Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 76
Текст из файла (страница 76)
рис.14.8)= 1, 2, 3, 4,электроны, двигаясь около анода параллельно егоповерхности, _оказываются в синхронизме с СВЧ-волной. Для того чтобы электроны попадали на анод, рабочее анодное напряжение магнетрона всегда должно удовлетворять условию иа >исп'т. е. находиться выше линии порогового напряжения, при этомиа не может сильно отличаться от ип, иначе будет нарушатьсяусловие синхронизма. Таким образом, при рабочих режимахмагнетрона анодные напряжения имеют значения, близкие квеличинам, соответствующим линиям порогового напряжениядля различных видов колебаний. На рис.14.8штриховкой отмечены области значений и а и В 0 , где вообще нет рабочих режимов магнетрона.
При значениях иа и В 0 , находящихся выше параболы критического режима, электроны, вылетая с катода и несовершая циклоидальных колебап=1ний, попадают сразу на анод. Ниже линии п =4(п-вид) не существует видов колебаний, поскольку.п-вид колебаний соответствует наибольшему п.В качестве рабочих характеристикмагнетрона приняты зависимостииа =Рис.14.8f(I а}при постоянных значениях таких параметров прибора,"Глава14.Электронные приборы СВЧ с динамическим управлениемкак индукция магнитного поля В 0=407В1' В 2 , В 3 , •• " колебательная мощность Р к' КПД 1) и частота генерируемых :колебанийro.Обычно рабочие характеристики линии постоянных значенийВ0, Рк иIa (рис.11 - изображаются14.9).на одном графике в координатах И а'Рассмотрим каждое семейство кривых И а= const,затем при= f(I а>11 = const и Рк = const.11 определяется электроннымиКПД магнетронапри В 0=потерями 11еи потерями в колебательной системе 11к' т.
е.11=11е11к· Электронные потери'lleопределяются отношением энергии, получаемойСВЧ-полем, :к полной энергии электронов, приобретенной от источника электрического питания. Основную долю потерь в 11есоставляют потери на аноде, и, поскольку электроны попадаютна анод со скоростью, не меньшей, чем фазовая скорость волныданного вида колебаний, минимальная скорость электронов определяется потенциалом синхронизации. Кинетическая энергия, соответствующая этой скорости, рассеивается в виде тепла. Вторую группу электронных потерь составляют электроны,которые попадают в неблагоприятную. фазу СВЧ-волны и возвращаются на катод, разогревая его. Поэтому часто после возРк> Р:;" > Р:;' > Р:; > Р~Иа,кВ---~---т~--т-<..-----~-~1481216 .
20Рис.14.92428Ja,AРазде113. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ408никновения генерации напряжение накала (подогрева) катодауменьшают. КПД колебательной системы определяется активным сопротивлением резонатора.При неизменной величине индукции магнитного поля В 0 == const(И п-<и увеличении анодного напряжения от нуля до ИаИппороговый потенциал) анодный ток очень мал, посколькумагнетрон работает в закритическом режиме, и СВЧ-колебанияотсутствуют. При достижении пороговой величины Иа=Ипмагнетрон возбуждается, и анодный ток нарастает. При работемагнетрона необходимо выполнение условия синхронизма, т.
е.vф(n,p)= Ve-Здесь(14.15)const возможно изменение Ип в небольших пределах (не ОТJ?ажено на рис. 14.8).При постоянной индукции магнитного поля В 0 =Увеличение анодного напряжения выше порогового вызываетувеличение скоростивращения спицы,в результате чего центрспицы смещается относите:Льно максимума тангенциальной составляющей напряженности электрического СВЧ-поля. Наводимый в анодной цепи ток начинает опережать СВЧ-напряжение, иэквивалентная .проводимость анодного блока приобретет емкостной характер. Частота генерируемых колебаний возрастает. Этоявление носит название «электронного смещения частоты~ (явление,аналогичное электронной настройке частоты). Изменение анодного напряжения, вызывающее пропорциональное изменение частоты, позволяет автоматически поддерживать условие синхронизмаVФ(n,p) = ve.При изменении В для сохранения условия синхронизма(14.16)необходимо пропорциональное изменение Иа.Чтобы объяснить семейство кривыхзависимости11 = f(I а)при Иа= constи11 = const, рассмотрим11 = f(U а) при I а = const,т.
е. заменим параметр функцией, а функцию и аргументы поочереди будем делать параметром. Указанные две зависимости,полностью объясняют линии постоянного КПД на рабочих характеристиках. Рассмотрим сначала зависимость 11е= f(Ia)приГлаваИа14.Электронные приборы СВЧ с динамическим управлением409= const. Как легко увидеть из семейства рабочих характерисri сначала увеличивается с возрастанием тока I а• а потик, КПДтом уменьшается.При малых токахIа мала и амплитуда переменного напряжения на анодном блоке магнетрона; фазовая группировка электронов в спице, обусловленная радиальной составляющей электрического СВЧ-поля, в этом случае проявляется слабо. Спицаплохо сформирована.
Много электронов выпадает из синхронизма с волной и возвращается на катод, что приводит к маломууровню мощности Р к и соответственно малому 'l'le· "УвеличениеIаулучшает группировку электронов в спице. Все большее количество электронов в спице приближается к области максимальногозначения тангенциальной составляющей напряженности электрического СВЧ-поля, эффективность взаимодействия электроновс СВЧ-полем улучшается, растет его напряженность и выходнаямощность увеличивается.
При большихность Р к и'l'le уменьшаютсяIагенерируемая мощиз-за разгруппировки спицы под действием большого объемного заряда электронов (большой то:кмного электронов в спице-большой объемный заряд--большие кулоновские силы расталкивания).Как видно из рабочих характеристик, функцияJa = const является возрастающей,т.e. riri = f(U а>пристановится больше приувеличении Иа.
При объяснении этой зависимости учтем, чтокинетическая энергия электронов, падающих на анод, не можетбыть меньше еИсп• Если пренебречь потерями на катоде, то(14.17)где Р 0 =JaUa -мощность, затрачиваемая источником питанияна формирование электронного потока, Ис =Выражение(14.17)показывает, что'l'leUClf.растет при увеличении Иа. Однако реальные значения КПД меньше, чем вычисленные по последней формуле. Объясняется это тем, что кинетическая энергия электронов, падающих на анод, оказываетсязначительно больше, чем еИсп• поскольку величинаeUcn определяет скорость vцк центра образующей окружности, а электронымогут попасть на анод в любой точке циклоиды.
С увеличением И адля соблюдения условия синхронизма пропорционально увеличи-410Раздел З. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫваетсяииндукциямагнитного[]а( rа_rкполя,·посколькуvФ(n,p)=vцк=')В =const для данного вида колебаний.Однако пропорциональное увеличение и а и в приводит к уменьшению радиусаобразующей окружностиR,так какR =(т[]аrа-) В 2 • Следова-rк етельно, высота и период циклоиды уменьшаются, что приводитк уменьшению средней кинетической энергии электронов, бомбардирующиханод.~меньшениерадиуса::щвивалентноRуменьшению мгновенного значения кинетической энергии припостоянстве скорости перемещения центра круга vцк·Рассмотрим кривые Р к= const. Колебательную мощностьможно записать в виде Р к= 11ИaI а• т. е.
И а=в координатах Иа,Iaкривые Рк= constркIТ\ а. Таким образом,близки к гиперболе. Отклонение от гиперболы обусловлено зависимостью Т\ от Иа и14.5.Ia.Приборы магнетронного типаПриборы магнетронного типа (типа М) могут быть как генераторами, так и усилителями. Отметим свойства наиболее распространенных из них.Митроны. Магнетроны, перестраиваемые напряжением (митроны), это широкополосные генераторы магнетронного типа.Электрическая перестройка частоты в широких пределах в митроне осуществляется в основном либо путем ограничения эмиссионного тока катода (или тока анода), либо применением внешнейколебательной системы малой добротности.
в качестве колебательнойсистемывмитроневстречно-штыревая структураиспользуется3(рис.14.10),свернутая в кольцо и связанная с внешнейсистемой,(1,5 ... 10).имеющейнизкуюдобротностьВ магнетронах добротность, какправило, равна нескольким сотням и более.Ограничение тока и управлениемитронах осуществляется,им вв частности, засчет того, что эмитирующий катод1вынесен за пределы пространства взаимодейстРис.14.10вия, т.
е.электроны поступают в это про-"Глава14. Электронныестранство извне.приборы СВЧ с динамическим управлением411Для формирования необходимой структурыСВЧ-поля в центр прибора помещается холодный (не эмитирующий) катод2.Между горячим катодом и анодной структуройрасполагается управляющий электродроне,поперечное по отношению4.Так же как и в магнетк электрическому магнитноеполе формируется с помощью постоянного магнита5.Различают два основных типа митронов:1)широкополосные митроны, характеризуемые отношением максимальной генерируемой частоты к минимальной,равным1,5 ... 32)2:1или3 : 1,при уровне выходной мощности доВт;узкополосные митроны с перестройкой по частоте в пределах5 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
