Стр.202-301 (1152180), страница 20
Текст из файла (страница 20)
д. Особенно интересно, что никакого теоретического предела повышения величины Ч, для магнегрона по рассматриваемым уравнениям не существует. Зависимость электронного к. п. д. магнетрона от величины магнитного поля В можно сделать особенно наглядной, если учесть условие синхронизма при работе на любом фиксированном виде колебаний. Воспользуемся упрощенным условием самовозбуждения магнетрона (7.37): ражая индукцию магнитного поля в тесла и длину волны в сантиметрах, получаем: т[ал 1,07 !+о (7.42а) лл [ем[ В [тл[! — о а) 00 "0 Л Вм02тл см В 9 Рис. 7.00. Зависимость электрон ного к.
п. д магнетрона от ин дукнии магнитного поля при ь'а = сопз1 В Полученное уравнение соответствует случаю, когда к. п. д. отсчитывается при движении вдоль одной из прямых самовозбуждения на плоскости ([/„В) (см. рис. 7.17, а). Соответствующее графическое изображение зависимости т[а = /(В) для 8-резонаторного магнетрона показано на рис. 7.20, а. Крйвые электронного к. п. д. имеют вид отрезков гипербол. Чем ниже номер вида и, тем меньше электронный к. п. д. при одной и той же величине магнитной индукции В.
Говоря * Опыт показывает, что мощность дополнительного подкала катода составляет от 1,5 до 4ай выходной мощности магнетрона. 290 Для оценки получаемого к. п. д. рассмотрим в качестве примера 8-резонаторный магнетрон 10-см диапазона, работающий на и-виде колебаний при магнитной индукции 0,18 пгл (1800 гс). Величину в примем равной 1/3; такая или близкая к ней величина г„/г, типична 00 л=в для магнетронов при /1/ = 8. Вычисления по (7.42а) дают: т[,л ж (71-0ар) па2 — 70%.
п=/ Расчетные значения электрон- 0 ного к. п. д. по (7. 42) и (7. 42 а) обыч- В но несколько превышают получае- мую на практике величину т[ал. чза' ' Отчасти это и понятно, так как в /00 — — — — — — — — — — рассмотренном расчете не были учтены потери энергии за счет неблагоприятных электронов, бомбардирующих катод*, а также непроизводительные потери электронов на ! 1 боковые крышки магнетрона и некоторые другие факторы. Величина электронного к.
и. д. существующих магнетронов сантиметрового диапазона составляет 50 — 70%, а в некоторых случаях и более. Столь высокая эффективность магнетронов делает их ценнейшим мощным автогенератором диапазона СВЧ. Для данного магнетрона при неизменной длине волны уравнение (7.42) можно переписать в виде (7.42б) лВ иначе, для достижения одного и того же электронного к и. д, наименьшее магнитное поле требуется при и-виде колебаний.
Рост электронного к. п. д. магнетрона при увеличении магнитной индукции В и, напомним, при соответствующем повышении постоянного анодного напряжения У, легко понять с физической точки зрения, так как при этом происходит неограниченное уменьшение радиуса катящегося круга и уменьшение энергии, рассеиваемой электронами на аноде.
Такие же тенденции характерны для работы других приборов магнетронного типа (см. 2 7.10 и 7.11). В этом отношении проявляются очевидные отличия и преимущества приборов М-типа в сравнении с приборами О-типа. В приборах М-тнпа электроны отдают СВЧ полю не кинетическую, а потенциальную энергию, полученную от источника постоянного напряжения. Средняя скорость переносного движения электронов не изменяется, благодаря чему не нарушаются условия синхронизма с полем бегущей волны.
При больших значениях В продолжительность одного циклоидального ко. лебания электрона т, определяемая уравнением (7 20), может оказаться значительно меньше периода СВЧ колебаний Т. В этом случае за время движения электрона от катода к аноду СВЧ поле остается приблизительно постоянным. Таким образом, работу многорезонаторного магнетрона в области очень сильных магнитных полей можно приближенно рассматривать не с точки зрения бегущей волны, а в статическом приближении Анализ показывает, что при постоянных во времени напряжениях между анодными сегментами магнетрона существует отрицательное сопротивление, про.
являющееся в увеличении тока на сегмент, находящийся под более низким потенциалом Это привело в свое время к рассмотрению колебаний типа отриип. тельного сопротивления, упомянутых в $ 7.! Колебания типа отрицательного сопротивления являютсн предельным случаем колебаний типа бегУЩей волны пРи Т » т, т. е пРи ы СС ыц Из пРиве. денных выше соображений следует, что к. п. д. таких колебаний может быть очень большим Однако удовлетворить условию ыц » ы при реально осуществимых магнитных полях удается только в длинноволновой части СВЧ диапазона.
Большого практического значения колебания типа отрицательного сопротивления, по-видимому, не имеют Опыт в основном подтверждает ход зависимости т)„= 7(В) при и, — ' = сопя!, представленной на рис. 7.20, а. Однако в случае разно- В резонаторных магнетронов в некотором интервале значений магнитной индукции наблюдается «провал» электронного к. п. д., как показано качественно на рис. 7.20, б.
Исследования показали, что в центре «провала» произведение магнитной индукции, выраженной в тесла, на длину волны в сантиметрах имеет для всех магнетронов одинаковую величину, равную приблизительно 1, 2 тл.см. «Провал» электронного к. п. д. в разнорезонаторных магнетронах можно качественно объяснить с точки зрения циклотронного резонанса, возникающего при условии ю = ю„. Как указывалось в 5 7.3, д, в пространстве взаимодействия разнорезонаторного магнетрона, кроме поля п-вида, имеется составляющая поля и = О.
При приблизительном совпадении частоты генерируемых колебаний и циклотронной частоты характер движения электронов может измениться. Большую роль играет тот факт, что поле нулевой составляющей значительно медленнее убывает при удалении от анода, чем поле а-вида. )О' 29! Форма спиц и их взаимодействие с полем и вида ухудшаются. Некоторые дополнительные пояснения явлений при циклотронном резонансе приводятся в й 7.12. Обычно разнорезонаторные магнетроны эксплуатируются при более низком магнитном поле, чем поле, соответствующее центру «провала».
Перейти в область больших индукций за «провалом» практически не удается из-за трудностей получения очень сильных магнитных полей. Некоторое влияние на величину электронного к. п. д. магнетрона оказывает разделение видов колебаний. По-видимому, условия формирования спиц ухудшаются при наличии «загрязняющих» полей в пространстве взаимодействия. Электронный к. п. д.
магнетрона может снизиться также за счет влияния поля связок около концов анодного блока. Это поле, не имеющее азимутальных вариаций, оказывает примерно такое же воздействие на пространственный заряд в магнетроне, какое имеет поле нулевой составляющей в магнетронах разнорезонаторной конструкции. Для устранения подобных эффектов связки обычно экранируются путем расположения их в кольцевых канавках, выточенных на торцах анодного блока. Диаметр катода также влияет на величину электронного к. п.
д. Как видно из уравнения (7.!2), для повышения величины т),ч жела«« «и тельно уменьшать отношение о = -". Однако при малом -" не могут га «а полностью удовлетворяться условия синхронизма между электронами и полем, так как напряженность постоянного электрического поля имеет наибольшую величину у катода и уменьшается по направлению к аноду. Чтобы повысить электронный к. п. д.
магнетрона, обычно рекомендуется выбирать наименьшую возможную величину а, при которой получается достаточная устойчивость видов колебаний. Для оценки оптимального отношения о предложены различные эмпирические соотношения, например: в о=.; а =е (7. 43) У+4 где У вЂ” число резонаторов. Отметим, однако, что зависимость »),„= 7(о) не очень критична и допускает заметные отклонения от величины, рассчитанной по уравнениям (7.43). В заключение напомним, что полный к. п. д. магнетрона определяется с учетом к. п.
д. резонаторной системы: (7. 44) «)поли т)»ч Чае « Как известно из техники СВЧ П), величина «)р„, в общем случае связана с собственной, нагруженной и внешней добротностями колебательной системы соотношением (7.45) 90 а»+ а»н Величина внешней добротности выбирается с учетом допустимого затягивания частоты магнетрона (см. з 7.7«б) и обычно не бывает ни- же 100 — 200. Собственную добротность Я, желательно иметь как можно выше. Типичная величина Яе в сантиметровом диапазоне имеет порядок 1000. Таким образом, по (7.45) к. п. д, резоиаторной системы может составлять от 90 — 95% до 60 — 65% на наиболее коротких волнах.
Типичные значения полного к. п. д. магнетронов составляют от 60 — 70% на дециметровых волнах до 20 — 30% на волнах длиной порядка 1 см. й 7.Е РАБОЧИЕ И НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНЕТРОНОВ При рассмотрении эксплуатационных свойств магнетронов используют две группы характеристик. К первой относятся вольтамперные характеристики, снятые при неизменной нагрузке, соответствующей режиму согласования выходного устройства магнетрона. Параметрами при снятии характеристик (7, = 7(7„) являются магнитная индукция В, генерируемая мощность Р,„, частота генерируемых колебаний э„„и и полиыЙ к. и. д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
