Стр.202-301 (1152180), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Это обстоятельство, как и другие отмечаемые далее явления, указывает на сложность процессов, происходящих в магнетронах, и приближенный характер рассматриваемой теории. а. Некоторые соображения о характере злекгроииой проводимости а мвалетроипх. Электронное смещение чистоты Рис. 7.18, Образование спиц в плоском магиетроие относительно движущейся системы координат Рассмотрим качественно условия образованна спиц пространственного заряда в геиерирующем магиетроие типа бегущей волны в режиме больших амплитуд.
Ограничимся плоской системой магиетроиа Допустим, что амплитуда коле. Глад аа тра„гт баиий ие зависит от постоаи- Радчалзчое аласхаста аачнлеа заряда а ного аиодиого напряжения и " У гале ана3п статнчегхал ремнтв вводного тока Таким усло- виям соответствует, иапример, ач внешнее возбуждение колебаи. иий а магиетроие от посторои"а, него генератора, работающего иа частоте данного вида колеллпглпсть чалмаа баиий. а) Йа рис 7 18 показаиы а у Родчалччое лале глчгелаоалыме чала гРафики Радиальной составляющей основной гармоники поля, находящейся в прибли! зительиом сиихронизме с злек- тронами. Здесь же отмечены а пороговое аиодиое напряжение х, хгхз к' ип и постоянное вводное над) пряжеиие иа. Полное аиодиое напряжение в системе коордии у иат, двигающейся вместе сволиой, равно сумме постоянного напряжения 1/а и радиального '/ч !'и Глаца переменного иапряжеиия, име- , ттлт р,р//х,т, ющего конечную амплитуп х дуи. б) При постепеииом увеличеиии напряжения 1/а вся кривая суммарного напряжения перемещается иа графике вверх Генерация и начало прохождения вводного тока определяются касанием кривой суммарного аиодиого напряжения и линии порогового напряжения и Конечный вводный ток начинает проходить при у и,+и„> ип В случае, изображенном иа рис.
7.!8, а, амплитуда СВЧ колебаний и по. стояииое аиодиое напряжение недостаточны для образоваиия спиц На рис. 7.18, б в результате увеличения напряжения ()з суммарное вводное напряжение превышает пороговое напряжение на протяжении отрезках»х, Следует иметь в виду, однако, что кроме радиальной составляющей в пространстве взаимодействия имеется тангенциальная составляющая высокочастогного поля (см. пунктирную кривую на рис. 7 )8, б).
Направление гангенциального поля таково, что электроны, находящиеся в пределах отрезка х,х,, должны двигаться по напрарлению к катоду, а не на анод, как показано на рис. 7 )5, б Поэтому фактически контуры сгустка электронов, постепенно поднимающихся к аноду, ограничиваются отрезком х»х, Такие сгустки н представляю«собой спицы пространственного заряда, рассматривавшиеся в й 7.4, б. Чем выше постоянное анодное напряжение (гз, тем больше отрезок к»х, на рис. 7.
(8, в и тем шире спица пространственного заряда Можно считать, что ширина спицы примерно пропорциональна среднему вводному току мзгнетрона. бал Одновременно можно сделать важный вывод о положении спицы по отношению к полю бегущей волны. Как видно нз рис. 7,)8, центр спицы отстает от максимума тормозящего тангенциального поля, Угол сдви- . »« 1 га равен — при бесконечно малом анодном гоке и 2 ! уменьшается с увеличением постоянного аиодного напряжения. Наконец, проведенные рассуждения показывают, что прохождение анодного тока и поддержание 1 высокочастотных колебаний возможны в режиме боль. б ших амплитуд даже при («з < (гн. Последнее частич- и ио объясняет смещение нижней границы зоны генерации относительно линии Хартри, отмечавшееся в $7.5, б.
Ток, наведенный на сегментах электронами, которые двигаются в пределах каждой спицы, отстает от и тормозящего тангенциального поли на угол — »~у ~0 2 Поскольку отбор энергии осуществляется именно тан. генциальным полем, можно сделать вывод, что полная электронная проводимость магнетрона, наряду с отрицательной активной со. ставляющей, в общем случае имеет емкостную реактивную составляющую Отсюда следует, что частота генерируемых колебаний должна быть несколько меньше резонансной частоты анодного блока на рассматриваемом виде колебаний. С увеличением анодного напряжения и тока емкостная составляющая электронной проводимости уменьшается, в результате чего происходит увеличение генерируемой частоты Таким образом, можно утверждать, что магнетронам, как и другим авто.
генераторам СВЧ, присущи явления электронной настройки и электронного смещения частоты (см. 4 3.2, г) Поскольку обычно вводный ток магнетрона не может изменяться независимо от вводного напряжения, оба изменения частоты проявляются одновременно. Однако при температурно. ограниченной эмиссии с катода или при «встреле» элеитронного потока со стороны торца магнетрона таким образом, что анодное напряжение не влияет на величину анодного тока, явление электронной настройки может быть получено в «чистом» виде без наложения эффекта смещения частоты Это используется в магнетронах, настраиваемых анодным напряжением, — митроиах, рассматриваемых в 4 7.8, в. Опыт в основном подтверждает указанные качественные выводы.
Частота генерируемых колебаний магнетрона обычно немного (на доли процента) ниже резонансной частоты «холодного» блока Это изменение частоты отчасти обусловлено нагреванием анодного блока при работе магнетрона, но частично связано и с емкостиым действием вращающегося пространственного заряда. При разработке магнетронов, однако можно в первом приближении исходить из равенства генерируемой частоты н резонансной частоты холодного блока на и-виде с тем, чтобы произвести окончательную корректировку на основании «горичих» измерений Зависимость частоты генерируемых колебаний от анодного тока (электрон. ное смещение частоты) на практике характеризуют изменением частоты прн нзмененнн анодного тока на ( а Тнпнчная величава электронного смещення длэ современных магнетронов лежит в пределах от сотен кнлогерц до единиц мега герц нв однн ампер Отметим, что прв малых ~онах (вблнзв порогового режнма] элентронное смещение бывает более значительным, чем в рабочем режиме На рнс 7 19 приведен внд экспериментально полученной завнснмоств акгнвной элекгронной проводнмостн магнетрона от высокочастотного напряження на сегменгах Как н следовало ожидать, эавнснмость — Оеэ — — / ((У,„) имеет в основном падающий характер Прн малых амплитудах, по-внднмому, вмеегся мак нмум велнчнны ) О л (; режим колебаний в магнетроне в .той областн оказывается неустойчивым (см й32, а) Однако на основном падающем Участке хаРактеРистики — бел Г ((г,„) Работа магнетРона сходна с аРУгнмн СВЧ генераторамв имеющими резонансную колебагельную систему 5 7.6.
К. П.Л. МАГНЕТРОНА Трудности, связанные с прямым вычислением отдаваемой элект. ронамн мощности, настолько велики, что в настоящее время не су. ществует строгого расчета электронною к. п. д. магнетрона типа бегущей волны. В подобных случаях можно вычислить мощность, рассеиваемую электронами после взаимодействия с полем, и затем использовать закон сохранения энергии Рассмотрим кинетическую энергию, которую имеет электрон в момент удара об анод после того, как значительная часть потенциальной энергии электрона отдана высокочастотному полю в пространстве взаимодействия. Прн обсуждении процессов сортировки электронов в 5 7А было качественно показано, что циклоидальная траектория благоприят.
ного электрона при малой амплитуде высокочастотных колебаний наклоняется в сторону анода, но остается в основном такой же, как в статическом режиме. Радиус катящегося круга в плоском магнетроне по уравнению (7.18) равен тЕ л (гв )7= — = —— где гп' где гу — расстояние между катодом н анодом. Скорость, которую имеет электрон при ударе об анод, зависит от момента удара. Будем исходить из наихудшего с точки зрения величины к п д случая, когда удар происходит в верхней точке циклоидальной траектории. Полюсом вращения является точка касания круга к плоскости, по которой происходит качение этого круга. Радиус вращения электрона равен здесь 2)х'.
Зная угловую скорость вращения коу~а ю„. нетрудно получить максимальную скорость элек. трона: о =ю 20=2 — = — Е Е 2(l К такому же результату можно придти, исходя нз известной ско. Е рости центра круга, равной о. Максимальная кинетическая энергия, рассеиваемая электроном на аноде, равна "'"макс 21л~/~а й' расс. макс 2 Вака Тот же электрон, находясь на катоде до начала движения в пространстве взаимодействия, обладал по отношению к аноду потенциальной энергией, равной (р'„= е(/а, прн нулевой кинетической энергии.
Следовательно, энергия, отданная высокочастотному полю, по закону сохранения энергии равна (ка — Красс, макс. К. п. д. рассматриваемого одиночного электрона, таким образом, имеет величину (Гк — (Г'расс апас ! (/а 2пс 7.40 Чал (р Ва ела ( ) Полученное уравнение можно преобразовать, выразив величину Ьи — через критические параметры (/акр и Вкр. Используя (7.23), имеем: (7.4!) (~а сел (гаа гка) В 2 (и+ рй1) Вводя это соотношение в (7.40) н полагая для цилиндрической системы Н ж г, — г„, имеем при р = 0: ! гпм„!+о и мал пв е ! — а (7.42) где о — отношение радиуса катода к радиусу анода, равное гк/га.
Подставим в (7.42) величины е и т, определяемые (2.11), а также 2лс введем резонансную длину волны л-го вида колебаний Х„= —. Выса п 10 зак ооо Уравнение (7.41) показывает связь электронного к. п. д. магнетрона с постоянным анодным напряжением и нндукцией магнитного поля. Прн (/, = (/,кр, В= Вкр электронный к. п. д. равен нулю, что вполне согласуется с делавшимися предположениями. Чем больше режим магнетрона отличается от критического, тем выше должен быть электронный к. п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
