Применение магнетронных генераторов большей мощности в радиолокационных системах
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? через один, как показано на рис. 1.10. Коаксиальный резонатор возбуждается на виде колебаний Н011, отличающемся тем, что электрическое поле и токи в стенках имеют вид замкнутых окружностей. Подобной структуре поля и токов отвечает возбуждение анодного блока магнетрона на -виде, так как в резонаторах, расположенных через один и имеющих щелевую связь, колебания оказываются синфазными (сдвинутыми между собой по фазе на 2). Видам колебаний анодной системы, отличным от -вида, соответствуют виды колебаний в коаксиальном резонаторе, отличные от Н011. Эти колебания могут быть в свою очередь сильно подавлены, например с помощью поглощающих вставок и кольцевых щелей, нарушающих высокочастотные токи всех видов колебаний, кроме вида Н011.
Благодаря этому диаметр анода и число резонаторов в магнетроне с описанным коаксиальным резонатором ("коаксиальном магнетроне") могут быть значительно увеличены в сравнении с обычными магнетронами без ухудшения разделения основных видов колебаний. Увеличение диаметра анода позволяет значительно повысить генерируемую мощность магнетрона.
Коаксиальные магнетроны имеют и другие существенные преимущества. Накопление значительной энергии в коаксиальном высокодобротном резонаторе повышает собственную добротность Qo всей системы и стабильность частоты генерируемых колебаний. Степень затягивания частоты F3 может быть при этом значительно снижена за iет уменьшения связи с нагрузкой и повышения внешней добротности Q0 при одновременном улучшении к. п. д. резонаторной системы.
Рисунок 1.10 - Схема устройства коаксиального магнетрона: 1 -магнетронные резонаторы, 2щели связи, 3наружная стенка коаксиального резонатора; 4 поршень механической настройки; 5вывод энергии (прямоугольный волновод)
Далее, благодаря улучшению разделения видов колебаний возможна работа при меньшей амплитуде высокочастотного напряжения в пространстве взаимодействия, что приводит к повышению электронного к. п. д. Существуют и другие достоинства магнетронов коаксиального типа, что позволяет отнести их к числу перспективных направлений развития магнетронных генераторов.
Устройство типичных коаксиальных и волноводных выводов энергии показано на рис. 1.11 и 1.12. Петля вводится обычно в один из резонаторов в области максимума СВЧ магнитного поля. Основная трансформация сопротивления, определяющая величину QBH, осуществляется в зависимости от размеров петли.
Рисунок 1.11 - Коаксиальные выводы энергии магнетронов малой и средней мощности 10-см диапазона: 1петля, 2, 3 наружный и внутренний проводники коаксиальной линии; 4 стекло; 5медь; 6 ковар
Коаксиально-волноводные выводы энергии, жестко скрепляемые с магнетронами, применяются при умеренной мощности в коротковолновой части сантиметрового диапазона. При более высоких мощностях, а также при более коротких волнах используют в основном волноводные выводы. Между стандартным прямоугольным волноводом и анодным блоком обычно включается четвертьволновый волноводный трансформатор (рис. 1.12), понижающий сопротивление нагрузки в 100200 раз. В качестве трансформаторов используются также многоступенчатые четвертьволновые и экспоненциальные переходы.
Рисунок 1.12 - Волноводный вывод энергии магнетрона 3-см диапазона с одноступенчатым четвертьволновым трансформатором: 1анодный блок, 2 трансформатор, 3круглое стеклянное или керамическое окно; 4 дроссель; 5выходной фланец
Катод играет значительно большую роль в работе магнетронов, чем в работе большинства других электронных приборов СВЧ. Длина и диаметр катода необращенного магнетрона имеют пределы ввиду ограничений, накладываемых на высоту анодного блока lа, диаметр анода dэ и отношение . Требования к удельной эмиссии становятся особенно высокими. Если в 10-см диапазоне типичная величина эмиссии с катода магнетрона в импульсе составляет 10 a/см2, то в 3-см диапазоне требуемая плотность тока доходит примерно до 30 а/см2. С дальнейшим укорочением волны происходит соответствующий рост требуемой эмиссии. К катоду магнетрона предъявляется дополнительное требование способность работать с достаточным сроком службы в условиях значительной обратной бомбардировки. Значительную роль в работе магнетрона играет вторичная электронная эмиссия с катода. В связи с этим к материалу катода предъявляется также требование высокой вторичной эмиссии.
Основное назначение современных импульсных магнетронных генераторов передатчики радиолокационных станций и других радиотехнических устройств, в том числе линий импульсной связи, радиоотелеметрических систем, маяков и т. п.
Устройство двух типичных импульсных магнетронов приведено на рис. 1.13 и 1.14.
Рисунок 1.13 - Устройство типичного импульсного ненастраиваемого магнетрона 10-см диапазона: 1 анодный блок, 2 катод, 3 петля вывода энергии, 4 двойные кольцевые связки, 5коаксиальный вывод энергии, 6боковые крышки; 7вывод катода и накала 8-вывод накала 9трубка для откачки; 10 ковар; 11стекло
Магнетроны находят также применение в качестве мощных генераторов, питающих линейные электронные ускорители. Магнетроны непрерывного режима все более широко применяются в установках промышленного и бытового СВЧ нагрева.
Диапазон мощностей импульсных магнетронов составляет от десятков ватт до 10 Мвт. Магнетроны непрерывного режима выпускаются на мощности от долей ватта до нескольких дес