5. Электронные приборы свч со скрещенными полями

(ПРИБОРЫ ТИПА М)

Особое место в электронике СВЧ занимает класс приборов, в которых электрическое поле (его постоянная и высокочастотная составляющие) направлено перпендикулярно к постоянному магнитному полю. По названию первого из приборов подобного рода – магнетрона – весь этот класс носит название приборов магнетронного типа, или приборов типа М. В отличие от рассмотренных выше приборов, в которых постоянное магнитное поле направлено параллельно основной компоненте высокочастотного электрического поля (приборов типа О) и играет лишь вспомогательную роль для удержания электронных пучков от разбухания и, в принципе, может отсутствовать вообще, в приборах типа М магнитное поле определяет характер движения электронов в высокочастотном поле и является необходимым элементом для их функционирования.

Отличительной особенностью приборов типа М, выделяющей их изо всех остальных приборов СВЧ, является их весьма высокий электронный КПД, достигающий 70–90 %.

5.1. Магнетроны

5.1.1. Взаимодействие электрона с электрическим и магнитным полями

Пусть в пространстве действуют два постоянных поля: электрическое с вектором напряженности Еи магнитное с вектором магнитной индукцииВ. Эти векторы изображены на рис. 5.1.Пусть также в начальный момент времени в точке 1 находился в состоянии покоя электрон. Траекторией движения электрона

Рис. 5.1. Траектория движения электронов в скрещенных постоянных полях Е и В

под действием этих двух скрещенных полей будет циклоида, изображенная сплошной линией на том же рис. 5.1. Точки траектории 1, 2, 3, 4 и т.д. расположены на одной прямой аа¢. Особенностью этих точек является то, что скорость электрона в них равна нулю. Равна нулю и кинетическая энергия электронов в этих точках. Для дальнейшего существенно, что средняя скорость перемещения электрона вдоль прямойаа¢равнаv=E/B. Отметим также, что прямаяаа¢, вдоль которой происходит перемещение электрона, перпендикулярна как векторуЕ, так и векторуВ. Циклоидальная форма движения электрона связана с действием на него магнитной части силы Лоренца, которая пропорциональна скорости электрона и направлена перпендикулярно вектору скорости.

Рассмотрим процесс обмена энергией между полями и электроном. Будем считать полную энергию электрона в точке 1 условно равной нулю. В начальный момент времени на электрон, расположенный в точке 1, действует только электрическое поле Е. Это связано с тем, что на неподвижный заряд, каким является электрон в точке 1, магнитное поле не действует. Под влиянием силы, создаваемой полемЕи направленной противоположно векторуЕ, электрон начинает ускоряться. Это приводит к возникновению силы Лоренца, действующей на движущийся электрон за счет магнитного поля. Вектор силы перпендикулярен как векторуВ, так и вектору скорости электронов, что приводит к искривлению траектории движения последнего. Пока электрон двигался против вектораЕ, он отбирал энергию у электрического поляЕ(на участке 1–1¢). Это привело к тому, что в точке 1¢электрон приобрел максимальную скорость, вектор которой направлен вдоль прямойаа¢. Так как в точке 1¢скорость электрона максимальна, максимальна и сила Лоренца, действующая в этой точке. Поскольку эта сила перпендикулярна вектору скорости и направлена на рис. 5.1 вниз, электрон начинает двигаться после точки 1¢, имея составляющую скорости, направленную по векторуЕ. Следовательно, на участке 1¢–2 электрон отдает энергию электрическому полюЕ. Сколько электрон приобрел энергии на участке 1–1¢, столько же он вернул энергии на участке 1¢–2. Это объясняет, почему в точке 2 скорость электрона равна нулю. Сила Лоренца, действующая на электрон со стороны магнитного поля, все время перпендикулярна вектору скорости. Поэтому обмена энергией между электроном и магнитным полем не происходит.Дальнейшее движение на участках 2–2¢–3, 3–3¢–4, 4–4¢–5 и т. д. полностью повторяет только что описанное движение электрона на участке 1–1¢–2. При таком движении электрон в среднем не отбирает и не отдает полю Е энергию, т. е. энергетически с ним в среднем за период циклоиды не взаимодействует. Этот же вывод можно получить и по-другому. Действительно, из рис. 5.1 видно, что электрон в среднем не перемещается вдоль вектора Е. Следовательно, в среднем электрон не отбирает и не отдает энергию полю Е.

Другая ситуация возникает, если в пространстве действует еще дополнительное постоянное электрическое поле, вектор напряженности которого Е_d перпендикулярен Е (рис. 5.2). Вначале рассмотрим случай, когда вектор Е_d направлен вправо. Чтобы найти траекторию движения электрона, достаточно найти вектор напряженности суммарного электрического поля Е_{n .} Тогда относительно векторов В и Е_n движение электрона должно быть таким же, как и на рис. 5.1 относительно векторов В и Е. Следовательно, из точки 1 рис. 5.2,а необходимо провести перпендикулярно вектору Е_n прямую бб^/, которая

Рис. 5.2. Траектория движения электрона при наличии дополнительного электрического поля

и даст возможность построить циклоидальную траекторию движения электрона. Важным моментом является то, что при движении, показанном на рис. 5.2,а, электрон в среднем перемещается против вектора поля Еи вдоль вектора поляЕ_d. С энергетической точки зрения это означает, что электрон отбирает энергию у поляЕи передает ее полюЕ_d, т. е. является посредником в обмене энергией между этими полями. Обратный процесс передачи энергии от поляЕ_d полюЕвозникает, если вектор напряженности дополнительного электрического поляЕ_dнаправлен влево, как это показано на рис. 5.2,б. Теперь электрон перемещается в среднем вдоль вектораЕ, но против вектораЕ_d. Следовательно, при циклоидальном движении, изображенном на рис. 5.2,б, электрон в среднем отбирает энергию у поляЕ_dи отдает ее полюЕ.

Для дальнейшего существенно, что при движении по траекториям рис. 5.2 средняя скорость электрона вдоль прямой аа^/ равнаЕ/В.

5.1.2. Движение электрона в магнетроне

Для большей наглядности будем считать, что цилиндрическую конструкцию магнетрона рис. 5.3,а как бы «разрезали» по линии АБ и «развернули» в прямолинейную конструкцию рис. 5.3,б. Для упрощения рисунка на аноде не показана ЗС. Если в магнетроне нет СВЧ поля, то движение электрона, изображенное на рис. 5.3,б, будет полностью соответствовать рис. 5.1. Для работы магнетрона существенно именно циклоидальное движение электронов. Из рис. 5.3,б видно, что оно возможно, если максимальное удаление электрона hот катода не превышает расстоянияdмежду катодом и анодом. В противном случае электрон

Рис. 5.3,а. Конструкция многорезонаторного магнетрона: 1 – резонатор; 2 – катод; 3 – вывод энергии; 4 – анодный блок; 5 – пространство взаимодействия

Рис. 5.3,б. Движение электрона в отсутствие переменного СВЧ поля

будет поглощаться анодом. Величина hравна, гдеЕ_а – напряженность электрического поля в пространстве катод-анод;b–постоянный коэффициент, определяемый конструкцией магнетрона. Следовательно, для нормальной работы магнетрона необходимоh<d, т. е.

E_a/B² <d/b. (5.1 )

Так как правая часть неравенства (5.1) определяется лишь конструкцией магнетрона, то для каждого типа магнетрона отношение E_a/B² должно быть меньше определенной величины. Впротивном случае магнетрон работать не будет из-за отсутствия циклоидального движения электронов. Минимальное значение напряженности электрического поляЕ_а, удовлетворяющее неравенству (5.1), называется критическим. Пусть теперь в пространстве между анодом и катодом дополнительно существует СВЧ поле. СВЧ поле замедляющей периодической структуры можно рассматривать как сумму множества распространяющихся с разными фазовыми скоростями пространственных гармоник. Будем считать, что фазовая скоростьv_фодной из пространственных гармоник равна средней скорости движения электронов вдоль поверхности катода и анода магнетрона. При этом движение электронного потока и этой пространственной гармоники будет осуществляться в режиме синхронизма. Так как средняя скорость движения электронов равнаv =E/B, то условие синхронизма запишется в виде

E/B =v_ф. (5.2)

Так как v_ф не зависит ни отЕ, ни отВ, аЕпропорционально напряжению питания магнетронаЕ_n, то условие синхронизма (5.2) означает, что отношениеЕ_а/Встрого фиксировано для выбранной пространственной гармоники.

Выполнение условия синхронизма обеспечивает наиболее эффективное взаимодействие электронного потока и данной пространственной гармоники СВЧ поля. Это взаимодействие таково, что электронный поток отбирает энергию от постоянного электрического поля Е(т. е. от источника питания магнетрона) и передает ее СВЧ полю. СВЧ поле, в свою очередь, передает энергию в нагрузку. Так как для последующего существенно влияние продольной электрической составляющей СВЧ поля пространственной гармоники, то в дальнейшем подЕ_d будем понимать именно ее.

Пусть в начальный момент времени t = 0 распределение Е_d в пространстве между катодом и анодом соответствует рис. 5.4. Следовательно, вблизи участков катода, изображенных на рис. 5.4сплошной жирной линией, взаимное расположение векторовполей Е и Е_d будет соответствовать рис. 5.2,а, а на остальных участках – рис. 5.2,б. Так как скорость движения поля Е_d точно равна средней скорости перемещения электронов вправо, то в последующие моменты времени электроны, вышедшие при t = 0 из участков катода 1, 3, будут все время находиться под действием векторов Е и Е_d, взаимно расположенных, как показано на рис. 5.2,а. Следовательно, эти электроны будут перемещаться не только вправо, но и одновременно вверх к аноду, как этопоказано на рис. 5.4 для двух электронов, вышедших при t = 0 из участков

Рис. 5.4. Взаимодействие электронов с полями в магнетроне

катода 1 и 3. Понятно, что при таком движении электроны будут отбирать энергию у поля Еи отдавать ее полюЕ_d. Назовем такие электроны рабочими.

Совершенно иная ситуация складывается для электронов, выходящих при t= 0 из участков катода 2 и 4. Так как для них взаимное расположение векторовЕиЕ_dсоответствует рис. 5.2,б,то движение этих электронов должно было бы происходить по соответствующим траекториям, изображенным на рис. 5.4. В этомслучае, не совершив даже одного витка циклоиды, электроны ударяются с некоторой скоростью о катод, разогревая его. Таким образом, электроны, которые могли бы отбирать энергию от поляЕ_d, автоматически исключаются из взаимодействия с полями магнетрона.

Так как поле Е_d движется вправо со скоростьюv_ф, то и участки катода 1, 2, 3, 4 «перемещаются» с той же скоростью и в том же направлении. Таким образом, вместе с СВЧ полем, т.е. со скоростьюv_ф, «перемещаются» как участки катода 1, 3, эмитирующие рабочие электроны, так и участки 2, 4, с которых выход электронов в пространство между катодом и анодом автоматически исключается. Так как с той же скоростьюv =v_ф и в том же направлении перемещаются рабочие электроны, то можно говорить о существовании между катодом и анодом своеобразныхдвижущихся «спиц», внутри которых по сложным траекториям перемещаются к аноду рабочие электроны, эмитированные «движущимися» участками катода 1, 3. На рис. 5.4 этих спиц две. В другихслучаях это число может быть большим.

Подводя итог, можно сказать, что в магнетроне с помощью электронного потока осуществляется отбор энергии от поля Е, создаваемого источником питанияЕ_а, и передача ее СВЧ полю магнетрона.

Таким образом, если в момент включения питания магнетрона в нем за счет шумов существовало слабое поле Е_d, то за счет указанного взаимодействия с электронами интенсивность этого поля начнет возрастать. При достаточно больших значенияхЕ_dэффективность отмеченной выше передачи энергии полюЕ_dза счет нелинейных эффектов уменьшается и при какой-то величинеЕ_dпередаваемая энергия станет равной потерям энергии СВЧ поля в нагрузке и стенках магнетрона. Это равенство энергий характеризует стационарный режим работы магнетронного автогенератора.

5.1.3. Структура СВЧ поля в магнетроне

В магнетроне развернутая система анод-катод, изображенная на рис. 5.3, свернута в кольцо. Значит, в магнетроне могут распространяться лишь те электромагнитные волны, для которых на расстоянии L(рис. 5.4) укладывается целое числоnдлин волнl_n, т. е. для этих волн справедливоL=nl_n, гдеn = 1, 2, 3...– целое число. Частота колебаний этих волн, а следовательно, и частота автоколебаний магнетрона будут определяться какf_n =nv_ф/L. Каждой частотеf_nсоответствует своя структура СВЧ поля магнетрона.

Это говорит о возможности работы магнетрона на разных типах колебаний СВЧ поля. Наиболее часто используют так называемый p-тип колебания, или прощеp-колебание. Числоnдля него в два раза меньше числа ячеек замедляющей структуры. Силовые линии электрической составляющей СВЧ поля магнетрона на этом типе колебаний изображены на рис. 5.5. Само названиеp-типа колебаний связано с тем, что в соседних ячейках замедляющей структуры фаза СВЧ колебаний отличается на 180°, т. е. наp-радиан. Из рис. 5.5 видно, что число ячеек (резонаторов) замедляющей системы должно быть четным. В противном случае СВЧ поле в левом и правом крайних сечениях АБ рис. 5.5 будет различным. Сравнивая рис. 5.5 с рис. 5.4, можно сказать, что наp-типе колебания число «спиц» магнетрона в два раза меньше числа ячеек (резонаторов) замедляющей структуры.

Рис. 5.5. Структура СВЧ поля магнетрона на -типе колебаний

На рис. 5.6,a показано электрическое поле одной из пространственных гармоник в некоторый момент времени. В нечетных сечениях 1, 3,… радиальная составляющая СВЧ поля складывается с постоянным полем, обусловленным анодным напряжением. Поэтому в этих сечениях поле усиливается. Наоборот, в четных сечениях 2, 4,… поле ослабляется. Указанная конфигурация СВЧ поля перемещается вправо с фазовой скоростью v_фрассматриваемой гармоники (для определенности будем рассматривать основную гармоникуv_ф =v_зам).

Рис. 5.6. К пояснению процесса образования электронных спиц

Рассмотрим, что произойдет с электронным потоком, движущимся в том же направлении и с той же скоростью. Если бы СВЧ поле отсутствовало, то электроны двигались бы по циклоидам с общей средней скоростью v_ц =E/B =v_зам. При наличии СВЧ поля средняя скорость электронов уже не будет одинаковой. В нечетных сечениях средняя скорость увеличится, а в четных – уменьшится пропорционально результирующей напряженности поля в этих сечениях (так какv_ц =E/B).

Но это означает, что электроны начнут группироваться в сгустки, центрами которых станут заштрихованные сечения (рис.5.6,в). Из того же рисунка видно, что эти сечения находятся в пучностях касательной составляющей электрического СВЧ поля. Причем направление касательной составляющей соответствует тормозящему характеру поля (с учетом отрицательного заряда электрона).

Таким образом, радиальная составляющая поля, модулируя электронный поток по скорости, собирает сгустки в области тормозящего СВЧ поля, что соответствует режиму усиления волны.

5.1.4. Механизм поддержания средней скорости тормозимых электронов

Рассмотрим изменение траектории тормозящегося электрона под действием касательной составляющей электрического СВЧ поля. Электроны пучка, оказавшись в тормозящем поле, будут терять свою кинетическую энергию. Имея на вершине арки меньшие скорость и действие магнитной силы (возвращающей их на катод), они (начиная у катода движение по арке циклоиды) не смогут вернуться обратно на катод. Нормальная составляющая их скорости обратится в нуль уже на некотором конечном расстоянии от катода. Поэтому следующий цикл движения электрон начнет уже не от катода, а на некотором расстоянии от него. В результате электрон будет двигаться как бы по «укороченным» с одного конца аркам циклоиды, постепенно поднимаясь вверх к аноду. Анодный ток в цепи будет наблюдаться даже в том случае, если магнитное поле больше критического.

Подъем электрона в сторону катода означает поглощение им от анодного источника энергии, пропорциональной пройденной разности потенциалов W=e(j₂–j₁). Таким образом, электроны сгустка во время прохождения каждой арки теряют часть своей кинетической энергии из-за тормозящего характера поля СВЧ, но одновременно поглощают энергию от поля анодного источника за счет подъема в сторону анода. Причем, чем большее количество энергии потеряет электрон при прохождении арки, тем «выше» он поднимется. Иными словами, «подъем» электронов в сторону анода – это тот механизм, который автоматически поддерживает их среднюю скорость неизменной, несмотря на торможение в СВЧ поле. Кроме того, это означает, что усиление СВЧ поля в конечном счете здесь обусловлено энергией анодного источника при неизменной средней скорости электронов.

Спицы. Поскольку образование сгустков сопровождается их «подъемом» в сторону анода, электроны, вылетевшие из катода ранее, оказываются в данный момент и «выше» и более плотно сгруппированными. А это означает, что сечение сгустка более узкое около анода и более широкое около катода, как показано на рис. 5.6,в.

Если такие процессы протекают в магнетроне цилиндрического сечения, то образующиеся сгустки по своей форме напоминают спицы колеса. Поскольку «спицы» привязаны к тормозящим сечениям СВЧ поля, они вращаются в пространстве взаимодействия с фазовой скоростью соответствующей гармоники, а их число равно числу тормозящих участков СВЧ поля, т.е. числу волн, укладывающихся на внутренней поверхности анодного блока (рис. 5.6,г).

Удаление ускоряемых электронов. На участке между сечениями 2–3, где тангенциальная составляющая СВЧ поля имеет ускоряющий характер, под действием которой электрон приобретает дополнительную кинетическую энергию и потому подлетает к катоду не с нулевой, а с конечной скоростью. Ударяясь о катод, он прекращает свое существование.

Усиление СВЧ поля. Ускоряемые электроны поглощают СВЧ энергию лишь на протяжении пути вдоль «арки», а тормозящиеся электроны, наоборот, усиливают СВЧ поле на пути, состоящем из многих «арок». Но это означает, что при прочих равных условиях тормозимый электрон отдает СВЧ полю энергию во много раз большую, чем поглощает ее ускоряемый электрон. Это также означает, что чем сильнее магнитное поле по сравнению с критическим, тем большее число «арок» описывает электрон и, следовательно, тем больше мощность и КПД устройства. Наоборот, в критическом режиме тормозящийся и ускоряемый электроны отдают и поглощают примерно равное количество энергии.

5.1.5. Условия самовозбуждения многорезонаторного магнетрона

Для генерации в магнетроне необходимо выполнение двух условий:

1) v_ц = v_зам; 2)B > B_кр. (5.3)

Рис. 5.7. Графическое определение условий самовозбуждения магнетрона

Первое из них представляет собой условие синхронности вращения электронов с одной из пространственных гармоник, необходимое для модуляции электронного потока по скорости и по плотности. Второе условие, требующее, чтобы магнитное поле было больше критического, необходимо для полученияКПД>0.

Чтобы определить U₀иВ, удовлетворяющие условиям самовозбуждения (5.3), целесообразно эти выражения представить графически (рис. 5.7). На рисунке уравнению синхронности соответствуют прямые линииU₀ =E₀d =B2r_ср/nT(r_ср – средний радиус пространства взаимодействия), угол наклона которых тем меньше, чем большеn, а неравенствуВ >В_кр – точки, лежащие вне параболы критического режима (U_0кр =еB²d²/2m).

Если анодное напряжение и магнитное поле соответствуют точке, находящейся во внутренней области параболы, то в анодной цепи протекает ток, равный току эмиссии катода (I =I₀). Если же точка находится вне этой области, анодный ток отсутствует.

Таким образом, генерация в магнетроне возможна только при тех значениях U₀иВ, которым соответствуют участки прямых, лежащие ниже параболы критического режима. Если рабочая точка находится на указанных прямых, то режим магнетрона близок к оптимальному, при котором генерируется максимальная мощность, а КПД определяется расстоянием рабочей точки от параболы. При отклоненииU₀иВот значений, соответствующих прямым линиям, мощность магнетрона уменьшается.

5.1.6. Параметры и характеристики магнетрона

Электронный КПД. Рассмотренный выше механизм усиления СВЧ колебаний показывает, что часть энергии анодного источника переходит в СВЧ энергию, т. е. идет на усиление, а другая часть превращается в кинетическую энергию электрона, которая при попадании последнего на анод расходуется бесполезно, т. е. переходит в тепло. Поскольку электрон попадает на анод в момент прохождения им вершины «арки», где его скорость, то его кинетическая энергия, бесполезно рассеиваемая на аноде, равна

. (5.4)

В то же время полная энергия, отдаваемая анодным источником во время перемещения электрона между катодом и анодом, составляет . Поэтому, определяя КПД по общему правилу, получаем

, (5.5)

где U_0кр и B_кр – значения анодного напряжения и магнитной индукции, удовлетворяющие условию (5.3 ) критического режима.

Формула (5.5) показывает, что КПД магнетрона может быть близким к единице, если магнитное поле значительно превышает критическое. При критическом магнитном поле КПД магнетрона равен нулю, так как вся потенциальная энергия электрона переходит в кинетическую и рассеивается на аноде сразу после достижения им вершины циклоиды.

электронное смещение частоты. электронным смещением частоты называют связь частоты генерируемых колебаний с анодным током, по которому обычно контролируют режим работы магнетрона (рис. 5.8 ).

Рис. 5.8. Зависимость частоты генерируемых колебаний от анодного тока

Крутизна электронного смещения частоты в рабочем режиме Sэсч =dfг/dIа, МГц/А. (5.6) Наибольшую крутизну Sэсч получают для данного магнетрона при малых анодных токах: она может составлять несколько десятков мегагерц на ампер или больше.

Рабочие характеристики. Рабочими характеристиками магнетрона называют связь между анодным напряжением и током при постоянных мощности, КПД, частоте и индукции поля, т. е. эти характеристики позволяют выбрать режим работы (U_а,I_а) при заданных мощности, КПД, частоте или индукции.

Связь U_а и I_а при В = const называют вольт-амперной характеристикой магнетрона или кривой постоянной индукции (рис. 5.9,а). Возбуждение колебаний начинается при пороговом напряжении. Дальнейшее повышениеU_априводит к быстрому возрастаниюI_а. При переходе к другому значению индукции характеристика смещается, так как самовозбуждение в соответствии с диаграммой рабочих режимов начнется при большемU_а. Таким образом, вольт-амперные характеристики магнетрона приВ = const имеют вид семейства кривых с круто возрастающим начальным участком, далее следуют излом и почти горизонтальный участок, имеющий небольшой наклон к оси абсцисс и характеризующий работу магнетрона в генераторном режиме.

Кривые постоянной генерируемой мощности показаны на рис. 5.9,б. Генерируемая мощность Р=_эI_аU_а. Если бы электронный КПД_э оставался постоянным при различныхI_а, то связьU_аиI_апри заданной мощности изображалась бы гиперболой. В действительности_э зависит отI_аи поэтому кривые постоянной

Рис. 5.9. Вольт-амперные характеристики магнетрона

мощности отклоняются от гипербол и несколько поднимаются. Чем больше генерируемая мощность, тем выше и правее должны располагаться кривые Р_ген = const.

5.1.7. Особенности устройства и применения магнетронов. Параметры типичных магнетронов

Различные по назначению магнетроны перекрывают диапазон частот от 300 МГц до 300 ГГц. Обеспечивая высокий уровень выходной мощности при хорошем КПД (до 70%) они широко используются в системах радиолокации, однако в современных системах РЭБ они применяются значительно реже. В частности, разработаны компактные и высокоэффективные усилители М-типа с инжектированным электронным пучком, работающие в частотном диапазоне 0,5-3ГГц, с мгновенной шириной полосы, перекрывающей не менее одной октавы. Эти усилители работают при сравнительно низких напряжениях; их размеры значительно меньше, чем у ЛБВ этого диапазона. Например, такой прибор, обеспечивающий усиление сигнала до уровня 4кВт в непрерывном режиме, имеет длину 30см и массу менее 13кг вместе с фокусирующей системой.

Среди источников энергии СВЧ большое распространение в военных и гражданских системах получили магнетроны, к основным достоинствам которых относятся высокий КПД, сравнительно невысокие анодные напряжения, отсутствие рентгеновских излучений и компактность. Из вновь разрабатываемых магнетронов подавляющую часть составляют магнетроны коаксиального типа.

Совершенствование магнетронов происходит в направлении повышения рабочей частоты, улучшения частотной стабильности, чистоты спектра, увеличения скорости перестройки частоты, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров и массы, снижения стоимости.

Современные магнетроны могут не только конкурировать с твердотельными приборами, но и превосходят их. Они обладают высокими вибропрочностью и виброустойчивостью (выдерживают удары с ускорением 150g и постоянное ускорение 100g), малыми габаритными размерами и массой и хорошими электрическими параметрами. Увеличению механической прочности способствовало создание более легкой, укороченной и жесткой конструкции катода и совершенствование магнитной системы. Особенностями конструкции катода, обладающего, в частности, малой теплоемкостью, определяется малое время его разогрева.

Среди перспектив развития выделяется разработка магнетронных генераторов и усилителей, которые являются основой для создания мощной и сверхмощной СВЧ-энергетики для радиолокации и технологических установок. Разработанное отечественной промышленностью в 60-70-е годы XX в. направление так называемых длинноанодных магнетронов привело к созданию серии сверхмощных приборов сантиметрового диапазона с импульсными мощностями в десятки мегаватт и средней мощностью в десятки киловатт в режиме анодной модуляции и с безмодуляторным питанием. Именно на их основе были построены выходные каскады локаторов сверхдальнего обнаружения системы ПРО наземного и морского базирования.

Магнетроны были и остаются основным типом приборов для мощных источников СВЧ-энергии для технологических установок. Мощности этих приборов дециметрового диапазона в непрерывном режиме составляют 50-100кВт (серийные образцы) и до 1МВт (экспериментальные образцы). Для питания линейных ускорителей электронов разработан ряд магнетронных генераторов и усилителей с импульсной мощностью 10-40Мвт и средней мощностью до 50кВт. Большая часть этих приборов продолжает эксплуатироваться и выпускаться в настоящее время. Основной задачей разработок в этом направлении является повышение надежности (увеличение долговечности) магнетронов и снижение их себестоимости.

Уровень достигнутых параметров для некоторых серийно выпускаемых отечественной промышленностью магнетронов непрерывного и импульсного действия приведен в таблице 5.1.