Стр.202-301 (1152180), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Чем сильнее различаются резонансные частоты резонаторов в разнорезонаторной системе, тем больше получаемое разделение частот. С этой точки зрения кажется целесообразным увеличивать отношение резонансных частот «больших» и «малых> резонаторов. Однако при этом происходит ухудшенне структуры поля в пространстве взаимо- действия, поясняемое рис. 7.12. На этом ри- Рис. 7 !2. Направление сунке показано протекание высокочастотных и зпюрысичтокавстентоков в стенках двух соседних щелевых резо- ках смежных резонаторов наторов.
На поверхности анода создается р--резонаторного маг- нетрона при и-виде кокольцевой ток, так как резонансная частота и-вида больше резонансной частоты «больших» резонаторов, но меньше резонансной частоты «малых» резонаторов. Существование высокочастотного тока, не имеющего азимутальных вариаций по поверхности анода, сопровождается появлением в пространстве взаимодействия высокочастотного поля нулевого вида (и = О), накладывающегося на и-вид. Как будет показано в 2 7.5, <загрязнение» поля и-вида полем 0-вида приводит к падению элект- * Внешний вид разнорезонаторного блока послужил основанием для названия «восходящее солнце>, применяемого к подобным системам в зарубежной л и те рагу ре.
ронного к. п. д. магнетрона. Поэтому отношение резонансных частот «малых» н «больших» резонаторов выбирается из компромиссных соображений и обычно не превышает 1,8 — 2,0. Достаточно хорошего разделения видов колебаний при большом числе резонаторов У можно достичь и другим путем — в ноаксиальных и обращенных коансиальных магнетронах.
Этот вопрос рассматривается в 8 7.8. 5 7Л. ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОСТРАНСТВЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАГНЕТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА а. Сортировка електроное при колебаникк типа бегущей волин Проанализируем качественно электронные процессы в многорезонаторном магнетроне в режиме установившихся колебаний. Допустим, что генерация уже возникла на одном из видов колебаний анод- ного блока. Тогда характер движения электронов можно определить, учитывая совместное действие трех полей — постоянного электрического поля, постоянного магнитного поля и высокочастотного электрического поля. Если высокочастотные колебания отсутствуют, то движение электронов происходит по законам, рассмотренным в $ 7.2. Прн плоской системе электродов траектории электронов являются циклоидами; конвекционный анодный ток при В ) В„р в идеальном случае равен нулю.
Рассмотрим изменения в этом движении, происходящие при наличии малых высокочастотных колебаний. Наиболее значительное взаимодействие электронов с полем может быть при условии, что электрон длительное время находится в одной и той же фазе по отношению к высокочастотному электрическому полю. При этом следует учесть, что в плоском магнетроне электрон совершает два движения — равномерное поступательное движение вдоль поверхности катода, характеризуемое перемещением центра катящегося круга, и врашательное движение, происходящее с циклотронной частотой. С другой стороны, высокочастотное поле в пространстве взаимодействия может быть представлено в виде волн, бегуших между катодом и анодом магнетрона. Поэтому условие приблизительного постоянства фазы высокочастотного поля относительно электрона можно рассматривать, как условие равенства фазовой ско.
рости одной из волн и средней скорости оео с которой перемещается центр катящегося круга: пи=(о,„)пе (7,36) Через (о )„обозначена фазовая скорость р-й пространственной гармоники л-го вида колебаний анодного блока магнетрона. Соотношение (7.36) сходно с условиями синхронизма (6.1) н (6.66), лежащими в основе действия ламп бегущей и обратной волны типа О. 278 При обеспечении синхронизма, определяемого условием (7.36), действие на электроны со стороны других волн можно не учитывать, если их фазовые скорости значительно отличаются от средней скорости электронов пи. Свяжем с одной нз волн, описываемых уравнением (7.
30), систему координат, двигающуюся вместе с волной со скоростью (и )ат Элентрнческое поле волны относительно этой системы координат является неподвижным. Пусть средняя скоЛоаалость плода Е рость электронов, равная и„= — = = — в отсутствие высокочастотных колебаний совпадает с фазовой скоростью 'данной волны (пй)яр. Рассмотрим поведение типичных электронов, Интой находящихся в разных участках пространства взаимодействия, как изоРис.
7.13. Электрическое поле е- б ажено на рис. 7.И. На рнс. 7.14 гущей волны в пространстве взаи- Ра модействия магнетрона показано сложение векторов постоянного н высокочастотного электрических полей для четырех точек, в которых первоначально находятся электроны типов 1, 2, 3 и 4. Результирующее электрическое поле Ех, действующее на электрон типа 1, не изменяет своего направления, но уменьшается по абсолютной величине.
Скорость центра катящегося круга, определяющего траекторию электрона относитель- но неподвижнои системы коордиЕх наг, равная теперь —, уменьшается по сравнению со скоростью в статическом режиме. В результате электрон типа 1 начинает отставать от бегущей волны и постепен- 1 Ег Ег' Е Ег я/у Еа Еь— Ф Е =-- Ег но смешается по направлению к электрону типа 4. Похожее изменение происходит и с электроном типа 3, для которого результирующее электрическое поле несколько увеличивается в сравнении со статическим режимом. Поэтому электрон типа 3 двигается быстрее волны и постепенно тоже приближается к электрону типа 4.
Электрон типа 4 вынужден двигаться в поле Ех, мало отличающемся по абсолютной величине от статического электрического поля, но имеющем некоторый наклон (см. рис. 7.14). Этот наклон означает, что круг, определяющий циклоидальную траекторию, не должен более катиться параллельно плоскости катода, как рассматривалось в $ 7.2, б. Качение круга должно теперь происходить по линии, пер- Рис. 7.14.
Результирующее электрическое поле, действующее на элект. оны типов Д 2, 3 и 4(см. рис. 7.13). унктиром показано положение плоскости, по которой должен катиться круг, определяющий пиклоидальную траекторию электрона 279 пендикулярной к вектору Ех, т. е. наклоненной в сторону анода. На рис. 7.15, а показана соответствующая траектория электрона типа 4 в неподвижной системе координат.
Электрон, оставаясь в синхронизме с волной, постепенно двигается по направлению к аноду. Таким образом, электрон типа 4 длительное время находится в области максимального тормозящего тангенцнального поля. При каждом циклоидальном колебании электрон теряет часть потенциальной энергии и поднимается все ближе к аноду. Вращательная энергия электрона остается примерно постоянной. С физической точки зрения электрон типа 4 является наиболее благоприятным для поддержания автоколебаний в магнетроне.
Как было показано, электроны типов 1 и 3 постепенно «улучшают» свою фазу относичельно высокочастотного подясс«сеть сигуа ля и, попадая в тормозящее тангенци. уаянщсйся «яуг альное поле, также становятся благоприятными для генерапии. Иначе обстоит дело с электроном ти- стс па 2, который после выхода из катода уяссясс ь с»»ус подвергается действию ускоряющего тангенциального поля (см. рис. 7.13 и устясгсйся 'яруг 7.14).
Плоскость, по которой происходит качение круга, наклоняется в сторону катода. В конце первого циклоидаль. 6) ного колебания электрон, поглотив часть энергии от поля, ударяется о катод н РНС. 7 !б ТР»ЕН»ОРНН »ЛЕП«РО прекращает дальнейшее существование ноа типов 2 н 4 относительно неподвижной системы коордн в пространстве взаимодействия, как понат прн наличии сан»рона»на казано на рис.
7.15, б. Электрон типа 2 с бегун«ей волной является неблагоприятным для возбуж. деиия колебаний. Поскольку он быстро «отсортировываегся» на катод, в пространстве взаимодействия оста. ются в основном благоприятные электроны. Следовательно, действие высокочастотного электрического поля автоматически приводит к сортировке электронов, причем благоприятные (правильнофазные) электроны отдают высокочастотному полю больше энергии, чем поглощают неблагоприятные электроны.
В результате малые колебания, удовлетворяющие условию (7.36), должны нарастать, т. е. должно иметь место самовозбуждение магие трона. Одновременно объясняются такие экспериментально наблюдаемые факты, как протекание значительного конвекционного электронного тока на анод магнетрона в колебательном режиме при В ) В„р. В статическом режиме при В ) В„р этот ток, как указывалось, обычно весьма мал. Лалее, «неблагоприятные» для возбуждения колебаний электроны, бомбардирующие катод, вызывают его дополнительный разогрев и приво;ят к появлению значительной вторичной электрон.
ной эмиссии. Э»н обстоятельства играют важную роль при практиче. ской разработке и эксплуатации магнетронных генераторов. 6. Переменный пространственный наряд а на«петрове. Спины В результате сортировки в пространстве взаимодействия обра зуются сгустки относительно тех элекгронов, которые начали свое движение в максимуме тормозящего тангенциального поля. Модуляция электронного потока по плотности происходит, таким образом автоматически, без участия какого-либо специально созданного внешнего управляющего устройства. Основную роль в группировке (фазовой фокусировке) в магнетроне играет радиальная составляющая высокочастотного электрического поля. Роль тангенциальиой составляющей сводится в основном к отбору энергии от электронов. а) 8) Рнс 7.16 Двнженне типичных электронов а снсте. ме координат, двнгающейся в сннхроннэме с аамедленной волной, прн отсутствии (а) н прн наличии (б, а) высокочастотных колебаний Образование сгустков можно наглядно проследить в системе координат, двигающейся со скоростью замедленной волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
