной увеличения волн длинноволно ­

вых видов колебаний при погружении коронки

в к а н а в ­

ку

является

влияние паразитной емкости Спар

(емкости

м е ж д у

стенками канавки и к о р о н к и ) , вносимой

в систе­

му

больших

резонаторов;

5

/ — ' К о л ь ц е в а я к о р о н к а ;

2—анодный

б л о к ; 3 — к о л ь ц е в а я

к а н а в к а ; 4 — к о л ь ц е ­

вой у с т у п , д е й с т в у ю щ и й

к а к п л о с к о е

и н д у к т и в н о е к о л ь ц о

( д л я м а л ы х р е з о н а т о ­

з о н а т о р а м и ) ; Z\,

Z 2 — в о л н о в ы е

с о п р о т и в л е н и я

к о а к с и а л ь н ы х

к а р м а н о в

(Z a = 5 Z , - 8 2 , ) .

— п а р а з и т н а я

емкость

С П а р ,

р а в н а я дл я

Д В

( я = 1 )

приблизительно 0,25 С 4 (6\ — емкость

большого

резона­

т о р а ) , с о к р а щ а е т

д и а п а з о н настройки

и уменьшает кру­

тизну в средней

части кривой настройки;

— разделением по частоте м е ж д у

я - видом

колебаний

и K B видами

м о ж н о управлять,

если

коронку

с

внутрен­

действующим на м а л ы е резонаторы

ка к плоское индук­

тивное

кольцо (рис. 11.20);

—

разделением но частоте м е ж д у

я - видом

колебаний

и Д В

видами м о ж н о управлять, если

коронку

и к а н а в к у

полностью

п е р е к р ы в а л и отверстия больших резонаторов,

и в

торцевые полости анодного блока впаять двусторон­

ние

кольца

конусообразного сечения или плоские кольца

с глухими

перегородками, р а з д е л я ю щ и м и большие резо­

5*

67

навке

потери

в системе

(включая

узел настройки)

за­

метно

в о з р а с т а ю т и

связь

я - вида

с торцевыми паразит ­

ными

видами

колебаний

увеличивается;

— д л я устранения подгораний

и

уменьшения

кон­

тактных потерь в узле настройки,

а

т а к ж е д л я

ослаб ­

ления

связи

я - в и д а

с торцевыми

п а р а з и т н ы м и

видами

лучше, в корпусе коронки следует

р а с п о л о ж и т ь полу­

волновые дроссельные « к а р м а н ы » ,

н а с т р а и в а е м ы е на

— при не очень малой длине торцевых полостей

Лт

влияние

торцевых

к р ы ш е к

па

спектр

резонансных

волн

KB

и Д В групп

колебаний

незначительно.

Торцевые паразитные виды колебаний. При конструи­

ровании

анодных

блоков разнорезонаторного

типа

на

ту

ж е

волну, что и

равнорезонаторного

типа,

р а д и а л ь н ы е

р а з м е р ы

торцевых

полостей

о к а з ы в а ю т с я

несколько

большими . К р о м е

того, в

разнорезонаторных

системах

в торцевых полостях локализуется интенсивное

ВЧ

маг­

нитное

поле видов

колебаний,

причем с тем

большим

взаимодействия

и

катодной

ножки)

на

собственных

частотах

у магнетронов разнорезонаторной

конструкции

б о л ь ш а я ,

чем вероятность в о з б у ж д е н и я

у

магнетронов

со с в я з к а м и .

Н а рис. 11.21

д л я

магнетрона

разнорезонаторной кон­

колебаний

K B группы. Из

рисунка видно,

что

к р и в а я

перестройки

волны я - вида

колебаний в

двух

местах

К а к

известно [ 1 , 3, 4], торцевые

п а р а з и т н ы е

виды ко­

лебаний

на

отдельных участках

д и а п а з о н а

настройки

магнетрона

дестабилизируют колебательный

р е ж и м ,

в результате

чего к р и в а я настройки и другие

диапазон ­

Рис. 11.21. Кривые

перестройки

волны я-вида и паразитных ви­

дов колебаний в разнорезона-

торном

магнетроне,

настраи­

ваемом

индуктивной

кольцевой

коронкой.

/ — т о р ц е в ы е п а р а з и т н ы е в и д ы ко ­

л е б а н и й ,

п е р е с т р а и в а ю щ и е с я на­

в с т р е ч у я - в и д у ; 2, 4 — т о р ц е в ы е па ­

р а з и т н ы е

в и д ы к о л е б а н и й ,

пере ­

с т р а и в а ю щ и е с я в

том ж е

н а п р а в л е ­

нии, что

и

rt-вид;

3 — K B

н о р м а л ь ­

ного с п е к т р а .

В

р а с с м а т р и в а е м о м

случае

кривые

перестрой­

ки волн

торцевых

пара ­

зитных

видов

колебаний 1

удалось

сместить

за

Я п д л

уменьшением

д и а м е т р а

торцевой

полости.

З а м е ­

тим,

что в некоторых

слу­

чаях,

не

изменяя

диамет ­

ра торцевой полости, уда­

ется сместить волну торце­

вого паразитного

вида колебаний применением

неподвиж ­

ного индуктивного кольца специальной ф о р м ы

(рис. 11.20).

В точке пересечения кривых настройки 2 и Ял

нагружен ­

ная

добротность

системы

на

рабочем виде

колебаний

у м е н ь ш а л а с ь

более

чем в два

р а з а

и поле я-вида

коле­

баний

и с к а ж а л о с ь .

Вредное

влияние

паразитного

вида

(« = 2)

на рабочий

колебательный

р е ж и м и

его

«живу­

честь» привели к необходимости разбить полный

диапа ­

зон

настройки

на

дв а поддиапазона,

т. е.

р а з р а б о т а т ь

д в а

в а р и а н т а магнетрона

одной и

той ж е конструкции.

Н а

на ш взгляд,

более эффективными, способами

устра­

нения

вредного

влияния

торцевых

п а р а з и т н ы х

колеба ­

ний

я в л я ю т с я

способы, описанные

в

работе

[1]. К а к и

следовало о ж и д а т ь ,

торцевой

п а р а з и т н ы й вид

колебаний

4 (рис. 11.21) не о к а з ы в а л

вредного

влияния

на рабочий

колебательный

р е ж и м , магнетрона .

З а м е т и м ,

что

при

д а н н о м способе настройки магнетронов

индуктивной

кольцевой коронкой

обеспечиваются:

— практически строгая линейность перестройки ча­

стоты

в д и а п а з о н е

5—10%;

— в ы с о к а я электрическая прочность и надежность

узла

настройки;

— сравнительно м а л ы е удельные тепловые

нагрузки

на элемент настройки (значительно меньшие,

чем

при

настройке

емкостной

к о р о н к о й ) ;

— сравнительно

м а л ы е крутизны перестройки

ча­

стоты.

6. Настройка индуктивной штыревой коронкой

Способ

настройки

магнетронов индуктивной

штыре ­

стен

целый р я д конструкций магнетронов, настраивае ­

мых

индуктивной

штыревой

коронкой.

Н а рис.

I I . 1,з,

и,

к,

о схематически п о к а з а н ы

некото­

рые

в а р и а н т ы настройки магнетронов индуктивной

штыревой коронкой. Н а и б о л ь ш е е

распространение

полу­

чила

с и м м е т р и ч н а я

настройка равпорезонаторных

систем

с т я ж е л ы м и

двусторонними

с в я з к а м и и

разнорезонатор -

ных

систем

коронкой

с числом

штырей,

р а в н ы м

числу

филь

в поперечном сечении. И н о г д а

д л я сохранения

симметрии поля я - в и д а колебаний и

в ы р а в н и в а н и я

связи

системы с нагрузкой штырь в выходном резона­

стороны

щели

связи .

П р и

перемещении

индуктивной

штыревой

коронки,

так

ж е

к а к и

при

других

способах

индуктивной

настройки,

изменяются

магнитные

связи

м е ж д у резонаторами

и собственные индуктивности

резо­

наторов .

Н а и б о л е е

полные

экспериментальные

исследования

данного способа

настройки

проведены

М. И.

Хворовым

в 1950 г.,

из которых следует, что:

—

резонаторную

систему

магнетрона,

настраиваемо ­

го индуктивной штыревой коронкой, м о ж н о

рассматри ­

вать как

две

связанные

системы

(система

резонаторов

анодного

блока и система штырей) с

р а з л и ч н ы м

обра­

зом перестраиваемыми видами колебаний в

к а ж д о й си­

стеме;

— в таких взаимодействующих резонаторных

систе­

мах з а м е т н а я

связь имеет

место только

д л я

видов

коле­

баний,

в

электромагнитном

поле

которых

с о д е р ж а т с я

с о с т а в л я ю щ и е

одинакового

номера;