5.6. Митрон

Митроном называется генератор магнетронного типа с внеш­ней колебательной системой низкой добротности, обладающий весьма широким диапазоном электронной перестройки частоты.

Схема устройства митрона показана на (рис. 6.17). Высокоча­стотной системой митрона служит встречно-штыревая замедляю­щая система 5, 6, свернутая в кольцо. Штыри 5 укреплены на двух дисках 6. Структура связана с внешней (колебательной системой, имеющей низкую добротность (1,5—10). Внутри анодной высо­кочастотной структуры, являющейся корпусом прибора, нахо­дится холодный катод 7. Горячий катод 1, эмитирующий электроны, расположен ниже анодной струк­туры, т. е. вне области взаимодей­ствия. Между горячим катодом и анодной структурой находится уп­равляющий электрод 2. Вся си­стема элементов механически свя­зана с помощью керамических шайб 3 и помещена между полю­сами магнита 4. Холодный катод 7 и один конец нити накала горячего катода соединены. Справа показана схема подачи напряжений: накала u_н, управляющего электрода и_упр и анода U_а.

Кольцевой электронный поток входит в пространство взаимо­действия между высокочастотной анодной структурой и холодным катодом. В результате взаимодействия азимутальных флуктуаций электронного потока с колебательной системой возникают коле­бания магнетронного типа, а электронный поток приобретает фор­му спиц. Митрон, как и обычный магнетрон, работает на колеба­ниях π-вида.

При регулировке анодного напряжения изменяются напря­женность радиального электрического поля в пространстве взаи­модействия и скорость вращения спиц вокруг холодного катода. Это приводит к электронной перестройке частоты. В митроне она выражена сильнее, чем в обычном магнетроне, из-за выноса ко­лебательной системы и ее низкой добротности. Диапазон пере­стройки велик. Достоинством митрона является также линейная зависимость частоты от напряжения.

Для митронов с изменением частоты в узких пределах (5—20%) выходная мощность в непрерывном пределе составляет 3— 150 Вт, а с изменением в широких пределах (примерно в 2 раза) — 0,5—3 Вт.

Современные митроны работают в диапазоне частот 0,2— 10 ГГц. Для мощных митронов КПД достигает 30—60%. Крутиз­на электронной перестройки составляет 0,2—10 МГц/В, что суще­ственно выше, чем у ЛОВ типов О и М. Достоинствами митрона являются кроме отмеченных также малое изменение высокоча­стотной мощности в пределах диапазона электронной перестрой­ки, компактность и малая масса. Митроны малой мощности приме­няют в качестве гетеродинов широкополосных приемников и гене­раторов качающейся частоты в генераторах стандартных сигналов.

5.7. Платинотрон

Общие сведения. Устройство платинотрона показано на (рис. 5.18). Платинотрон подобно магнетрону имеет цилиндрический ка­тод 1, параллельно оси которого направлено магнитное поле. В отличие от магнетрона, замедляющая система 2 платинотрона яв­ляется разомкнутой, т. е. имеет два вывода 4 и 5, как в усилитель­ных ЛБВ и ЛОВ типа М. Обычно используется замедляющая си­стема гребенчатого типа. Выступы, как в магнетроне (см. рис. 5.13), через один сое­диняются связками 3. Разрыв этих связок и обеспечивает разомкнутость замедляю­щей системы.

Взаимодействие электронов с СВЧ по­лем замедляющей системы в платинотроне происходит на обратной пространственной гармонике, что делает этот прибор похожим также на ЛОВ типа М.

Таким образом, платинотрон похож как на магнетрон (замкнутый электронный по­ток), так и на ЛОВ типа М (разомкнутая замедляющая система и рабочая обратная пространственная гармоника). Платинотрон может быть использован как усилитель или генератор СВЧ колеба­ний большой мощности. Усилительный платинотрон называется имплитроном, генераторный — стабилотроном.

Амплитрон. Пусть к жонцу 5 замедляющей системы платино­трона (см. рис. 5.18) подведен входной сигнал. В замедляющей системе появится бегущее СВЧ поле, которое взаимодействует с пиктронами. При выполнении условия синхронизма (5.19) в просранстве взаимодействия между катодом и выступами образуют­ся, как в магнетроне, спицы пространственного заряда, которые пращаются вокруг катода и проходят ж началу (входу) замедляю­щей системы. Чтобы они могли и далее двигаться примерно в максимуме тормозящего поля волны и эффективно взаимодействовать с ним, а не «рассыпаться», необходимо выполнить, как в магнетро­не, условие цикличности СВЧ поля:

где φ — сдвиг фазы поля на один период замедляющей системы; N — число периодов.

Если смещение спицы. относительно максимума тормозящего поля составит ±90°, то спица попадет в ускоряющее поле и «рас­сыплется». Число резонаторов должно быть, однако, нечетным, чтобы амплитрон не мог работать в режиме генерации колебаний на -виде колебаний подобно магнетрону.

Важной особенностью амплитрона является то, что при слабом входном сигнале не формируются устойчивые спицы пространст­венного заряда. Однако, начиная с некоторого порогового сигнала, когда спицы сформировались, выходная мощность практически не зависит от входной мощности, т. е. амплитрон всегда работает в режиме насыщения. Амплитрон работает подобно генератору ко­лебаний в режиме с принудительной синхронизацией от внешнего

Рис.5.19 Рис.5.20

источника колебаний. На рис. 5.19 показаны амплитудная характеристика амплитрона и пороговое значение входной мощности Р_вх.пор. Чтобы повысить в режиме насыщения выходную мощность и коэффициент усиления, необходимо увеличить мощность Ро=I₀U₀, затрачиваемую на создание электронного потока источни­ком постоянного напряжения.

В амплитроне нет принципиального ограничения для выходной мощности. Однако практически оно существует и определяется эмиссионной способностью катода и допустимой мощностью рас­сеивания замедляющей системы. В непрерывном режиме мощность достигает 500 кВт, а в импульсном — 10 МВт. У амплитронов КПД обычно не менее 55—60%, а у отдельных мощных и сверх­мощных приборов 75—85%. Амплитрон имеет малый коэффициент усиления. Из-за сильно выраженного насыщения на амплитудных характеристиках амплитрон непригоден для усиления амплитудно–модулированных колебаний.

Он отличается высокой фазовой стабильностью по сравнению с другими мощными усилительными приборами и служит удобным прибором для усиления мощных входных сигналов и получе­ния больших КПД. Амплитрон нашел применение в мощных око­нечных каскадах усилителей радиолокационных станций.

Стабилотрон — это генератор высокостабильных по частоте колебаний, выполненный на основе амплитрона. Схема устройства стабилотрона показана на рис. 5.20. На выходе амплитрона 3 рас­положены отражатель–фазовращатель 4 и нагрузка 5, ко входу присоединены высокодобротный резонатор 2 и поглотитель 1.

Если на выходе амплитрона появился шумовой сигнал, то часть его отразится от фазовращателя 4 и начнет двигаться в об­ратном направлении. Отраженный сигнал практически без зату­хания проходит через замедляющую систему на вход амплитрона и попадает в резонатор 2. Часть пришедшей энергии отразится от резонатора и пойдет к входу амплитрона, усилится в нем и вер­нется к фазовращателю, опять отразится и т. д. Таким образом, появляется цепь обратной связи. При выполнении балансов фаз к амплитуд в приборе устанавливается стационарный режим.

Основным элементом, стабилизирующим частоту автоколеба­ний, является высокодобротный резонатор. Фаза и модуль коэф­фициента отражения в месте расположения резонатора сильно за­висят от частоты, полный фазовый сдвиг вблизи резонансной ча­стоты f₀ резонатора имеет резкий скачок, а модуль максимален. Баланс фаз необходимо выполнить именно на частоте f₀. Примене­ние высокодобротного резонатора повышает стабильность генери­руемой частоты в 100—200 раз. Частота изменяется перестройкой резонатора и одновременной подстройкой фазовращателя. Фазовращатель позволяет обеспечить перестройку частоты в сравни­тельно широком диапазоне (до 10%).

По сравнению с магнетроном при той же мощности стабилитрон имеет более высокую стабильность частоты при изменении условий работы (нагрузка, анодный ток и др.).