Магнетронные генераторы и импульсные модуляторы - Грановская Р.А. (Магнетронные генераторы и импульсные модуляторы - Грановская Р.А., Телятников Л.И.)

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР МОСКОВСКИЙ ОРПЕНА ЛЕНИНА И ОРЙЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛКИ1ИИ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имекк СЕРГО ОРХЮКОНИКИДЗЕ Р.А. ГРАНОВСКАЯ „Л.И. ТЕЛЯТНИКОВ МАГНЕТРОННЫЕ ГЕНЕРА'ГОРИ И ИМПУЛЬСНИЕ МОДУЛЯТОР%Я Учебное пособие Для дневной и еечеркей форм обучения Утверждено на заседании редсовета 21 имжа 1984 г, У,ПК' 621.396.61 (О76.8) 621.396.6 (076) Г773 Рис. 1,1 1~еиовская Р.А., Телятников Л.И.

Магнетронные генераторы и импульсные модуляторьп Учебное пособие. - М.: МАИ, 1985. — Ф2 с., ил. Приводятся общие с~едения О магнетронных импульсных борТОвых радиопередатчиках с бОльшой скважностыО и их Основных элементах: магнетроне и импульсном модуляторе, Рассматриваются особенности работы магнетронов иа несогласованную нагрузку и стабилизапия частоты магнетрона с помощью высокодобротного резонатора. Излагаются принципы работы, описываются физические процессы и схемы построения импульсных модуляторов с частичным разрядОМ накОпительной емкОсти» Пособие предназначено для теоретической подготовки студентов к лаборатоуйым работам по курсу Радиопередающие устройства": "Исследование магиетронного передатчика бортовой РЛС", "Исследование работы магнетронного генератора на несогласованную нагрузку" н "Исследование импульсного модулятора с частичным разрядом накопительной емкости, Предполагается» что студенты прослушали курсы. "Электронные и квантовые приборы" и "Радиотехнические цели и сигналы'.

Пособие поможет студентам при подготовке к экзамену по курсу "Радиопередающие устройстВа" и при курсовом проектировании бортовых редиолередакаких устройств СВЧ. Рецензенты: Г.И, Веселов, В.А. Романюк, В.в. Рощин В бортовых импульсных радиолокационных системах (РДС) с большой скважностью (~~- 1ООО) широкое применение находят магнетроиные передатчики, построенные по однокаскадной схеме, показанной на рис. 1.1, (Здесь ИМ '- импульсный модулятор, управлякикий режимом магиетроиа; ИП - блок источников питания.) Под фидером ~51 понимается линия передачи СВЧ (коаксиальный волиОВОд или прямоугольный ВОлнОВОД) и ВспОмОгатель НЫЕ уСТРОЙСТВа (СОЕДИНИТЕЛИ» ВЕНТИЛИ» ЭЛЕМЕНТЫ ПОДСТРОЙКИ И . т.д.), с помощью которых энергия радиочастотного, сигнала подводится от магнетрона к антенне.

йостоииствами таких передат чиков являются их сравнительная простота, компактность, набольшие габариты и масса, а также относительно высокие КПД, что Весьма важнО для радиоустройств» устанавлиВаемых на летатель ных аппаратах. К недостаткам однокаскадных передатчиков следует отнести невысокую стабильность частоты, сильное влияние нагрузочных цепей на режим работь| магнетрона. Е» ряде случаев это может привести к появлению эффекта длинной линии" и к связанным с этим неустойчивости режима и перескокам амплиту- дЫ И ЧастОти колэбаний. Эффект длинной линии уст раняется включением фер- Р~И 'ритОВОго Вентиля иа выхО л»вам нА де магнетрона (см.рис,1.1).

Для повьплеиия стабильности "Я" частоты магнетрона применяют различные методы ста- р~»~ ф~рабАЙви~цк билизации, например при помощи высокодобротного объ- с~днцл емного резонатора, РаднОЛОКИИИОНИЫЕ импульсные передатчики геке- Йп рируют равномерную последовательность прямоугольных радиоимпульсов длительностью 2'ц, имеющих период повторения 7у . Типичной является работа передатчика в режиме генерирования коротких импульсов с большими периодами и сквйжкостью ~~=~" Л", Режим генератора передатчика - магкетрона прк .И импульсной модуляции характеризуется импульсными параметрами, а также средними, т.е. усредненными за период 7', причем в случйе лрямОугОльных импульсОВ средняя выходная мотцкость магнетрока связана с импульсной соотношением ф„„~~;~т~~~,й .

х 4»6 4щм бк Средняя мощность определяет тепловой режим магнетрона. , В случае импульсной работы однокаскйдных радиопередатчиков наименьшая и наибольшая длительности импульсов Г Ограничены следующими условиями. 1. При увеличении ~~ пропорционально сокращается полоса спектра частот, в пределах которой заключена основная мощность, а следовательно, для устранения избыточного уровня шума должка соответственно снижаться к Полоса пропусквния приемного устройства, Это повьцкает требования к стабильности частотЫ передатчика. Б частности, возрастают требованкя к постоянству генерируемой магнетроном частоты зй время длительности импуль- са, а значит, и к постоянству его напряжений питания во Время импульса. 2.

При слишком коротких импульсах конечное время, необходимое для нарастания амплитуды автоколебаний, и время, затрачиваемое на спадание высокочастотных колебаний после окончания импульса, становятся сравнимыми с т~~; Это приводит к искажению формы импульса, а затем и к уменьшению средней мощности йвтогекератора. В импульсных однокаскйдньтх магнетрокных передатчиках наиболее употребительны длительности импульсов ~' порядка десятых долей - единиц мкс. йли осуществления импульсной работы мйгнетронцого генератора нй его анод должны подаватьси короткие импульсы высокого напряжения.

На практике в импульсных магнетронных передатчиках с большой скважностыо применяются методы осуществления импульсной модуляции, основанные на принципе накопления энергии от источника питания в форме электростатической энергии в конденсаторе. Широкое распространение получили импульсные модуляторы с частичным разрядом накопительной емкости. Их основным достоинством является получение формы импульсов, близкой к прямоугольной я притом устойчивой по Отношению к возможным изменениям режима магнетронв, и второе достоинст- ВΠ— Высокий КПЛ зарядногО процесса накОпитвльной емкости.

НедостйткОм таких модулЯтОРОВ ЯвляетсЯ необходимость кОмму твцни, т.е. замыкания и ной емкости»для чего в каче амыквния за рядной цепи накопительо в качестве коммутатора нужен п активный прибор (электронная лампа кли т нзист в нная лампа кли транзистор), который должен пропускать большие то для своего управления импу токи и требует шой величины н хорошей пульсов на пражения сравнительно больбраткмся теперь к ознакомлению с блока магнетронного передатчика- С ЛОКймк ИМПУЛЬСНОГО - магнетроном и импульс ром, Сначала Рассмотрим сным модулятости их работы м харвкте стики .

на частотнозависимую нат зк м рн ки магнетронов, особенн О- ния стабильности час астоты магнетронов. и нат'рузку и вопросы повышеным разрядом накопительной емкос ттн ~ 2. ХАГНЕТРОННЫИ ГЕНЕРАТОР 2.1, Мйгнетрокный генерато бор М типа В „,„ „ »- Реаонвнсцый цри Р» или мат нетрон е электрона~ й замедляющей системы Щ. З ., электРОнного пот Р зультвте взаимс потенциальной энергии ст, роисходит пеРедача о потока с СВЧ-полем и сгруппированных электронов электромаг счет взаимодействия эл пкровйнке электронов ос уществляется зй стйвляющей СВЧ-поля„а обмен энергии - зй счет в Я ЭЛЕКТРОНОВ' С ПОПЕ ЧНОй Э веется за счет исполь виляющей, ТакОе Взаим одействке обеспечи- зованки статического м тор матчтитной индукции к магнитного поля,векности СЕ»Ч - и стйткче ти которого ортогонален н векторам напряжен- чески устройство магнет ческого электрического поля ~41.

Схематинетронй пОкйзйно на рис. 2.1,а. ервые конструкции многорезонато разработаны во в ой тор половине ЭО-х онаторкых магнетронов были О-х т.одо инженерами Н.Ф.АлекТехкикв магнетронов ководством М в последующие годы по ВНТИЕ» Н В НйСТОЯЖЕЕ В Е получила большое резв частности в бортовых е время Оци широко и име р еняются на практике тх радиолокационных пе в Э Ря относительно невысок й ередвтчкках, 6пагодасе, сравнительно неболь ысоко стоимости, малым габаритам и масеновскому излучению шому рабочему нап ж и высокому КПЯ ', о ряжению, малому реня ИЫ ПОЗВОЛЯЮТ ПОЛУЧИ (до 60-80%). Мйгнетро- чить колебания вплоть до Ровот о диапазона обе > спечивйя высокий о длин волн миллимет сти, особенно в импульсном уровень выходной мощнольском режиме работы.

(до 100 Кйт...1МВт> 5 кровю ра нс т ВО Ьзся и МООФЙвп~йяя А Н ОЯ, Рис. 2.1 Основной вид модуляции, примекяэмОй в магкетроке, - импульсная модуляция с бопьшой скважкостью, Серьезными недостатками мвгнетрона являются: невысокая стабильность частоты его колебаний, небольшой диапазон перестройки частоты, затруднение с осужествлеикем сложных видов модуляции, срввиителько 'высокий уровень мошностк параэктиого излучения. Магиетрои конструктивно выполняется в виде цилккдркческого диода (ркс.

2.1). Анодом (или акодкым блоком) явлаетса эвмккутаа в кольцо рэзоааторкая (замедпяющаа) система, внутри которой расположен ивгрэваемый катод цилиндрической формы. Кольцевой зазор между акодиым.блоком и катодом Является пространством взакмодействка электронов с СВЧ-полем. Число резонаторов в замедляющей системе всегда бывает четным для получекия в мвгнетроне рабочих копебаиий % -вида, когда сдвиг о фвз между СВЧ-полямк соседних резонаторов составляет 180 . Однако частоте колебаний й -вида близка к частоте соседних по номеру видов колебаний, что приводит к неустойчивости работы магнетронв, Для устранеикя этого в магнетроие применяют связки В виде провопочиых ~или ленточных) проводииковй 'распо пожеикых иад торцамк виодкого блока, которые соединяют эквнпотеипкальные для копебаикй %-вкдв точки на резонаторах через один. В магнетронах, работающих нв длинах волн короче 3 см эти связки коиструктивнО трудно Выполнимы иэ за их ма пых размеров, поэтому применяют рвзнореэонаториые внодны й е блоки, в которых чередуются резонаторы разных размеров (рис, 2,1,6), позволяюшке.

отдалить частоту колебаний % -Вида От частоты колебаний других Видов. 6 оскольку резонаторы анодного блом взаимосвязаны, вязь с нагрузкой ос ру уществляется посредством эпемента связи (петли сВязи иля диафрагмы В резонатОре)й присоединаемо о либо к коаксиальному кабелю, либо к волноводу, отводящему СВЧ энергию от магнетрона (ркс, 2.1,а), блок зак т к пц ам Идя обеспечения Вакуума В приборе сверх и сверху и снизу анодный лок закрыт крышхамн, которые прнпаиваются к кольцевым выступам на торцах анодного блока, а вывод СВЧ-энергии имеет вакуумное уплотнение (диэлектрическую перегородку) В нешняя рхн ть анодного блока магнетрона имеет ребра дла ния теплоотвода.