Стр.202-301 (1152180), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Гьеее ° Ко второй группе относятся зависимости генерируемой мощности и частоты от полного сопротивления (полной проводимости) нагрузки. Вольтамперные характеристики магнетрона, снятые при условиях В = сопя(, Р„,„= сопз1, чееи = сопз1 или Ч„,„„= сопз1, носят название рабочтех характериспшк. Эти характеристики принято строить в прямоугольной системе координат, по вертикальной оси которой откладывается постоянное анодиое напряжение, а по горизонтальной оси — постоянный анодный ток магнетрона. Нагрузочные характеристики Р„,„= )(У„) и т„„= Г(Я„) при !, = сопз1, как и для других типов автогенераторов СВЧ, удобно строить на комплексной плоскости полного сопротивления нагрузки в полярной системе координат. Расчета нагрузочных и рабочих характеристик магнетронов обычно не производят.
Тем не менее, форма этих характеристик непосредственно обусловливается физическими процессами, происходящими в магнетроне, и может быть качественно получена нз простых соображений. а. Рабочие хараитериетиии иагиетроиа Рассмотрим идеализированные рабочие характеристики, которые можно предположить, если исходить из описанных свойств магнетронов типа бегущей волны. Семейство кривых постоянной генерируемой мощности Р„,„= = сопз1 можно получить из следующих соображений. Генерируемая мощность магнетрона, как и всякого электронного прибора, связана с постоянным анодным напряжением, постоянным анодным током и к.
и. д. соотношением Р„,„= Ч„„„(7,7,. Его можно переписать в виде (7 Рееи а Чиоии Те Отсюда следует, что если бы к. п. д. магнетроиа оставался неиз менным и не зависел от /„то при Р,„и = сопз1 вольтамперныехарактеристики (/, = 7(7,) имели бы вид равнобочных гипербол. Однако с ростом 7, электронный к. п. д. несколько уменьшается, так как при этом повышается амплитуда СВЧ колебаний и увеличивается доля мощности, рассеиваемой на аноде в конце последнего витка циклоидальной траектории. Поскольку к. п.
д. резонаторной системы, естественно, остается неизменным, то с увеличением тока 7, линии постоянной мощности отклоняются от гипербол и несколько подни- ул ио О Хи х) 1р Рнс 7 21. Идеализированные рабочие характеристи- ки магнетронного генератора маются, как показано качественно на рис. 7.21, а.
Чем больше генерируемая мощность, тем выше и правее должны располагаться кривые Рг„, =- сопз1. Для пояснения хода кривых постоянной магнитной индукции обратимся снова к диаграмме Хартри, изображенной на рис. 7.!7, б. Выберем неизменную величину магнитной индукции В = В, и будем повышать постоянное анодное напряжение (7а, начиная с нуля. При значениях (7, с' У„анодный ток должен быть очень мал, поскольку магнетрон работает в закритическом режиме и СВЧ колебания пока отсутствуют (о причинах конечной величины тока в этом режиме см. 2 7.2, б).
В точке А на рис. 7.17, б или вблизи нее анодное напряжение достигает пороговой величины, что приводит к самовозбуждению и резкому нарастанию постоянного анодного тока. После этого малое прирагцение аиодного напряжения У, ведет к тому, что величина 7а достигает максимальных значений, определяемых эмиссионной способностью катода.
Ана.логичное рассуждение можно провести при увеличении индукции до значения В = Бе (см. рис. 7.17, б). Начало протекания значительного анодного тока соответствует теперь точке Б, лежащей при более высоком анодном напряжении. Таким образом, вольтамперные характеристики магиетрона при В = сспз1 имеют вид семейства кривых с круто возрастающим начальным участком, показанным пунктиром на рис. 7.21, б. Далее следуют излом и почти горизонтальный участок, имеющий небольшой наклон к оси абсцисс и характеризующий работу магнетрона в генераторном режиме. Типичные рабочие характеристики импульсного магнетрона !О-ст диапазона приведены на рнс.
7.22. Кроме кривых Р„„н = сопит и В = сопит, на этом графике показаны семейства кривых постоянного к. п. д. и постоянной генерируемой частоты. Рабочая точка магнетрона лежит в верхнем правом углу рассматриваемого графика. Из рис. 7.22 видно, что опытные кривые хорошо согласуются с обсуждавшимися ранее идеализированными характеристиками. Такое совпадение может рассматриваться как подтверждение правильности сделанных основных качественных предположений о ме- Уа "О ханизме работы магнетрона.
ЗО б. Оагруэочные характеристика гн// l т О 2атл магнетроноа 25 I е тана . 2>тл ац ОД7тл отн 2О уа ОО ВО 7а По своему характеру нагрузочные характеристики магнетронов сходны с нагрузочнымн характеристиками других автогенераторов СВЧ с резонансной колебательной системой, например, отражательных клистронов. Такое сходство обусловлено тем, что IО затягивание частоты под действием внешней нагрузки обычно значительно меньше рис 7.22 Пример реальных рабочих харак. разделения видов. Нагрузоч теристик мощного импульсного магнетрона.
ным характеристикам магие- Цифры в мегагерцах ня линиях постоянной тронов свойственны все ос- частоты указывают смещение по отношению новные закономерности, рас- к «омннальной ч~стот~ равной 2800 Мгц смотренные в 5 3.3, г. В качестве фиксированных параметров при определении нагрузочных характеристик магнетрона выбираются номинальные значения магнитной индукции В и постоянного анодного тока (,. Иногда (при особенно высокой мощности) во избежание пробоев при больших значениях коэффициента стоячей волны снятие нагрузочных характеристик производится при пониженной мощности. В качестве начала отсчета фазы стоячей волны обычно выбирается выходной фланец магнетроиа. Типичная нагрузочная характеристика импульсного магнетрона 3-см диапазона приведена на рис.
7.23. Линии постоянной генерируемой мощности близки к окружностям постоянной активной проводимости нагрузки. Линии постоянной частоты имеют веерообразное расположение и близки к линиям постоянной реактивной проводимости на круговой диаграмме полных проводимостей в полярной системе координат. Важным параметром магнетронов является степень зптягииапия цасгпопты, определяемая при коэффициенте стоячей волны, равном 1,5 (см. рис. 7.23). Этот параметр, встречающийся прн рассмотрении любого автогенератора СВЧ, приобретает в случае магнетронов особую актуальность, так как магнетроны часто связываются с нагрузкой без развязывающих ослабителей.
Обычно степень затягивания )оа для магнетронов 1О-см диапазона составляет 10 — 15 Мгц; в 3-сл« дйапазоне степень затягивания может доходить до 15 — 20 Мгц. Допустимая степень затягивания находится в тесной связи с возможностями сх мы автоматической подстройки частоты, использующей электронную н а стройку гетеродина— отражательного клистрона. Основываясь на общих уравнениях затягивания частоты, рассмотренных в 3.3, г, можно найти соответствующие значения внешней добротности магнетрона на рабочем виде колебаний. Из уравнения (3.26) имеем: О им 7»е (7. 46) Через то здесь обозначена генерируемая частота при согласованной нагрузке, примерно равная резонансной частоте «холодного» блока на рабочем виде коРис.
7.23. Пример реальной натру»очной характеристики лебаний. Обычно учитывается также, импульсного магнетрона 3-см что линии Рсьа = сопв( и т „=- сопз1 диапазона при 8=9,33 л«л на рнс. 7.23 пересекаются под углом, 7а — — 1О а Линии иУлевой "'с' отличным от и/2, В этом случае в пратоты соответствует номинальная частота, равная 9373 34гч вой части уравнения (7.46) вводится дополнительный эмпирический множитель, р авный приблизительно 1,05.
Вычислим для примера требующуюся внешнюю добротность магнетрона, предназначенного для работы на волне 3,2 см. Задаваясь допустимой степенью затягивания, равной 20 Мгц, получаем по (7.46): «г,я ж 200. Именно такие и несколько более высокие значения 1г„„ (до 300 †5) типичны для современных магнетронов.
й 7.8. ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ МАГНЕТРОНОВ Основными конструктивными узлами современных магнетронов явл яются: 1) анодный блок (корпус) магнетрона, включающий резонаторную систему и устройства для разделения видов колебаний; 2) система перестройки частоты; 3) вывод энергии; 4) катод с соответствующими выводами; 5) вакуумная оболочка и система охлаждения; 6) магнитная цепь. В большинстве магиетронов вся резонаториая система, механизм перестройки и значительная часть вывода энергии находятся внутри вакуумной оболочки н являются неотъемлемыми частями магнетрона. Зго оказывает большое влияние на конструктивное оформление каждого из указанных узлов магнетрона. а. Акодкый блок, мехоиоам каегродки Большинство современных магнетронов, за исключением некоторых магнетронов миллиметрового диапазона, используют и-вид колебаний резонаторной системы.
Ранее было показано, что и-вид обладает рядом особенностей н преимуществ в сравнении с другими видами колебаний. К числу таких преимуществ относятся отсутствие вырождения, наименьшее анодное напряжение при одной и той же индукции магнитного поля (если от- влечься от возбуждения на про- бу странственных гармониках других ф' видов колебаний), а также наибольший к, п. д. при неизменной величине магнитной индукции. Доа) стоинством и вида является также б) б) конструктивная простота требую- рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
