Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 50
Текст из файла (страница 50)
15.Т. ЗАМЕДЙЯЮЦ(АЯ СИСТЕМА МАГНЕТРОНА. ВИДЫ КОИЕЕАНИН В динамическом режиме в замедляющей системе, образованной анодом и катодом, распространяются электромагнитные волны, с которыми взаимодействуют электроны пространственного заряда. Эффективный обмен энергией между электронами и волнами происходит при совпадении их скоростей. Чтобы объяснить эти процессы, нужно знать распределение переменной составляющей электрического поля между анодом и катодом, которое трудно найти из-за сложной конфигурации поверхности анода. г(ля качественной оценки примем, что высокочастотное электрическое поле в пространстве взаимодействия обусловлено краевым эффектом в щелях резонаторов, который проявляется в «провисанииэ электрических силовых линий. При таком подходе структуру поля можно установить, если известны собственные частоты системы резонаторов и токи в резонаторах. Токи удается найти с помощью эквивалентной схемы замедляющей системы в виде цепочки связанных резонаторов, свернутых в кольцо.
Лопустнм, что все резонаторы одинаковы н не имеют потерь, резонатор заменяется контуром с сосредоточенными нндуктнвностью С н емкостью С, связь между контурами индуктивная азанмодейстзуют лншьсоседнне контуры, токи меняютея во времени по гарноннческому закону с частотой еь 216 Выделим из цепочки резонаторов три произвольных рядом расположенныя контура(рис. 15.5), в которых протекают токи и комплекеными амплитудами 1а-ы 1ю 1а+т. Запишем для й-го контура 1 1а (1 ю 5 — 1 — ~1 — 1 ю М ( 1а ! -(- 1» + ! ) О.
,) (15.3) Таких уравнений можно составить Ф вЂ” по числу резонаторов. Учитывая сим. метрию колебательной системы, предположим, что токи имеют одинаковые амп. литуды и отличаются только фазами: 1а — — (,!а+т = (е ", где фн — набег ~~вн фазы между соседи им и резон а то рами. Поскольку цепочка контуров свернута в кольцо, то набег фазы по кольцу должен быть кратным 2 и, откуда следует, что фаза ф„принимает диакретные значения Фа= 2ип(д!,л= О, 1,..., (У вЂ” 1.
(!5.4) В Результате в рассмотренной системе контуров возможны колебания лишь аа собственных частотах, которые найдем иа выражения ыв ыв = 3 1 — 2 (М(Е) соз фа (15 5) где ыр = 1()УХС вЂ” собственная частота одиночного резонатора.
На зависимости юа (фа)(ыр при М = 8, М(ь = 0,1 (рис. 15.6) каждому внанению и соответствуют определенные фазы ф„и собственная частота ю„. Рис 15,6. Зависимость собственных частот от фазового сдвига иа ячейку а(4л и(У л(4 0 аг/4 л(х у(4л л. Набег фазы ф„характеризует вид колебаний в магнетроне. При четном числе резонаторов для всех видов колебаний, кроме л и О, собственные частоты попарно совпадают и число собственных частот оказывается, не й(, а (т!(2 + 1 (рис. 15.6). Виды колебаний с одинаковыми собственными частотами называются вырожденными.
В реальном магнетроне резонаторы анодного блока различаются, хотя и не сильно, так как всегда имеется технологический разброс размеров при изготовлении, в одном из контуров размещенз петля связи и т. д. В результате частоты вырожденных видов расщепляются на две близкие частоты, образуя дублеты, так что в действительности число частот равно йг. Чем меньше различия в контурах, тем ближе частоты дублетов друг к другу. В режиме генерации работа на зтйх частотах нежелательна из-за возможности перескоков генерации с одной из частот дублета иа другую.
ш /и / Рис. 15.5, Эквивалентная схема части колебательной системы магиетрова Теперь, зная связь между комплекснымн амплитудами токов в контурах, запишем выраженве для мгновенного значения тока и-го вида колебаний в й-м контура юп юп офп =. йп фп Стсюда с помощью (15 5) можно найти дисперсноааую характеристику замедля- ющей с~ стены, т. е, зависимость скорости офп от частзпы Воспользовавшись со- о ношением й = рфп 2п юп = 2нй/фп и (15 4), получим выражение для длины волны в замедляющей системе Лп = лй'л. Поскольку ЙФ вЂ” длина пространства взаимодействия, то значение л определяет целое число воли данного вида коле- баний, укладывающихся иа длине замедляющей системы, Рассчитаем коэффициент замедления К,пч п — — с/ге п (с — скорость света) для разных видов колебаний. Возьмем, для приыера, магиетрои, у которого рабо- чан длина волны й = 1О см, радиус анода г = 0,5 см, число резонаторов К =8.
Примем длину пространства взаимодействия равной 2 пг . Тогда К ам „= = йл/2 птю Как видно иэ рис, 15,7, наибольшее замедление имеют зелий вида м (л = 4): К„н„= 12,7. Прв снифазиых колебаниях (ф = О, л = 0) фазовая скорость обращается н бестонечность (рис, 15 7), С помошью формулы Рэлея п„р — — пф/ (1 — — — ) можно устаною ппф 1 рф лы) вить, что основная волна в данной замедляюшей системе — обратная и направление фазовой скорости про!7 /с рс тивоположно групповой.
Остановимся на вопросе разделейу ния видов колебаний по частоте, т/» Эксперименты показывают, что работа магнетрона с и -колебаниями не й/ сопровождается скачкообразным пе- 27 я/7 реходом на другие виды, если чай/ у/»я стота ближайшего к нему колебания х /„)/р и/и„/а!р' отличается не менее чем на 10%. Из рис.
15.7 следует, что близкие к виду и колебания вида Зп/4 при коэффициенте связи М/( = О,! отличаютРис. 157. Д"спеР'нопиаа хайак- ся по частоте примерно на 3%. Для „'згнетронз '"пр„л" Л'" 10" "„" увеличения разноса необходима ббль- М/5=О,! шая связь между контурами.
Для ау (а — 1(нпз+фпз) 1 Кп'п! фпз)~ /зппп/ !е и п +е п Электрическое поле в зазорах резонаторов н в проетраистве взаимодействия пропорционально токам в ноитурах. Учитывая это, можно зоставнть выражения для таигенциальиой и радиальной составляющих напряженности электрического поля в замедляющей системе, направленных по оаям л и р (см. рис, 15.2). Например, для тангенциальной составляющей ~хп(х,д, /)=Ехп(У)(е( п и)+е)( и п)1 (15.6) где йп = фп/д, а — шаг периодической структуры, координата х отсчитывается от середины зазора какого-либо резонатора.
Иэ (!5 б) следует, что таигеициальная компонента электрического поли со. держит две волны с одинаковыми амплитудами, но противоположными фазовыми скоростями. Следовательно, в пространстве взаимодействия возникает стоячая волва диалогичный внд имеет и радиальная компонента поля, Из (15 б) определим фазовую скорость волны Рис. 158 конструкции колебателниой системы магаетрона со связками (а) и с ргзиылн резоиаторами (б), примеяяемые для разноса собстнеииыа частот этого в магнетроне применяются так называемые связки Они представляют металлические кольцевые шины, располагаемые на торцах анодного блока, которые соединяют эквипотенциальные для колебаний вида п точки на сегментах через один (рис.
15.8, а). С укорочением рабочей волны магнетрона используется иной способ разноса частот †разнорезонаторн анодные блоки (рис, 15.8, б). При этом собственные частоты системы распадаются на две группы, соответствующие <дииниоволиовым» и «коротковолновым» резонаторам. Выбирая размеры резонаторов, удается расположить частоту колебаний вида и между обеими группами и обеспечить необходимый разнос. ТТ.З, ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СГУСТКОВ. УСЛОВИЕ СИНХРОНИЗМА В МАГНЕТРОНЕ И ЕГО КПД В 9 15,2 было выяснено, что высокочастотное поле в магнетроне формируется двумя бегущими со скоростью пэ навстречу друг другу волнами, образующими стоячую волну.
Средняя линейная скорость движения электронов в облаке, вращающемся вокруг катода, равна п,р — — Е,!В<(. Взаимодействие электронов о полем происходит при выполнении условия синхронизма оэ = пер. В пределах каждого пространственного периода изменения высокочастотного электрического поля имеются участки, где направление тангенциальной составляющей поля Е„ совпадает о направлением движения электронов в облаке и электроны тормозятся, а также участки с противоположным направлением Е„, где электроны ускоряются. Для колебаний вида и эти участки расположены под щелями соседних резонаторов. Через половину периода высокочастотных колебаний участки меняются местами. Составляющая Е„не влияет на движение электронов в окрестности точек возврата циклоид, но меняет их скорости вблизи вершин циклоид. Электроны, начинающие движение от катода, в области ускоряющего поля, на первом же витке циклоиды приобретают дополнительную кинетическую энергию, в результате чего первая точка возврата должна будет опуститься ниже поверхности катода.
В действительности электроны, еще не погасившие скорость, ударяются о катод и в дальнейшем движении не участвуют. Катод при этом несколько подогревается. Электроны с таким типом движения принято называть 319 «вредными». Другая группа электронов, попадающая в начале движения в область тормозяшего поля, отдает ему часть своей энергии, полученной от постоянного поля. Точка возврата поднимается над поверхностью катода. Поскольку электроны и волна поля двигаются синхронно, процесс передачи энергии от электронов полю продолжается до тех пор, пока электроны не попадут на анод, переместившись по нескольким виткам циклоиды.
Эту гйуппу Рис !5.9 примерная фор- электронов называют «полезными»: ма простРаиствеииого заРЯ- ХОтя ЧИСЛО УСКОРЯЕМЫХ И тОРМОЗЯШИХСЯ да в магьстроие электронов, взаимодействующих с полем, примерно одинаково, электромагнитная волна получает энергии больше, чем теряет при ускорении элект(ранов. Объясняется это тем, что «полезные» электроны отдают энергию на нескольких витках циклоиды, а «вредные» отбирают энергию у поля только на первом витке. В результате сортировки электровоз иа «полезиые» и «арсдиые» под действием тзигеициальиой составлягощей поля Е„вращающееся вокруг катода электроипое облак» прикипает вид «колеса со спвцзми» (рис. !5,9).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
