1.5 magnetronların yapısı

Modern magnetronların ana yapısal birimleri şunlardır:

1) rezonatör sistemi ve titreşim modlarını ayırmak için cihazlar dahil olmak üzere magnetronun anot bloğu (muhafazası);

2) frekans ayarlama sistemi;

3) enerji çıkışı;

4) ilgili uçlara sahip katot;

5) vakum kabuğu ve soğutma sistemi;

6) manyetik devre.

Çoğu magnetronda, tüm rezonatör sistemi, ayar mekanizması ve enerji çıkışının önemli bir kısmı vakum kabuğunun içinde bulunur ve magnetronun ayrılmaz parçalarıdır. Bunun, bu magnetron düğümlerinin her birinin tasarımı üzerinde büyük bir etkisi vardır.

Bazı milimetre dalga magnetronları dışında çoğu modern magnetron, rezonatör sisteminin p-modu salınımını kullanır. Bu tür salınım, diğer salınım türlerine kıyasla bir takım özelliklere ve avantajlara sahiptir. Bu avantajlar, aynı indüksiyonda en düşük anot voltajı olan dejenerasyonun olmamasını içerir. manyetik alan(diğer salınım türlerinin uzamsal harmoniklerindeki uyarımı göz ardı edersek) ve sabit bir manyetik indüksiyon değerinde en yüksek verim. p-tipinin avantajı, bunun için gerekli olan rezonans sistemlerinin yapıcı basitliğidir.

N rezonatör sayısını seçerken, aşağıdakiler dikkate alınmalıdır. Her şeyden önce, bir p-salınım modunun varlığını sağlamak için N sayısı çift olmalıdır. Rezonatör sayısındaki bir artış, titreşim modlarının ayrılmasında bir bozulmaya yol açar, ancak aynı zamanda belirli bir endüksiyon B'de ve sabit bir anot çapında anot voltajında ​​bir azalmaya katkıda bulunur. Geleneksel 10 cm magnetronlarda 8-12 rezonatör bulunur; 3 cm aralığında 12 ila 18 rezonatör kullanılmaktadır. Milimetre aralığına geçerken, N sayısı 24-38 veya daha fazlasına ulaşır. Koaksiyel magnetronlar, çok daha fazla sayıda rezonatörün kullanılmasına izin vererek, biraz ayrıdır (aşağıya bakınız).

3 cm'den uzun dalga boylarında, çoğunlukla Şekil 1.8'de gösterilen yarık delikli rezonatörler ve kanatlı (sektör) rezonatörler kullanılır. Milimetre dalga aralığında, oluklu rezonatörler sıklıkla kullanılır (Şekil 1.8, c).

Şekil 1.8 - En yaygın magnetron rezonatör tipleri

Deneyimler, demetleri kullanırken, anot deliğinin çapının maksimum değerlerinin d a ve anotun çalışma uzunluğunun . yaklaşık ilişkilerle dalga boyu ile ilgilidir

Çok boşluklu bir sistem durumunda, maksimum değerler ve belirgin şekilde artırılabilir:

Milimetre dalga aralığında ve 1.5'e kadar ve hatta 2.0'a kadar bir artışa gelin. Rezonatör sayısında keskin bir artıştan veya anot voltajında ​​ve manyetik indüksiyonda bir artıştan kaçınmak için, magnetronun çalışmasının uzamsal harmonik p = + ile senkronizasyon ile p dışında bir salınım modunda kullanılması tavsiye edilir. 1 veya p = -1.

Anot uzunluğu boyunca düzenli aralıklarla yerleştirilmiş "çok katlı" demetlere sahip eşit rezonatör blokları çok uzun olabilir ( 'ye kadar), bu da katodun uzunluğunu önemli ölçüde artırmayı ve üretilen gücü keskin bir şekilde artırmayı mümkün kılar.

Simetrik mekanik yeniden yapılandırmanın en yaygın çeşidi. Rezonatörler üzerinde eşzamanlı hareket, rezonatörlerin içinde veya magnetronun uç boşluklarında hareket eden metal halkalar, çubuklar ve kronlar kullanılarak endüktif veya kapasitif olarak gerçekleştirilir. Ortalama frekansın ± (3¸6)%'sine kadar bir ayar aralığı sağlayan birkaç sistem, Şek. 1.9. Endüktif bir halka ile ayarlama yaparken (Şekil 1.9, a), ana etki, uç boşluktan geçen yüksek frekanslı bir manyetik alan üzerindedir. Metal halka anot bloğunun sonuna yaklaştıkça, tüm rezonatörlerin eşdeğer endüktansı azalır ve sonuç olarak, her rezonatörün ve bir bütün olarak tüm anot bloğunun rezonans frekansı artar. Rezonatörlerin kendilerindeki yüksek frekanslı manyetik alan üzerindeki etki, Şekil 2'de gösterildiği gibi metal çubuklara sahip endüktif bir taç kullanılarak gerçekleştirilir. 1.9, b. Benzer şekilde, metal halkanın veya tacın (bkz. Şekil 1.9, c, d) uç boşlukta, en güçlü elektrik alanının olduğu bölümlerin o kısmının yakınında veya yakınında hareket ettiği magnetronun kapasitif ayarı gerçekleştirilir. bağlar. Aralığı genişletmek için bazen kapasitif ve endüktif ayar kombinasyonu kullanılır.

Resim çizme. 1.9 - Magnetronun endüktif bir halka ve endüktif bir taç (a, b) ve bir kapasitif halka ve bir taç (c, d) ile simetrik mekanik ayarı: 1 - anot bloğu; 2- metal halka; 3- metal çubuk; 4 - rezonatör deliği; 5 - rezonatör yuvası; 6 - bağlar.

İlginç bir çeşit magnetron sistemi, çok boşluklu bir anot bloğunu çevreleyen bir koaksiyel rezonatör kullanır. Bu rezonatörün iç iletkeni, anot bloğunun kendisinin silindirik yüzeyidir. Bu yüzeyde uzunlamasına yarıklar kesilir ve koaksiyel rezonatörü magnetron rezonatörleri ile Şekil 1'de gösterildiği gibi birleştirir. 1.10. Koaksiyel rezonatör, duvarlardaki elektrik alanı ve akımların kapalı daireler şeklinde olması bakımından farklılık gösteren H 011 salınım modunda uyarılır. P tipindeki magnetronun anot bloğunun uyarılması, alanın ve akımların benzer bir yapısına karşılık gelir, çünkü birinden geçen ve bir boşluk bağlantısına sahip rezonatörlerde salınımlar aynı fazda olur (kaydırılır). 2p birbirleriyle fazda). Anot sisteminin p-tipinden farklı salınım türleri, H 011 dışındaki koaksiyel rezonatördeki salınım türlerine karşılık gelir. Bu salınımlar, örneğin, H 011 tipi hariç tüm salınım türlerinin yüksek frekanslı akımlarını bozan emici ekler ve halka şeklindeki yarıklar aracılığıyla güçlü bir şekilde bastırılabilir.

Bu nedenle, açıklanan koaksiyel rezonatöre ("koaksiyel magnetron") sahip bir magnetrondaki anot çapı ve rezonatörlerin sayısı, temel mod ayrımını bozmadan geleneksel magnetronlara kıyasla önemli ölçüde arttırılabilir. Anot çapının arttırılması, magnetronun üretilen gücünü önemli ölçüde artırmayı mümkün kılar.

Koaksiyel magnetronların başka önemli avantajları vardır. Bir koaksiyel yüksek kaliteli rezonatörde önemli enerji birikimi, tüm sistemin içsel kalite faktörünü Qo ve üretilen salınımların frekans kararlılığını arttırır. Bu durumda, yük ile bağlantıyı azaltarak ve rezonatör sisteminin verimliliğini artırırken dış kalite faktörünü Q 0 artırarak F3 frekans çekme derecesi önemli ölçüde azaltılabilir.

Şekil 1.10 - Bir koaksiyel magnetron cihazının şeması: 1 - magnetron rezonatörleri, 2 - iletişim yuvaları, 3 - koaksiyel rezonatörün dış duvarı; 4 - mekanik ayar pistonu; 5-enerji çıkışı (dikdörtgen dalga kılavuzu)

Ayrıca, titreşim modlarının ayrılmasındaki iyileştirme nedeniyle, etkileşim alanında daha düşük bir genlikte yüksek frekanslı voltajda çalışmak mümkündür, bu da elektronik verimde bir artışa yol açar.Koaksiyel tipin başka avantajları da vardır. onları magnetron jeneratörlerinin geliştirilmesi için umut verici alanlar arasında sınıflandırmayı mümkün kılan magnetronlar.

Tipik koaksiyel ve dalga kılavuzu enerji çıkışlarının cihazı, Şek. 1.11 ve 1.12. Döngü genellikle maksimum mikrodalga manyetik alan bölgesindeki rezonatörlerden birine verilir. Q BH değerini belirleyen direncin ana dönüşümü, döngünün boyutuna bağlı olarak gerçekleştirilir.

Şekil 1.11 - 10 cm aralığında düşük ve orta güçlü magnetronların enerjisinin koaksiyel çıktıları: 1 döngü, 2, 3 - koaksiyel hattın dış ve iç iletkenleri; 4 - cam; 5-bakır; 6- kovar

Magnetronlara sıkı bir şekilde bağlanan koaksiyel dalga kılavuzu güç çıkışları, santimetre aralığının kısa dalga kısmında orta güçte kullanılır. Daha yüksek güçlerde ve daha kısa dalga boylarında, esas olarak dalga kılavuzu uçları kullanılır. Standart dikdörtgen dalga kılavuzu ve anot bloğu arasında, genellikle yük direncini 100-200 kat azaltan bir çeyrek dalga dalga kılavuzu transformatörü açılır (Şekil 1.12). Transformatör olarak çok kademeli çeyrek dalga ve üstel geçişler de kullanılır.

Şekil 1.12 - Tek kademeli çeyrek dalga transformatörlü 3 cm menzilli magnetronun dalga kılavuzu enerji çıkışı: 1-anot bloğu, 2- transformatör, 3-yuvarlak cam veya seramik pencere; 4 - gaz kelebeği; 5 yollu flanş

Katot, magnetronların çalışmasında diğer mikrodalga elektronik cihazlarının çoğundan çok daha büyük bir rol oynar. Tersine çevrilmemiş magnetronun katodunun uzunluğu ve çapı, anot bloğunun la yüksekliğine, anot çapı d e ve orana uygulanan kısıtlamalar nedeniyle sınırlara sahiptir. Spesifik emisyon gereksinimleri özellikle yüksek hale gelmektedir. 10 cm aralığında bir darbedeki magnetron katottan tipik emisyon değeri 10 a/cm2 ise, o zaman 3 cm aralığında gerekli akım yoğunluğu yaklaşık 30 a/cm2'ye ulaşır. Dalganın daha da kısalmasıyla, gerekli emisyonda karşılık gelen bir artış meydana gelir. Magnetron katodu için ek bir gereklilik uygulanır - önemli geri bombardıman koşulları altında yeterli bir hizmet ömrü ile çalışma yeteneği. Magnetronun çalışmasında önemli bir rol, katottan ikincil elektron emisyonu ile oynanır. Bu bağlamda, katot malzemesine de yüksek ikincil emisyon gerekliliği getirilmektedir.

Modern darbe magnetron jeneratörlerinin temel amacı, darbe iletişim hatları, radyo telemetri sistemleri, işaretçiler vb. dahil olmak üzere radar istasyonlarının ve diğer radyo mühendisliği cihazlarının vericileridir.

İki tipik darbeli magnetron düzeni, Şek. 1.13 ve 1.14.

Şekil 1.13 - Tipik bir darbeli ayarsız magnetron 10 cm aralığının yapısı: 1 - anot bloğu, 2 - katot, 3 - güç çıkış döngüsü, 4 - çift halka demetleri, 5 koaksiyel güç çıkışı, 6 yan kapak; 7-katot çıkışı ve dışarı pompalamak için kızdırma 9-tüpün 8-çıkışı; 10 - kovar; 11-cam

Magnetronlar ayrıca lineer elektron hızlandırıcıları besleyen güçlü jeneratörler olarak kullanılır. Sürekli mod magnetronlar, endüstriyel ve evsel mikrodalga ısıtma tesislerinde giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Darbeli magnetronların güç aralığı onlarca watt'tan 10 MW'a kadardır. Sürekli mod magnetronlar, bir watt'ın kesirlerinden birkaç on kilowatt'a kadar değişen güçlerde üretilir.

Mitronun cihazı ve dahil edilme şeması, Şek. 1.15. Bu cihazda, katot etkileşim alanından çıkarılır ve uçlardan birinde eksen boyunca yer alır.

Şekil 1.14 - Tipik bir 3 cm darbeli magnetronun tasarımı (kalıcı mıknatıslar olmadan). Daha büyük bir ölçekte, katodun, demetlerin ve anot bloğunun yapısı gösterilir: 1 - radyatörlü anot bloğu, 2 kutuplu uç; 5 - katot ayağı, 4 - katot; 5- enerji çıkış penceresi; 6-paket; 7-H-şekilli çeyrek dalga transformatörü; 8 permendhorn ipuçları

Katot, ek bir konik anotla çevrilidir - katotla birlikte bir Caino-Taylor tipi magnetron tabancası oluşturan bir kontrol elektrotu. Bir katot yerine, geleneksel bir magnetronda olduğu gibi etkileşim alanında sabit bir radyal elektrik alanı oluşturan rezonatör sisteminin içine silindirik bir yaymayan negatif elektrot ("soğuk katot") yerleştirilmiştir.

İçi boş tüp şeklindeki elektron akışı, mitronun etkileşim boşluğuna enjekte edilir ve p-modu salınımları alanı ile etkileşime girer. U a1 = const'ta (bkz. Şekil 1.15), sabit anot voltajı U a pratik olarak anot akımının büyüklüğünü etkilemez, bu da magnetronların elektronik olarak ayarlanması fenomenini "saf biçimde" kullanmayı mümkün kılar. Geniş bir elektronik ayar aralığı uygulamak için, rezonatör sisteminin yüklü kalite faktörü 2-10'a düşürülür. Şekilde gösterilen mitronda. 1.15'te, iki metal halka ile harici bir düşük kaliteli rezonatöre bağlanan bir interdigital sistem kullanıldı. Mitronların yardımıyla, düşük üretilen bir güçte bir oktav'a ulaşan bir elektronik ayar aralığı elde edilir.

Ekipmanın güvenilirliğini ve kalite göstergelerini artıran fonksiyonel düğüm tasarımı yöntemi; geniş uygulama dijital cihazlar. Bunda dönem ödevi yer tabanlı bir radar istasyonu için bir darbe vericisinin tasarlanması önerilmiştir. Radar, yansıma veya ...

Karakteristik yer radarı işaret noktaları boyunca otonom navigasyon imkanı sağlamak için yeryüzünün araştırılması. 3. Radar istasyonunun performans özelliklerinin gerekçesi, seçimi ve hesaplanması 3.1. Radarın taktik özelliklerinin gerekçesi, seçimi ve hesaplanması 3.1.1. Maksimum menzil RmaxMaksimum menzil, taktik gereksinimlere göre verilir ve...

Teknik mükemmellik, savaş ve operasyonel nitelikler, en iyi yabancı modellerden daha düşük değildi ve çoğu zaman onları aştı. Bu yıllarda oluşturulan örneklerin çoğu, az ya da çok, hassas güdümlü silahlardı. Yörünge üzerinde hareket için yüksek hassasiyetli atalet sistemleri, düzeltme ve telekontrol sistemleri ve son yörüngede hedef arama sistemleri kullandılar ...

RLGS'de dört sistem vardır: 3.2.1 RLGS'nin radar kısmı RLGS'nin radar kısmı şunlardan oluşur: • bir verici. alıcı. yüksek voltaj doğrultucu antenin yüksek frekans kısmı. RLGS'nin radar kısmı aşağıdakiler için tasarlanmıştır: belirli bir frekansta (f ± 2.5%) yüksek frekanslı elektromanyetik enerji ve kısa şeklinde olan 60 W gücünde ...

çok kesitli magnetron yüksek güçlü mikrodalga salınımları üretmek için önerildi ve esas olarak algılama ve rehberlik radar istasyonlarının vericilerinde, navigasyon radarlarında ve ayrıca iletişim sistemlerinde, mikrodalga endüstriyel ısıtma tesislerinde kullanılabilir. Çok kesitli magnetron bir manyetik sistem, bir harici boşluklu rezonatör-güç toplayıcı içerir ve bölümü bir anot, optimal yarıçap boyutuna sahip bir katot, bir etkileşim alanı, bir rezonatör sistemi, uç boşluklar, uç boşluk kapakları ve bir enerji çıkışı içerir. cihaz. Prototipten temel fark, çok bölümlü magnetronun aynı merkezi boyuna eksende bulunan ve seri bir elektrik bağlantısıyla birbirine bağlanan k2 özdeş bölümleri içermesi ve dış boşluk rezonatör-güç toplayıcısının belirli bir şekilde yapılmasıdır, ayrıca, manyetik sistem, tüm bölümler için eşit alan manyetik indüksiyon sağlama olasılığı ile ortak yapılır. Teknik sonuç, "Çok bölümlü magnetron" faydalı modelinin, yüksek katsayılı yüksek güçlü mikrodalga salınımları üretmek için tamamen yeni bir cihaz olduğu gerçeğinde yatmaktadır. faydalı eylem geniş bir dalga boyu aralığında. 1 n.p. ve 6 z.p. f-ly, 4 hasta.

Faydalı model elektronik mühendisliği, yani mikrodalga vakum cihazları, özellikle güçlü çok boşluklu magnetronlar ile ilgilidir ve esas olarak algılama ve yönlendirme radar istasyonlarının vericilerinde, navigasyon radarlarında ve ayrıca iletişim sistemlerinde, ısıtma için mikrodalga endüstriyel tesislerde kullanılabilir.

Bilim ve teknolojide, çıkış darbe gücüne P bağlı olarak geleneksel tasarımın darbeli çok boşluklu magnetronları yüksek güçlü P ve >10 kW ve düşük güçlü P olarak sınıflandırılır ve<10 кВт. Наибольшая мощность и коэффициент полезного действия (КПД) магнетронов могут достигать в дециметровом диапазоне P и =(2,55) МВт, КПД (8085) %; в сантиметровом диапазоне на частоте f=10 ГГц мощность P и =1 МВт при КПД около 55%; в миллиметровом диапазоне на частоте f=35 ГТц мощность P и =100 кВт при КПД около 30% [Кукарин С.В. Электронные СВЧ приборы. - М.: Радио и связь. 1981. 271 с. С.31].

Bu magnetronların ortak bir dezavantajı, artan çalışma frekansı ile çıkış gücünde önemli bir azalmadır; bu, anot bloğunun rezonatörler ve katot ile tasarım boyutlarında ve ayrıca elektronların etkileşimi için boşlukta karşılık gelen bir azalma ile açıklanır. mikrodalga alanı ile. Bu durumda, anotun (anot deliği) ve magnetronun katodunun enine boyutları, karşılık gelen yarıçaplar r A , r C (çaplar d A , d C) ile karakterize edilir.

Ek olarak, çıkış gücünde bir azalmaya katkıda bulunan bir dezavantaj, elektronikte keskin bir düşüş ve genel olarak, artan çalışma frekansı ile toplam verimlilik, ne magnetronların yapısal boyutlarındaki bir azalma ile ne de mevcut klasik magnetron teorisi ve sayısız analitik model.

Bu teknik problem, neredeyse tüm özel elektrovakum ve katı hal mikrodalga cihazları için tipiktir.

Bir manyetik sistem, bir anot, bir katot, bir etkileşim alanı, bir rezonatör sistemi, uç boşluklar, uç boşlukların kapakları, bir enerji çıkış cihazı içeren analog çok boşluklu magnetron olarak bilinen seçilmiştir. Bu analog özellikler, iddia edilen faydalı model ile ortaktır ve önerilen faydalı model "Çok kesitli magnetron"un her bir bölümünün temel özellikleri ile örtüşmektedir. Yapıcı açıdan iyi bilinen bir analog, katod ve anotun 5 yarıçapının oranını bulmak için ampirik formül dikkate alınarak yapılır.

burada N, rezonatörlerin sayısıdır.

Rezonatör sayısı N, çalışma dalga boyu aralığına bağlı olarak yaklaşık deneysel veriler temelinde seçilir (Tablo 1).

Tablo 1'de - dalga boyu boş alan. O oranını belirlemek için başka ampirik formüller de kullanılır, bunlar formül (1) gibi tek doğru değildir [Samsonov D.E. Çok boşluklu magnetronların hesaplanması ve tasarımının temelleri. - M.: Sov. Radyo. 1966. 224 s. S.40, 94, 123].

Bilinen magnetronun dezavantajı, enerjisinin, tasarım performansının ve ağırlık ve boyut özelliklerinin optimizasyonunun olmamasıdır. Manyetronların geliştirilmesindeki deneyim, N8'de, ifadenin (1), =r C /r A parametresi için hafife alınmış ve N20 durumunda - fazla tahmin edilmiş değerler verdiğini göstermektedir, bu da matematiksel hesaplamada bir hataya yol açar. formül (1)'e göre magnetronun tasarım özellikleri ve magnetronun enerji, tasarım göstergeleri ve ağırlık ve boyut özelliklerinin optimizasyonunu gerektirir.

Bilinen analogun dezavantajları, enerji performansının (verimlilik, çıkış gücü) iyileştirilmesinin, kalite göstergelerinde (ağırlık ve boyut özellikleri) bozulmaya neden olmasının yanı sıra manyetik sistemin tasarımını karmaşık hale getirmesidir.

Bu eksiklikler, analoglarla ortak özelliklerle birlikte, elektronik verimliliğin hesaplanması sürecinde oluşturulan optimal yarıçap boyutuna sahip bir katot kullanan, magnetronun prototipi olarak seçilen, iyi bilinen bir teknik çözümünde ortadan kaldırılır. manyetik sistemin uygun çalışma voltajı UA ve manyetik indüksiyon B'nin elektronik verimlilik seçiminin maksimum değerini sağlama olasılığı. [Plahotnik A.Ş. Ultra yüksek frekanslı elektronik cihazlar. Enerji ve kalite göstergelerini iyileştirmek için klasik ve mikroskobik dalgalanma yöntemleri: monografi. - Vladivostok: TOVMI onları. BÖYLE. Makarov VUNTS VMF "VMA". 2011. 220 s. S.192-195].

Bu durumda, elektronik verim aşağıdaki formülle bulunur:

nerede W - potansiyel enerji elektron, W=|e|U A ;

- ortalama "harcanan" elektronun kinetik enerjisi;

Planck sabiti;

e - temel elektrik yükü;

U A - magnetronun çalışma voltajı;

B - manyetik sistemin manyetik indüksiyonu;

r A ve r C, anot ve katodun yarıçaplarıdır;

m, temel yükün kütlesidir;

Göreceli frekans kararsızlığı;

f n - elektron radyasyonunun harmonik bileşenleri arasındaki, hızındaki dalgalanmalara karşılık gelen minimum aralık, f n =1 Hz;

N, çift sayıda rezonatördür.

Bağımlılık çalışması (2), anot yarıçapı r A = sabit olduğunda, magnetronun elektronik veriminin, katot yarıçapının bazı optimal boyutu için en yüksek değere sahip olduğunu gösterir.

Böylece, formül (2) kullanılarak, elektronik verimliliğin hesaplanması sürecinde, enerji, tasarım göstergeleri ve magnetronların ağırlık ve boyut özelliklerini optimize etme olasılığını açan optimal yarıçap boyutları rCopt (Tablo 2) olan katotlar kurulur.

Katot yarıçapının optimal boyutu, anot deliği yarıçapının boyutuyla birlikte artar. Ancak, anot yarıçapının bazı değerlerinden başlayarak r A katot yarıçapının optimal değerleri azalmaya başlar. Magnetronun yüksek çıkış gücünü elde etmek için, anot ve katod yarıçaplarının maksimum değerlerini seçmeli ve çalışma voltajı UA (2) ve manyetik indüksiyon B için uygun çalışma modunu seçmelisiniz. Elektronik verimliliğin maksimum değerini elde etmek için sistem.

Katot yarıçaplarının optimizasyonu, anot yarıçaplarının bazı maksimum değerlerinde durur: rezonatör sayısı N=14 olan magnetronlar için, yarıçap r Amax =11 mm, N=16 durumunda, yarıçap r Amax =13 mm, vb.

Anot yarıçaplarının artmasıyla katot yarıçaplarının optimal değerleri önce artar sonra azalır. Daha büyük çaplı katotların daha fazla güce dayanabileceği açıktır.

Elektronik verimliliğin formül (2) kullanılarak hesaplanması, elektronik verimliliğin en önemli olduğu Tablo 2'deki magnetronların ana tasarım özelliklerini belirlemeyi mümkün kılmıştır. Elde edilen sonuçlar, magnetron geliştirme teorisi ve pratiğinin ana yasalarına karşılık gelir [Plakhotnik A.S. Ultra yüksek frekanslı elektronik cihazlar. Enerji ve kalite göstergelerini iyileştirmek için klasik ve mikroskobik dalgalanma yöntemleri: monografi. - Vladivostok: TOVMI onları. BÖYLE. Makarov VUNTS VMF "VMA". 2011. 220 s. S.198-199].

Optimal yarıçap boyutuna sahip bir katoda sahip bir magnetronun dezavantajları, anot yarıçapının sınırlı boyutlarının yanı sıra, boyutları birkaç milimetreyi aşmayan küçük katot yarıçaplarıdır (Tablo 2), bu genellikle bir azalmaya yol açar. çıkış gücünde. Bu kısıtlamalar, tek bir tasarımda optimal katot yarıçaplarına sahip birkaç özdeş magnetron bağlama olasılığını açar, bu da çıkış gücünü birkaç kat artırmayı mümkün kılar. Önerilen tasarımda, ayrı aynı magnetronlar, sayısı genellikle k2'ye eşit olan şartlı olarak aynı bölümler olarak adlandırılabilir.

Talep edilen faydalı modelin teknik görevi, tasarımı ve işlevsel özellikleri, geniş bir dalga boyu aralığında verimliliği ve çıkış gücünü artırmayı mümkün kılan yeni bir çok kesitli magnetronun geliştirilmesidir.

Belirtilen teknik görevin talep edilen faydalı model tarafından uygulanması, elde edilen teknik etkilerin toplamı olan aşağıdaki teknik sonucu sağlar:

Katot, sayfa 3'teki formül (2)'ye göre elektronik verimliliğin hesaplanması sürecinde oluşturulan optimum yarıçap boyutuna r Kopt'a sahiptir, Sayfa 5, 6'daki Tablo 2, sayfa 5, 6, 8, 9, 12, 16 , ampirik olarak seçilene karşılık gelen, sayfa 10, 12, 16'da belirlenen yaklaşık oran 2r A 0.3'ün anot yarıçapına oranı ve boş alandaki dalga boyuna bağlı olarak deneysel verilere dayalı olarak Tablo 1'den seçilen rezonatörlerin çift sayısı N, sağlamak için Her bölümün elektronik verimliliğinin maksimum değeri, çok bölümlü magnetronun manyetik sisteminin uygun çalışma voltajı UA ve manyetik indüksiyon B'nin seçilmesi ve her bölümün elektronik verimliliğini 2030% artırır. 2r A 0.3 oranı önceki teknikten iyi bilinmektedir [Lebedev I.V. Teknik ve mikrodalga cihazlar. T.2. Elektrovakum mikrodalga cihazları. - M.: Ed. "Yüksek Lisans". 1972. 375 s. S.297-298];

Özdeş bölümlerin gücünü toplamak için harici bir rezonans güç toplayıcının kullanılması, her bölümün çalışma frekansının kararlılığını artırır ve bu nedenle, çalışma kararlılığındaki bir artışla çok bölümlü bir magnetronun elektronik verimliliği ve çıkış gücü artar. Sıklık;

Dış boşluk rezonatör-güç toplayıcı, geniş duvarının orta çizgisi boyunca kesilmiş uzunlamasına yarıklar içerir ve karşı taraflarında yuvaların ortasına yakın yerleştirilmiş reaktif vibratörler, bölümlerin ortak mod ve kararlı çalışmasını sağlar, bu da katkıda bulunur. verimlilik ve çıkış gücünde bir artışa;

Aslında, her biri Tablo 2'nin belirlenmiş optimal yarıçap boyutuna sahip bir katoda sahip iki veya daha fazla özdeş magnetron olan iki veya daha fazla özdeş bölümün faydalı modelinde kullanılması, manyetik sistemler olmadan pratik olarak ikiye, üçe , ve benzeri (daha sonra k2 kat artacaktır), her bölümün gücünü harici bir rezonatör-güç toplayıcıda toplayarak çıkış gücü;

Mikrodalga jeneratörlerinin maliyetinde bir azalmaya yol açtığından, iki veya daha fazla bölümün gücünün eklenmesi acil bir iştir;

Manyetik sistem, magnetronun niteliksel ağırlık ve boyut özelliklerini iyileştiren tüm bölümler için eşit manyetik indüksiyon sağlama yeteneği ile ortak hale getirilmiştir;

Bölümler arasındaki her bir elektrik bağlantısı, bölümler arasında bir hava boşluğu oluşturan ve anot bloklarının daha verimli hava soğutmasına yol açan karşılık gelen en az dört metal oluk bağlantısından oluşur.

Belirtilen teknik sonucu elde etmek için, bir manyetik sistem, bir harici boşluklu rezonatör-güç toplayıcı içeren bir "Çok bölümlü magnetron" önerilmiştir ve her bölüm bir anot, optimal yarıçap boyutuna sahip bir katot, bir etkileşim alanı, bir rezonatör sistemi, uç boşluklar, uç boşluk kapakları, bir çıkış cihazı enerjisi.

Önerilen cihaz ile prototip arasındaki temel fark, çok kesitli magnetronun, aynı merkezi boyuna eksende bulunan ve seri bir elektrik bağlantısıyla birbirine bağlanan k2 özdeş bölümleri içermesidir. Dış boşluklu rezonatör-güç toplayıcı, geniş duvarının orta çizgisi boyunca kesilmiş uzunlamasına yarıklar içerir ve karşı taraflarında yuvaların ortasına yakın yerleştirilmiş reaktif vibratörler bulunur. Manyetik sistem, tüm bölümler için eşit manyetik indüksiyon sağlama olasılığı ile ortak yapılmıştır.

Ek farklılıklar, bölümler arasındaki her bir elektrik bağlantısının, karşılık gelen, en az dört metal yarık eklemi tarafından oluşturulması ve dış boşluk rezonatör-güç toplayıcısının bir dikdörtgen dalga kılavuzunun bir parçası şeklinde yapılmasıdır.

Diğer ek farklılıklar, çok bölümlü magnetronun her bölümünün, elektronik verimliliğin hesaplanması sürecinde oluşturulan, Tablo 2'deki optimal yarıçap boyutu r Kopt'a sahip bir katoda sahip olmasıdır. Optimal yarıçap boyutuna sahip katot, manyetik sistemin uygun çalışma voltajı U A ve manyetik indüksiyon B'yi seçerek çok bölümlü magnetronun her bölümünün elektronik verimliliğinin maksimum değerini sağlayacak şekilde yapılandırılır. Anot, serbest uzayda 2r A 0.3 dalga boyu ile anot çapı arasındaki ampirik olarak belirlenmiş yaklaşık oran temelinde seçilen bir anot deliği yarıçapına sahiptir ve rezonatör sistemi, deneysel verilere dayalı olarak Tablo 1'den seçilen çift sayıda N rezonatör içerir. boşluktaki dalgaların uzunluğuna bağlıdır.

Yapısal elemanların böyle bir karşılıklı düzenlenmesi ve bunların ara bağlantısı, her bölümün gücünü harici bir güç rezonatör-toplayıcı, elektronikte önemli bir artış ve genel olarak toplayarak, k2 faktörü ile pratik olarak artan bir çıkış gücü elde etmek için gereklidir. magnetronun genel verimliliği.

Sadece çıkış gücü ve verimlilik gibi ana enerji parametrelerini arttırmaya değil, aynı zamanda magnetronun kalite, ağırlık ve boyut özelliklerini de önemli ölçüde iyileştirmeye izin veren ortak ayırt edici ve ek ayırt edici özelliklerin iddia edilen faydalı modelinde bulunmasıdır ve cihazın maliyetini düşürür.

İki bölüm durumunda faydalı modelin özü, çizimlerle gösterilmektedir:

Şekil 1 - Çok kesitli magnetron, genel görünüm, önden görünüm;

Şekil 2 - Çok kesitli magnetron, Genel görünüm, A-A kesiti;

Şekil 3 - Çok kesitli magnetron, dış boşluklu rezonatör-güç toplayıcı, genel görünüm;

Şekil 4 - Çok kesitli magnetron, blok diyagram. Şekil 1, Çok Kesitli magnetron, genel görünüm, önden görünümü gösterir:

1. Magnetronun ilk bölümü (H, bölümün uzunluğudur);

1.1. anot (d A - anot çapı, h - rezonatörlü anot uzunluğu);

1.2. Katot (d Kıpti - katot çapının optimal boyutu);

1.5. Uç boşluk (h - uç boşluğun uzunluğu);

1.6. uç boşluk kapağı;

2. Magnetronun ikinci bölümü (H, bölümün uzunluğudur);

2.1. anot (d A - anot çapı, h - rezonatörlü anot uzunluğu);

2.2. Katot (d Kıpti - katot çapının optimal boyutu);

2.3. Etkileşim alanı;

2.4. Rezonatör sistemi (N - PC'de çift sayıda rezonatör);

2.5. Uç boşluk (h - uç boşluğun uzunluğu);

2.6. uç boşluk kapağı;

2.7. Enerji çıkış cihazları;

3. Manyetik sistem;

5. Bölümlerin metal yuva bağlantısı (h yuva bağlantısının uzunluğudur).

İki bölüm 1, 2 şekil 1 çok bölümlü magnetron aynıdır ve aynı merkezi uzunlamasına eksen üzerinde bulunur ve birbirine elektriksel olarak bağlıdır. Ayrıca, her bir elektrik bağlantısı, Şekil l'deki karşılık gelen, en az dört metal yarık ek yeri 5 tarafından oluşturulur. Yivli derzler alanındaki bölümler arasındaki hava boşluğu, Şekil 1'in 1.1, 2.1 anotlarının dış yüzeyinin daha verimli hava soğutmasına izin verir.

Şekil 1'deki manyetik sistem 3, Şekil 1'deki her iki bölüm 1, 2 için eşit manyetik indüksiyon sağlama olasılığı ile ortak yapılmıştır.

Şekil 1'deki harici rezonans rezonatör güç toplayıcısı 4, geniş duvarının orta hattı boyunca kesilmiş, Şekil 3'teki 4.1, 4.2 boyuna yarıkları içerir ve Şekil 3'teki reaktif vibratörler karşı taraflarında yuvaların ortasına yakın bir yere yerleştirilmiştir. .

Her bölümde 1, 2 şekil 1 çok bölümlü magnetron kullanılan anot 1.1, 2.1 şekil 1 katot 1.2, 2.2 ile, anodun (anot deliği) ve katodun yarıçaplarının (çaplarının) optimal oranı ile karakterize edilir =r Kopt / r A =d Kıpti /d A. Bu durumda, anot çapı, anot çapı ile serbest uzaydaki dalga boyu d A ​​0.3 arasında ampirik olarak kurulmuş yaklaşık bir ilişki temelinde seçilir, burada serbest uzaydaki dalga boyu ve anot uzunluğu h0.3'tür.

Etkileşim alanında 1.3, 2.3 şekil 1, çalışma voltajı beslemesi ile (karşılıklı olarak dik) sabit elektrik alanı ve manyetik sistemin sabit bir manyetik alanı 3 şekil 1.

Rezonatör sayısı rezonatör sistemleri 1.4, 2.4 şekil 1 çifttir ve tablo 1'e göre seçilir.

Magnetronun elektriksel mukavemeti nedeniyle uç boşlukları 1.5, 2.5 şekil 1 h "=2(r A -r Copt) uzunluğundadır ve katotların yarıçapları 3,7 mm'yi aşmadığı için 1,6, 2,6 şekil 1 Ho kapakları ile kapatılmıştır. ( Tablo 2), h "1.5 (r A -r Kopt) uzunluğunun seçilmesi tavsiye edilir.

Şekil 1'deki her bir bölüm 1,2'den elektromanyetik enerji çıkışı, rezonatör sistemlerinin (PC) 1.4, 2.4 rezonatörlerinden birinde bir yuva olan Şekil 1'deki 1.7, 2.7 enerji çıkış cihazları aracılığıyla gerçekleştirilir. Şekil 1'in.

Şekil 2, Çok kesitli magnetron, Genel görünüm, A-A kesitini göstermektedir:

1. Birinci bölüm;

1.2. Katot;

1.3. Etkileşim alanı;

1.4. Rezonatör sistemi (N - PC'de çift sayıda rezonatör);

1.7. Enerji çıkış cihazları;

4. Dış boşluk rezonatör-güç toplayıcı;

4.1. Boyuna yuva;

4.3. Reaktif vibratörler.

Şekil 2'deki rezonatör PC 1.4'ün birindeki Şekil 2'deki yarık 1.7 aracılığıyla Şekil 2'deki bölüm 1'den gelen çıkış gücü, Şekil 2'deki dış boşluk rezonatör-toplayıcı gücüne 4, Şekil 2'deki uzunlamasına yarık 4.1 yoluyla sağlanır. Şekil 2, dikdörtgen dalga kılavuzu bölümünün geniş duvarının ortasında. Uzunlamasına yarık 4.1 şekil 2'nin ortasına yakın bir yerde bir reaktif vibratör 4.3 şekil 2'dir. Şekil 2, örnek olarak PC 1.4'te sadece dört rezonatörü göstermektedir. Gerçek rezonatör sayısı 40 veya daha fazla olabilir.

Şekil 3, Çok bölümlü magnetron, harici boşluklu rezonatör-güç toplayıcıyı, genel görünümü gösterir:

4. Dış boşluk rezonatör-güç toplayıcı;

4.1. Boyuna yuva;

4.2. Boyuna yuva;

4.3. Reaktif vibratörler;

Harici rezonans rezonatör güç toplayıcı 4 Şekil 1, 2, 3 dikdörtgen dalga kılavuzunun bir parçası şeklinde yapılmıştır. Harici rezonans rezonatör-güç toplayıcı 4 şekil 3'ün tasarımında, dikdörtgen dalga kılavuzu 4.1, 4.2 şekil 3 uzunluk/2'nin geniş duvar bölümünün ortasında uzunlamasına yarıklar vardır, burada dalga boyu boş uzaydadır. Yuvaların merkezleri arasındaki mesafe 4.1, 4.2 şekil 3 L=|2'ye karşılık gelir, burada dalga kılavuzundaki dalga boyu, bölümler arasındaki eksen boyunca mesafeyi belirler, 2 şekil 1 h=L-H. Yuvaları harekete geçirmek için, karşılıklı taraflarında yuvaların ortasına yakın yerleştirilmiş, Şekil 3'teki 4.3 reaktif vibratörler kullanılır. Harici boşluklu rezonatör güç toplayıcısının uzunluğu 4 şekil 3, n=1, 2, 3 olmak üzere n|2'ye eşittir. Harici bir rezonans rezonatör-güç toplayıcıdan enerji 4.4 şekil 3 çıkışı için bir cihaz olarak 4 şekil 3 dalga kılavuzu yolunda çeyrek dalga transformatörü kullanılabilir.

Şekil 4, Çok bölümlü magnetron blok şemasını göstermektedir:

1. Birinci bölüm;

1.7. Enerji çıkış cihazı;

2. İkinci bölüm;

2.7. Enerji çıkış cihazı;

4. Dış boşluk rezonatör-güç toplayıcı;

4.1. Boyuna yuva;

4.2. Boyuna yuva;

4.3. Reaktif vibratörler;

4.4. Enerji çıkış cihazı.

Şekil 4'ün 1, 2 numaralı bölümleri, ortak bir güç kaynağından - bir darbe modülatöründen U A çalışma voltajına paralel olarak beslenir. Şekil 4'teki üretilen elektromanyetik enerji 1.7, 2.7'nin çıkış cihazları, Şekil 4'teki harici boşluk rezonatör-toplayıcı gücü 4'ün Şekil 4'teki 4.1, 4.2 uzunlamasına yarıklarına bağlanır. Reaktif vibratörler 4.3 şekil 4, yuvaların ortasına yakın yerleştirilmiş ve farklı taraflara monte edilmiştir. Şekil 4'teki harici boşluklu rezonatör-güç toplayıcının 4 çıkışı, Şekil 4'teki enerji çıkış cihazı 4.4 yoluyla dalga kılavuzu yoluna bağlanır.

Cihaz aşağıdaki gibi çalışır

Çok bölümlü magnetron, bir radar istasyonunun vericisinin bir parçası olarak yüksek güçlü mikrodalga salınımları üretmek için tasarlanmıştır. Verici anotları 1.1, 2.1 ve katot 1.2, 2.2 şekil 1, 2 bölüm 1, 2 şekil 1, 2, 4'ü paralel olarak açtığınızda, ortak bir güç kaynağından - darbe modülatöründen çalışma voltajı U A ile beslenir. Katot yüzeyinin çalışma sıcaklığında, 1.2, 2.2 Şekil 1, 2 katotlarının yayan katmanı etkileşim alanına elektron yayar 1.3, 2.3 Şekil 1, 2 Sonuç olarak, etkileşim alanında elektron bulutları oluşur. 1.3, 2.3 Şekil 1, 2, Lorentz kuvvetinin etkisi altında, karşılıklı olarak dik sabit elektrik (çalışma gerilimi UA şekil 4 ile ilişkili) ve manyetik (manyetik sistemle ilişkili 3 şekil 1) alanların elektronlar üzerindeki etkisinin neden olduğu katotların etrafında dönmeye başlar 1.2, 2.2 şekil 1, 2. Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasına göre dönen elektronlar elektron bulutu, anotların her birinde 1.1, 2.1 şekil 1, 2 yüksek frekanslı akımları ve bunlara karşılık gelen yüksek frekanslı alanları indükler. Dönen bulutun elektronları, kendileri tarafından indüklenen yüksek frekanslı alanın teğetsel ve radyal bileşenleri ile etkileşime girer. Alanın teğetsel bileşeninin rolü, elektronların hızdaki modülasyonu ve bunun bir sonucu olarak, dönen bir elektron bulutundan (yoğunluk modülasyonu) bir "konuşma teli" elektron akışının oluşumundadır. Alanın radyal bileşeninin rolü, elektronların "konuşma tellerinde" faz odaklanmasında (gruplanmasında) yatmaktadır. Eşzamanlılık koşulu sağlandığında, "ispitlerdeki" elektronların translasyon hızı, rezonatör sisteminde uyarılan yüksek frekanslı salınımların faz hızından biraz daha büyük veya yaklaşık olarak eşit olduğunda, "dikişler" geciktirici teğetsel alanın bölgesi. "Konuşma tellerindeki" elektronlar, sikloidal boyunca veya onlara yakın halka benzeri yörüngelerde katot 1.2, 2.2'den anoda 1.1, 2.1, şekil 1, 2'ye hareket ederek potansiyel enerjilerini frenleme teğet alanına verir. Sonuç olarak, indüklenen mikrodalga alanı güçlendirilir ve enerji çıkış cihazı 1.7, 2.7 aracılığıyla Şekil 1, 2, 4 uzunlamasına yarıklar 4.1, 4.2 yoluyla harici boşluk rezonatör güç toplayıcıya 4 Şekil 1, 2, 3, 4 girer. Şekil 2, 3 , 4.

Temel elektrik yükleri olan elektronlar, magnetronda klasik nesneler olarak kabul edilir. Bununla birlikte, çalışma frekansındaki bir artışla, klasik teori tarafından dikkate alınmayan enerji kayıpları artar, bunun sonucunda elektronik ve sonuç olarak magnetronların toplam verimliliği keskin bir şekilde düşer. Prototip ve talep edilen faydalı model, elektronların dalga doğasını ve koordinatlarındaki (darbeler) karşılık gelen belirsizliği dikkate alır, bu da formül (2)'de dikkate alınan artan çalışma frekansı ile enerji kayıpları mekanizmasını tanımlamayı mümkün kılar. ve magnetronların tasarım özelliklerini optimize edin. Sayfa 3'teki formül (2)'ye göre elektronik verimliliğin hesaplanması, katodun, anot deliğinin yarıçapına karşılık gelen, bir anot çapı ile boş alandaki dalga boyu arasındaki deneysel olarak oluşturulmuş yaklaşık oran 2r A 0.3 ve ayrıca boş alandaki dalga boyuna bağlı olarak deneysel veriler temelinde Tablo 1'den seçilen çift sayıda N rezonatör. Optimal yarıçap boyutuna sahip bir katot, manyetik sistemin uygun çalışma voltajı U A ve manyetik indüksiyon B'yi seçerek çok bölümlü magnetronun her bölümünün elektronik verimliliğinin maksimum değerini sağlayacak şekilde yapılandırılır.

Prototipte [Plakhotnik A.S. Ultra yüksek frekanslı elektronik cihazlar. Enerji ve kalite göstergelerini iyileştirmek için klasik ve mikroskobik dalgalanma yöntemleri: monografi. - Vladivostok: TOVMI onları. BÖYLE. Makarov VUNTS VMF "VMA". 2011. 220 s. S.186, 192]. Bu yaklaşımlar, çok kesitli magnetronun her bir bölümünün tasarımında uygulanmaktadır.

Harici boşluklu rezonatör güç toplayıcıda 4 Şekil 1, 2, 3, 4, enerji çıkış cihazlarından gelen elektromanyetik enerji 1.7, 2.7 Şekil 1, 2, 4, segmentin geniş duvarının ortasındaki uzunlamasına yarıklardan girer. Dikdörtgen dalga kılavuzu 4.1, 4.2 Şekil 2, 3, 4. Yarıklar dalga kılavuzunun geniş duvarının orta hattı boyunca kesildiğinden, uyarılmazlar. Yuvaları harekete geçirmek için, yuvaların ortasına yakın yerleştirilmiş Şekil 2, 3, 4'ün 4.3 reaktif vibratörleri kullanılır. 4.1 ve 4.2 şekil 2, 3, 4 yuvalarının karşı taraflarına monte edilen 4.3 şekil 2, 3, 4 reaktif vibratörler, uyarma fazını 180° değiştirir. 4.1 ve 4.2 yuvalarının orta noktaları arasındaki mesafeyi hesaba katarak, dalga kılavuzundaki dalga boyunun yarısına eşit olan şekil 2, 3, 4, bölüm 1, 2 şekil 1, 2, 4'ün ortak mod ve kararlı çalışmasını sağlar. ayrıca verimliliği ve çıkış gücünü artırır.

Talep edilen faydalı model "Çok kesitli magnetron", iddia edilen faydalı modelin rüçhan tarihine kadar bilim ve teknolojide kullanılmayan yeni bir modeldir, geniş bir dalga boyu aralığında yüksek güçlü mikrodalga salınımları üretmek için bir cihazdır. Talep edilen cihaz aşağıdaki avantajlara sahiptir:

Faydalı modelde iki veya daha fazla özdeş bölümün kullanılması, her bölümün gücünü harici bir güç rezonatör-toplayıcıda toplayarak çıkış gücünü k2 faktörü ile pratik olarak artırmayı mümkün kılar;

Formül (2)'ye göre elektronik verimliliğin hesaplanması sürecinde oluşturulan Tablo 2'deki yarıçapların optimal boyutuna sahip katotların uygulanması, her bölümün elektronik verimliliğini 2030% artırır;

Bir harici boşluklu rezonatör-güç toplayıcının faydalı modelinde kullanılması, çalışma frekansının kararlılığını ve buna bağlı olarak çok kesitli magnetronun elektronik verimini ve çıkış gücünü arttırır;

1. Bir manyetik sistem, bir harici boşluklu rezonatör-güç toplayıcı içeren ve her bölüm bir anot, optimal yarıçap boyutuna sahip bir katot, bir etkileşim alanı, bir rezonatör sistemi, uç boşluklar, uç boşluk kapakları içeren çok bölümlü bir magnetron, bir enerji çıkış cihazı, çok bölümlü magnetronun aynı merkezi uzunlamasına eksen üzerinde yer alan ve bir seri elektrik bağlantısıyla birbirine bağlanan k>2 özdeş bölümler içermesi ve dış boşluk rezonatör-güç toplayıcısının orta hat boyunca kesilmiş uzunlamasına yarıklar içermesi ile karakterize edilir. geniş duvarından, yuvaların ortasına yakın ve karşı taraflarına yerleştirilmiş reaktif vibratörler ile ayrıca tüm bölümler için eşit manyetik indüksiyon sağlama imkanı ile manyetik sistem ortak hale getirilmiştir.

2. İstem l'e göre cihaz olup, özelliği, her bir elektrik bağlantısının, karşılık gelen, en az dört metal yivli bağlantı ile oluşturulmasıdır.

3. İstem l'e göre cihaz, şu şekilde karakterize edilir: dış boşluklu rezonatör-güç toplayıcı, bir dikdörtgen dalga kılavuzunun bir parçası şeklinde yapılır.

4. İstem l'e göre cihaz olup, özelliği, çok bölümlü magnetronun her bölümünün, elektronik verimliliğin hesaplanması sürecinde ayarlanmış, optimal yarıçap boyutuna sahip bir katoda sahip olmasıdır.

5. İstem 4'e göre cihaz olup, özelliği, optimal yarıçap boyutuna sahip katodun, uygun çalışma voltajı UA ve manyetik indüksiyon B'yi seçerek çok bölümlü magnetronun her bölümünün elektronik verimliliğinin maksimum değerini sağlayacak şekilde yapılandırılmasıdır. manyetik sistemden.

6. İstem l'e göre aygıt olup, özelliği, rezonatör sisteminin, boş uzaydaki dalga boyuna bağlı olarak deneysel veriler temelinde seçilen çift sayıda N rezonatör içermesidir.

Ölçek

manyetronlar

1. Magnetronun cihazı

Edebiyat

1. Magnetronun cihazı

Bir magnetron, elektrik alanın yönüne dik sabit bir manyetik alana sahip bir diyottur. Magnetronun salınım sistemi, anot bloğunun kalınlığında yapılmış bir dizi boşluk rezonatöründen oluşur (Şekil 1).

Şekil 1

Elektronlar silindirik bir katot tarafından yayılır. Katot ve anot arasındaki boşluğa etkileşim alanı denir. Bu bölgede, sabit elektrik alanı yarıçap boyunca yönlendirilir, manyetik alan çizim düzlemine diktir ve içinde elektronlar ve mikrodalga alanı arasında bir enerji alışverişi vardır. Kavite rezonatörleri, yarıklar aracılığıyla etkileşim boşluğuna bağlanır, böylece mikrodalga alanı etkileşim boşluğuna doğru çöker. Belirli koşullar altında, çok boşluklu bir magnetronda salınımlar meydana gelir. Enerji, rezonatörlerden birinde bulunan bir döngü ve bir koaksiyel hat veya dalga kılavuzu kullanılarak verilir. Sabit elektrik alanı yarıçap boyunca ve sabit manyetik alan katot ekseni boyunca yönlendirildiğinden, elektrik ve manyetik alanlar karşılıklı olarak diktir (alan geçişi).

2. Silindirik bir magnetronun statik özellikleri

Bağımlılıklara statik özellikler denir (Şekil 2)

saat

saat

mikrodalga salınımlarının yokluğunda.

Pirinç. 2

"Fiziğin özel bölümleri" dersine göre, çapraz elektrik ve manyetik alanlarda bir elektronun yörüngesi, dönen bir tekerleğin kenarında bulunan bir noktanın yörüngesi ile tanımlanır (Şekil 3).

Şekil 3

Sabit bir anot voltajında ​​manyetik alan indüksiyonunu arttırırsak U a = Sabit daha sonra yuvarlanan dairenin yarıçapı yavaş yavaş azalır. Elektronik yörüngeler, B =0 anotun yüzeylerine normaldir ve katot eğilmeye başlar. saat d=2R düz bir magnetronda, elektronlar yalnızca sikloidin tepesindeki anoda dokunur. saat d >2R anoda ulaşmayan elektronlar, sikloid boyunca çoklu salınımlar yapar. Anot akımı keskin bir şekilde düşer. Karşılık gelen manyetik indüksiyon değerine kritik indüksiyon denir. bkp . Akım bozunmasının son hızı B = Bkp ve küçük bir akım B > B kp için I a  0 elektronların ilk hızlarının etkisi, magnetronun elektron bulutunda kendiliğinden ortaya çıkan dalgalanmalar ve bir dizi başka faktör nedeniyle.

Böylece, düz bir diyotta

Silindirik bir magnetron içinde

Katodun yarıçapı nerede;

anot yarıçapıdır.

Sabit bir değerle B altında diyottan geçen akımın sıfır olduğu kritik bir anot voltajı vardır.

Bu denklem kritik mod parabolünü tanımlar (Şekil 4.)

Pirinç. 4.

Değer ve magnetronun çalışmasını karakterize eden önemli parametrelerdir (Şekil 4). sadece statik modda değil, aynı zamanda mikrodalga salınımlarının varlığında da. Magnetronun çalışma alanı, kritik modun parabolünün altındaki alandır, burada:

B > B kp ; sen< U akp .

3. Anot bloğunun salınım türleri çok boşluklu magnetron

Çok boşluklu bir magnetronun salınım sistemi, boşluk rezonatörlerinden ve bir etkileşim alanından oluşur. Komşu rezonatörler etkileşim alanı ile bağlanır, bu nedenle salınım sistemi kapalı bir bağlı rezonatör zinciri olarak temsil edilebilir (Şekil 5),

Pirinç. 5.

Nerede: L ve C – aynı rezonatörlerin eşdeğer endüktansı ve kapasitansı; İLE k rezonatörler arasındaki kapasitif bağlantıyı belirleyen segment ve katot arasındaki kapasitanstır.

Rezonatörler arasında manyetik bir bağlantı olmadığı varsayılmaktadır.

Kapalı bir rezonatör zinciri sisteminde (filtre bağlantıları), yalnızca bir baypas sırasında bağlantılardaki faz kaymalarının toplamının 2'nin katı olduğu salınımlar uyarılabilir. . Bir bağlantı ile faz kayması 0 , yani komşu rezonatörlerdeki salınımlar arasında yalnızca aşağıdaki ayrık değerleri alabilir:

nerede N rezonatörlerin sayısıdır, n - titreşim modunun numarası olarak adlandırılan bir tam sayı. Filtre teorisinde, faz kaymasının bir bağlantı ile olduğu kanıtlanmıştır. 0 sistemin şeffaflık bandında 180'den fazla olamaz bu nedenle, görüş numarası ve karşılık gelen açılar yalnızca aşağıdaki değerleri alır:

Titreşim türü n =0,  0 =0 faz içi olarak adlandırılır ve n = N/2,  0 =  - faz dışı veya - görünüm.

Oran, magnetronun mikrodalga alanının döngüsellik veya kapanma durumu olarak adlandırılır.

Her salınım türü, salınım sisteminin doğal frekansına karşılık gelir. Başka bir görünüme geçmek, faz kaymasını değiştirmek anlamına gelir 0 bağlantı başına ve sabit parametreler için L, C, Ck her bağlantı her yeni değer 0 sadece farklı bir frekansta alınabilir. Eşdeğer devre hesaplaması, frekans formülüne yol açar. k / n sayı ile titreşim türü n:

izole rezonatörün doğal rezonans frekansı nerede.

Filtre teorisine göre hesaplama verir

Nerede: - merdiven yapısının seri direnci;

merdiven yapısının paralel direncidir.

nerede:

Artan formülden de anlaşılacağı n frekans artar. İçin tipi

n tipi için =0 formülü kabul edilemez. Her tip, etkileşim uzayında mikrodalga alanının iyi tanımlanmış bir resmine karşılık gelir. Örneğin, ne zaman n=4 ve n türleri için N=8 =2 alan örüntüleri etkileşim uzayında şek.

Pirinç.

Maksimum verim sağlayan çok boşluklu magnetronlarda salınımların çalışma şekli şöyledir: - görünüm.  -görünüm yalnızca çift sayıda rezonatörle mümkündür.

Mikrodalga alanının bir azimutu vardır. E  ve radyal E r bileşenler. Azimuttaki mikrodalga alanının azimut bileşeninin dağılım modeli, Şekil 7'deki forma sahiptir.

Şekil 7.

Alanın azimut üzerindeki bağımlılığı sinüzoidal değildir, bu nedenle periyodik homojen olmayan geciktirici sistemlerde olduğu gibi, uzaysal harmonikleri hesaba katmak gerekir.

Uzaysal harmonik kavramı, ilerleyen dalgalar için tanıtıldı ve magnetron etkileşim uzayında alan, duran bir dalga karakterine sahiptir. Açıkça, azimutta duran dalgada sinüzoidal olmayan, zıt yönlerde hareket eden sinüzoidal olmayan iki azimut dalganın üst üste binmesi olarak temsil edilebilir. Bu dalgaların her biri, uzaysal harmoniklerin toplamı ile değiştirilebilir. Sonuç olarak, her harmonik sayı için, eşit faz hızlarıyla fakat zıt yönlerde hareket eden iki sinüs dalgası vardır.

Döngüsellik koşulu yalnızca sıfır uzamsal harmonik için geçerlidir ( P =0) her türlü titreşim. Numaralı armonika için P filtre sisteminin bir bağlantısı ile faz kayması.

; nerede

Formun sıfır harmoniğinin dalgasının n zaman başına etkileşim alanında bir geçiş yapar nT n ve zaman içinde bitişik rezonatörler arasındaki yol

nerede Tn formun yüksek frekanslı alanının periyodudur n . Numaralı armonika için P komşu rezonatörler arasındaki hareket süresi, periyotlardan daha büyük bir tam sayıdır, yani.

Bu nedenle, uzaysal harmonik dalganın açısal hızı n formunun p sayıları , bitişik rezonatörler arasındaki geometrik açı için

Formülden, her türlü titreşim için n sıfır harmonikte maksimum açısal hız. Sıfır harmoniğin en düşük açısal hızı şu şekilde gözlenir: tipi

için olduğu açıktır -tip, uzamsal harmonikler aynı anda açısal hızın en büyük ve aynı mutlak değerine sahiptir p=0 ve p=-1.

Anot bloğu boyunca ilerleyen dalgaların faz hızları,

Mod numarası ne kadar yüksekse n ve uzaysal harmonik sayısı arttıkça P , etkileşim uzayında dönen doğrudan ve geri dalgaların hızları o kadar düşük olur. Dalga karşılık gelen P =0 verilen için vardır n en yüksek faz hızı ve ana dalgadır.

Faz hızı, ışık hızından çok daha düşük yapılabilir C boş alanda. yavaşlatmak

nerede  boş uzayda çalışma dalga boyudur.

p = 0'da  tipi bir dalga için.

 =3 cm'de, ra =0.5 cm; Sayı=16:

4. Elektronların magnetron etkileşimi alanında hareketi. faz odak. Uzay şarjı konuşmacıları

Yüksek frekanslı salınımlar yoksa, elektronlar sikloidler boyunca hareket eder. anot konveksiyon akımı B > B kp sıfıra eşittir. Küçük yüksek frekanslı salınımların varlığında bu hareketteki değişimi ele alalım.

Elektronların mikrodalga alanla en yoğun etkileşimi, elektronun uzun süre mikrodalga alanın yavaşlama aşamasında olması sağlanabilir. Etkileşim alanındaki mikrodalga alanı, katot ve anot arasındaki boşlukta hareket eden dalgalar olarak temsil edilebilir. Bu nedenle, elektrona göre mikrodalga alanının fazının yaklaşık sabitliği koşulu, dalgalardan birinin faz hızı ile ortalama hızın eşitliğinin koşulu olarak düşünülebilir. v c , yuvarlanan dairenin merkezinin hareket ettiği

Dalgalardan biri için senkronizasyon sağlanırken, faz hızları diğer dalgalardan önemli ölçüde farklı olacağından, diğer dalgaların elektron üzerindeki etkisi göz ardı edilebilir. V c.

Dalga ile birlikte bir hızda hareket eden bir koordinat sistemini dalgalardan biriyle ilişkilendirin. Bu koordinat sistemine göre dalganın elektrik alanı hareketsizdir. Elektronların ortalama hızının dalganın faz hızıyla çakışmasına izin verin. Etkileşim uzayının farklı bölümlerinde bulunan tipik elektronların davranışını ele alalım (Şekil 8).

Şekil 8

Ortaya çıkan elektrik alanı, sabit ve mikrodalga elektrik alan vektörlerinin eklenmesiyle belirlenir ve 1,2,3,4 noktalarında farklı olacaktır.

Ortaya çıkan elektrik alanı E , tip 1 bir elektrona etki ederek yönünü değiştirmez, mutlak değerde azalır (Şekil 9.).

Pirinç. 9

Şimdi eşit olan yuvarlanan dairenin merkezinin hızı, statik moda kıyasla azalacaktır. Sonuç olarak, tip 1 elektron, ilerleyen dalganın gerisinde kalmaya başlar ve kademeli olarak tip 4 elektrona doğru kayar.Tip 3 elektron ile benzer bir değişiklik meydana gelir, bunun sonucunda ortaya çıkan elektrik alanı statik rejime kıyasla biraz artar (Şekil 10). ).

Pirinç. 10

Bu nedenle, tip 3 elektron bir dalgadan daha hızlı hareket eder ve kademeli olarak tip 4 elektrona da yaklaşır.Tip 4 elektron alanda hareket etmeye zorlanır. E statik elektrik alanından mutlak değer olarak çok az farklı olan, ancak vektörün belirli bir eğimine sahip olan E  (Şek. 11).

Pirinç. on bir

Bu eğim, sikloidal yolu tanımlayan dairenin artık katot düzlemine paralel yuvarlanmaması gerektiği anlamına gelir. Dairenin yuvarlanması şimdi, daireye dik bir çizgi boyunca gerçekleşmelidir. E , yani anoda doğru eğimlidir. Sabit bir referans çerçevesinde, dalga ile senkronizasyon içinde kalan bir tip 4 elektron yavaş yavaş anoda doğru hareket eder.

Böylece 4. tip bir elektron maksimum alan bölgesinde uzun süre kalır. Her sikloid salınım ile elektron potansiyel enerjisinin bir kısmını kaybeder ve anoda daha da yakınlaşır (Şekil 12). Bir elektronun dönme enerjisi yaklaşık olarak sabit kalır.

Şekil 12

Fiziksel bir bakış açısından, tip 4 elektron magnetrondaki salınımları sürdürmek için en uygun olanıdır. Tip 1 ve 3 elektronları, HF alanına göre fazlarını kademeli olarak iyileştirir ve yavaşlayan teğetsel alana düşerek üretim için uygun hale gelir.

2. tip bir elektron katottan ayrıldıktan sonra hızlanan bir teğetsel alanın etkisine maruz kalır (Şekil 13).

Şekil 13.

Tekerleğin yuvarlandığı düzlem katoda doğru eğilir. İlk sikloidal salınımın sonunda, enerjinin bir kısmını HF alanından emen bir tip 2 elektron katoda çarpar ve etkileşim uzayında daha fazla var olmayı bırakır (Şekil 14). Tip 2 elektron, salınımların uyarılması için elverişsizdir. Hızlı bir şekilde katoda "sıralandığından", etkileşim alanında çoğunlukla uygun elektronlar kalır.

Pirinç. 14.

Böylece, yüksek frekanslı bir elektrik alanının etkisi, otomatik olarak elektronların sıralanmasına yol açar ve uygun (doğru faz) elektronlar, yüksek frekanslı alana, elverişsiz elektronları absorbe ettiklerinden daha fazla enerji verir. Sonuç olarak, küçük salınımlar genlikte artmalıdır, yani. magnetronun kendi kendine uyarılması gerçekleşmelidir.

Uygun elektronlar, anot konveksiyon akımı yaratır B > B kp . Salınımların uyarılması için elverişsiz olan katodu bombalayan elektronlar, ilave ısınmasına neden olur ve katottan önemli bir ikincil emisyonun ortaya çıkmasına neden olur.

Magnetrondaki gruplamada (faz odaklama) ana rol, mikrodalga elektrik alanının radyal bileşeni tarafından oynanır. Teğetsel bileşenin rolü, elektronlardan enerjinin çıkarılmasına indirgenir.

Elektron demetlerinin oluşumu, yavaş dalga hızında hareket eden bir koordinat sisteminde açıkça izlenebilir (Şekil 15).

Pirinç. 15.

Bu sistemde, mikrodalga salınımlarının yokluğunda, elektronların gerçek yörüngelerini belirleyen yuvarlanan dairelerin merkezleri hareketsiz kalacaktır. Elektronların her biri bir daireyi tanımlar. Radyal ve teğet mikrodalga alanlarının hareketi, yuvarlanan dairelerin merkezlerinin yavaş yavaş değişmesine neden olur.

Alana enerji transferi baskındır, bu da alanın elektron akışı vb. üzerindeki etkisini arttırır. Etkileşim alanında, sabit durumda anoda ulaşan uzay yükü bulutunun sınırının titreşimleri ortaya çıkar. Dinamik uzay yükü, anot etrafında sabit bir açısal hızla dönen parmaklar şeklini alır (Şekil 16).

Tellerin sayısı, etkileşim alanındaki mikrodalga alanının yavaşlayan bölgelerinin sayısına açıkça eşittir, yani. titreşim tipi numarası. tereddüt et -tip, konuşmacı sayısı maksimumdur ve rezonatör sayısının yarısına eşittir. Telde dinamik bir denge vardır: katoda yakın bölgeden elektronlar sürekli olarak ona girer ve elektronlar sürekli olarak anoda çıkar.

Pirinç. on altı

5. Çok boşluklu bir magnetronun kendi kendine uyarılması için koşullar

Magnetronun kendi kendine uyarılması için koşullar, elektron ışınının potansiyel enerjisinin mikrodalga alanına aktarılmasını sağlayan senkronizasyon durumuna indirgenir, yani. bir elektronun faz hızı ile transfer hareketinin hızının eşitliği şartına V n seçilen uzamsal harmonik için p modları n

Bu yarıçaptaki dalganın faz hızı, etkileşim alanı için ortalama olacaktır.

salınım frekansı nerede n-tipi;

uzaysal harmonik dalganın açısal hızıdır p titreşim modu n .

Taşınabilir hız, yani senkronizasyon durumu şeklinde yazılabilir.

Çünkü, senkronizasyon koşulunun sağlandığı eşik voltajının değeri.

U anop arasındaki iletişim ve manyetik indüksiyon lineer. Bu bağımlılığın grafiklerine eşik düz çizgileri (veya Hartree düz çizgileri) denir. Düz çizgiler orijinden geçer ve eğimleri, n titreşim modunun sayısına ve uzamsal harmoniklerin sayısına bağlıdır. p (Şek. 17).

Pirinç. 17.

Oluşturulan çizgiler kritik modun parabolünü keser. değerler için sen , salınımların gölgeli bölgesine karşılık gelen, yoktur, çünkü bu durumda elektronlar mikrodalga alanı ile etkileşime girmek için zamana sahip olmadan hızlı bir şekilde anoda gider. saat sen< U akp (parabolün altında) eşik düz çizgileri üzerindeki noktalarda salınımlar uyarılır, çünkü “süperkritik” modda, sikloidal hareket nedeniyle mikrodalga alanı ile uzun süreli bir etkileşim mümkündür. En küçük eşik voltajları salınımlara karşılık gelir tipi (n = N /2), bu tür salınımın önemli bir avantajıdır.

U a için denklem o zaman yaklaşıktır. Türetilmesinde, anoda geçişte bir elektronun kinetik enerjisinin sıfıra eşit olduğu örtük olarak varsayılmıştır. Aslında, senkronizasyon koşulundan, anottaki bir elektronun hızı eşittir.

anottaki bir elektronun kinetik enerjisi.

Potansiyel enerjinin bir kısmının geçişini dikkate alarak AB bir elektronun kinetik enerjisine hafta , eşik geriliminin ifadesi şu şekilde yazılabilir:

Bağımlılık U anop = f (B ) hala doğrusaldır, ancak eşik çizgileri artık ikinci terimin varlığından dolayı orijinden geçmez. Eşik çizgileri artık kritik değerin parabolünü kesmiyor.

rejim, ama sadece ona dokun. Her eşik çizgisi için eşik voltajının minimum değeri bu temas noktasına karşılık gelir (Şekil 18).

Pirinç. on sekiz

Bu eşik voltajına saat voltajı denir. Açıktır ki, elektronlar anot yüzeyine paralel olarak anot yüzeyine paralel olarak dalga hızına eşit bir hızla hareket ettiğinde minimum eşik voltajı gereklidir.

Senkronizasyon voltajı, magnetronun kritik çalışma modunun yakınındaki sınırlayıcı durumda kendi kendine uyarım koşulunun yerine getirilmesine karşılık gelir. Bu nedenle, senkronizasyon voltajı, anot yakınındaki tüm hızın dairesel bir hıza dönüştürülmesinin, elektronların ve alanın senkronize hareketini sağladığı bir voltajdır. Eğer sen< U c elektronlar dalgadan daha yavaş hareket eder ve magnetron çalışmaz. Böylece magnetronun çalışma şeması Şekil 19'da gösterilebilir.

Pirinç. on dokuz

Sabit bir değerde anot voltajındaki bir artışla elektron hareketi koşullarının nasıl değiştiğini düşünelim. B = B köle.

1. Konum açık A-C elektronu dalganın hızından daha düşük bir ortalama hızla sikloid boyunca hareket eder. sen büyüdükçe sen sikloidin yarıçapı artar, ortalama elektron hızı artar.
2. C noktasında, senkronizasyon koşulları yerine getirilir; elektronlar dalga ile etkileşime girer. Gruplanan elektronlar mikrodalga alanına potansiyel enerji verir ve anoda yükselir. Magnetrondan bir anot akımı akmaya başlar. Eşik düz çizgisi, dinamik modda anot akımı akışı ve akış olmayan bölgeleri sınırlar.
3. arsa C-D çalışma alanıdır. bir artış ile sen bu bölümde, süperkritik modda hareket eden elektronlar, mikrodalga alanı ile her zaman senkronizasyon içindedir. büyüme ile sen anot akımı ve salınım genliği artar.
4. D noktası kritik mod parabolünde bulunur. Bu durumda elektron, sikloidin ilk döngüsünden geçerken anoda ulaşır ve elektronun tüm potansiyel enerjisi anotta tamamen kinetik enerjisine dönüşür. yeterlik sıfıra eşit olur, salınımlar bozulur, magnetron içinden statik koşullar tarafından belirlenen bir akım akar.
5. U için bir< U kp magnetron kritik altı moddadır ve uyarılamaz. Nokta E çalışma şemasında minimum değerleri tanımlar U amin ve B 0 , bunun altında magnetronun kendi kendine uyarılması imkansızdır. nokta koordinatları E eşittir

 -salınım modu için (n = N/2)

Formüllerden de anlaşılacağı daha fazla sayı rezonatörler n , minimum değerler ne kadar düşükse U amin ve B 0 .

Mekansal harmonikler üzerinde çalışırken p =  1 eşik voltajı ve manyetik indüksiyonun minimum değeri, P =0. Sıfır olmayan uzamsal harmoniklerin kullanılması, daha düşük bir anot voltajında ​​çalışmayı mümkün kılar. Bununla birlikte, harmoniklerin alan kuvveti, anottan katoda sıfıra göre daha güçlü bir şekilde azalır, bu da salınımların kendiliğinden uyarılmasını daha zor hale getirir. Çalışma voltajına sahip düşük güçlü magnetronlar var sen<100 B .

6. Çok boşluklu magnetronlarda titreşim modlarının ayrılması

Çok boşluklu bir magnetrondaki her tür salınım kendi çalışma frekansına sahiptir. En küçük frekans farkıf işçiler arasında elde edilen -görünüm ve en yakın görünüm. Rezonatör sayısı ne kadar büyük olursa, bu fark o kadar küçük olur. Frekans ayrımı denir. Göreceli frekans ayrımı f / f küçük, yaklaşık %1. Magnetronun kararlılığı için titreşimler şeklinde, %10-20 düzeyinde bir frekans ayrımının olması arzu edilir. Aynı boyuttaki rezonatörler için f / f bağların yardımıyla artar. Demetler, anot bloğunun uçlarının üzerinde bulunan ve birinden segmentlerine seri olarak bağlanan teller veya şerit iletkenlerdir (Şekil 20).

Magnetronda salınımlar uyarılırsa -type, ardından her paket aynı potansiyele sahip noktaları birleştirir. Bu nedenle, demetler alan dağılımını değiştirmez. Bununla birlikte, demet ve anot bloğu arasında rezonans frekansını düşüren bir kapasitans vardır. - Bağların yokluğu durumuna kıyasla titreşim türü.

Şimdi diğer salınım türlerinin uyarıldığını varsayalım. n< N /2. O zaman demetlerin aynı temas noktaları artık aynı potansiyele sahip değildir. Eşitleyici akımlar, etkisi iki rezonatöre paralel bir endüktans bağlamaya eşdeğer olan demetlerden akacaktır.

Şekil 20

Bu, çalışmayan titreşim modlarının frekanslarını arttırır (Şekil 21).

Pirinç. 21

Bağlantılar:

• tek taraflı (anot bloğunun bir tarafında);
  • iki taraflı;
  • tek (bir tarafta bir halka);
  • çift ​​(bir tarafta iki halka);
  • açık (blok üzerinde bir demet);
  • korumalı;
  • simetrik;
  • asimetrik.

Anot bloğunun yüksekliğindeki artışla bağların etkisi azalır. Demetlerin kullanılması verimliliği artırır. ve magnetronun çıkış gücü, çünkü bir tür salınımdan diğerine atlama korkusu olmadan yüksek ışın akımlarında çalışmanıza izin verir. Aynı zamanda, demetlerin varlığı rezonatörün içsel kalite faktörünü azaltır. Çalışma frekansındaki artışla birlikte, demetlerin yapıcı bir şekilde uygulanması daha zor hale gelir.

dalga boylarında< 3см вместо связок обычно используют для разделения видов колебаний разнорезонаторные анодные блоки (рис.22). В разнорезонаторных системах могут применяться как большие и малые резонаторы одного типа, так и комбинации резонаторов разных типов.

Pirinç. 22

Şekil 22, yarıklı rezonatörlere sahip çok boşluklu bir sistemi göstermektedir.

Çok boşluklu bir sistem için, büyük ve küçük rezonatörlerin oluşturduğu filtre bölümünün eşdeğer devresi Şekil 23'e benziyor.

Pirinç. 23

nerede L 1 , C 1 büyük rezonatörün endüktansı ve kapasitansı;

rezonans frekansıdır;

L2, C2 küçük rezonatörün endüktansı ve kapasitansı;

rezonans frekansıdır;

C k katot başına lamellerin kapasitanslarıdır.

Notasyonu kullanırken:

Şekil 23'teki şema, Şekil 24'teki şekli alır.

Şekil 24

Dördüncü terim ihmal edilebilir.

 tipi için:  0 =  ; Cos 2  0 = Cos 2  =1.

için rezonans frekansı -tip, büyük ve küçük rezonatörlerin paralel bağlanmasıyla oluşan devrenin rezonans frekansı ile belirlenir.

Farklı rezonatörlere sahip magnetronlar için rezonans dalga boyları, küçük ve büyük rezonatörlere karşılık gelen iki gruba ayrılır. rezonansı görüntüle bu iki grup arasında yer alır (Şekil 25).

Şekil 25

On sekiz rezonatörlü bir magnetron için, görünümlerin bölünmesi Şekil 25'te gösterilmiştir.

Küçük ve büyük rezonatörlerin rezonans frekanslarının oranı şuna eşit olarak seçilir:

Büyük rezonatörlerin yarattığı etkileşim alanındaki mikrodalga alanı, küçük rezonatörlerin mikrodalga alanını aşıyor. Büyük rezonatörlerin alanı her zaman fazda değiştiğinden, - Çoklu rezonatörlü bir sistemde görünüm, sıfır görünümle üst üste bindirilir. Bu, etkileşimin etkinliğini azaltır.

7. Verimlilik çok boşluklu magnetron

Verimliliğin doğrudan hesaplanması Bu nedenle, mikrodalga alanı ile etkileşimden sonra anotta bir elektron tarafından harcanan güç hesaplanır ve daha sonra enerjinin korunumu yasası kullanılır. Bir elektronun anoda çarptığında sahip olduğu hız, çarpma anına bağlıdır. Verimlilik açısından en kötüsü Bu durumda çarpma, sikloidin tepesinde meydana gelir. yuvarlanan daire yarıçapı

D nerede katot ile anot arasındaki mesafedir.

siklotron frekansı

Bir sikloidin tepe noktasında bir elektronun maksimum hızı

Anotta bir elektron tarafından yayılan maksimum kinetik enerji,

Katot üzerinde bulunan aynı elektron, etkileşim uzayında hareket etmeye başlamadan önce potansiyel enerjiye sahipti.

Bu nedenle, enerjinin korunumu yasasına göre mikrodalga alanına verilen enerji şuna eşittir:

elektronik verimlilik tek elektron olarak kabul edilir

Ortaya çıkan denklem forma dönüştürülebilir:

Ne zaman U a \u003d U akp; B = Bkp elektronik verimlilik daha önce çalışma diyagramından elde edilen sonuçlarla tutarlı olan sıfıra eşittir.

Pirinç. 2

Ortaya çıkan formül, verimliliğe teorik bir sınır vermemektedir. (en sen<< V akp и B = B kp  эл  1).

Verimliliğin bağımlılığını izlemek için manyetik alanın büyüklüğünde basitleştirilmiş kendi kendini uyarma koşulunu kullanıyoruz

p =0 ve d = r a – r k olduğunu varsayarsak, şunu elde ederiz:

Aynı değeri elde etmek için formülden görülebilir. el en küçük manyetik alan gerektiğinde - titreşim şekli.

İlk bakışta, verimliliğin azalan oran ile artar r k / r bir . Ancak, küçük bir ile r k / r bir elektrik alanı homojen olmaz (katot yakınında daha büyük ve anot yakınında küçülür) ve bu, senkronizasyon koşullarının yerine getirilmesine izin vermez. Optimum oranı değerlendirmek için r k / r bir Birinin gözle görülür şekilde sapabileceği ampirik oranlar önerilmiştir.

Tam verimlilik verimliliği dikkate alan magnetron rezonatör sistemi k şuna eşittir:

yeterlik rezonans sistemi:

8. Magnetronların çalışma ve yük özellikleri

Çalışma karakteristikleri, V = koşulları altında alınan akım-voltaj karakteristikleri olarak adlandırılır. const , P gen = const , f = const , = const . Bu özellikler genellikle dikdörtgen bir koordinat sisteminde oluşturulur. Dikey eksen boyunca sabit bir anot voltajı çizilir ve yatay eksen boyunca sabit bir anot akımı çizilir.

Basit ilişkilerden elde edilen idealleştirilmiş performans özelliklerini göz önünde bulundurun

Sabit üretilen güç P eğrileri ailesi gen = const. (Şekil 27).

Pirinç. 27

eğer verimlilik değişmeden ve bağımsız olarak kaldı I a o zaman P geninde = const akım-voltaj özellikleri U bir = f (ben bir ) hiperbol gibi görünecektir. Ancak büyüme ile ben bir elektronik verimlilik biraz azalır, çünkü bu durumda mikrodalga salınımlarının genliği artar ve sikloidin son dönüşünün sonunda anotta dağılan gücün oranı artar. Üretilen güç ne kadar büyük olursa, P eğrileri o kadar yüksek ve sağa yerleştirilmelidir. gen = const.

Sabit manyetik indüksiyon eğrileri ailesi. (Şekil 28).

Pirinç. 28

Anot voltajının sıfırdan bir değere yükselmesiyle sabit bir manyetik indüksiyon ile beri anot akımı çok küçük olmalı ve dalgalanma olmamalıdır. ulaştığında beri katodun kendi kendine uyarılması ve anot akımında keskin bir artış meydana gelir. Değer ben bir bu durumda katodun emisivitesinin belirlediği maksimum değere ulaşır. Manyetik indüksiyondaki bir artış, akımın akmaya başladığı daha büyük bir anot voltajına karşılık gelir, çünkü:

Noktalı çizgi ile gösterilen dik bölümler deneysel olarak kaldırılamaz, düz bölümler neredeyse eksene paraleldir. ben bir . Dinamik direnç, darbeli magnetronlar için 60-130 ohm ve sürekli olanlar için 700 ohm'dur.

Statik direnç:

Sabit verimlilik eğrileri ailesi. (Şek. 29).

Şekil 29

Bağımlılığı açıklamak için bağımlılığı hesaba katmak gerekir (Şekil 30).

yeterlik rezonatör, magnetronun çalışma moduna bağlı değildir.

Şekil 30

Düşük anot akımlarında, mikrodalga alanı elektron demetini konuşmacı ve verimlilik olarak gruplamak için çok küçüktür. küçük Çok yüksek akımlarda, şarj gruplandırması ve verimlilik meydana gelir. da azalır. Bu nedenle bağımlılıklar U a \u003d f (I a) at \u003d const monoton değil. Düşük akımlardaki ilk bölümlerde, P'deki eğrilere benzerler. gen = const ve sabit bir verimliliği korumak için yüksek akımlarda. anot voltajını artırmak gerekir.

Eşit frekanslı çizgiler.

Elektron akışının magnetron rezonatörlerine sağladığı elektronik iletkenlik karmaşık bir karaktere sahiptir. Bu iletkenliğin reaktif kısmı, indüklenen akımın maksimumu ile mikrodalga voltajının maksimumu arasında bir faz kaymasının varlığı ile bağlantılı olarak, salınım sisteminin rezonans frekansına göre üretilen salınımların frekans kaymasına neden olur (Şekil 1). 31). Anot voltajının uygun bir seçimiyle, dalganın faz hızı ve elektron akışının hızı çakışır (kollar alanla eşzamanlı olarak hareket eder) (Şekil 32).

Şekil 31

Anot voltajı artarsa, senkron hareketi sürdürmek için, jant teli yavaşlayan radyal mikrodalga alanı bölgesine doğru hareket etmelidir. Bu, sabit anot voltajını artırarak elektron hızındaki değişikliği telafi eder. Anot voltajındaki bir azalma ile, jant teli hızlanan radyal mikrodalga alanı bölgesine sola kayar. Böylece, jant teli ile mikrodalga alanı arasında üretim frekansında bir değişikliğe yol açan bir faz kayması meydana gelir. Bağımlılıkların belirgin bir nitel yorumu yoktur.

Şekil 32

Bağımlılığın yük özellikleri ve V nominal değerlerinde alınır ve Z n'yi değiştirirken ben ve bir pasta grafiği üzerine inşa edilmiştir (Şekil 33). P çizgileri gen = satırlara yakın const R = const - sabit aktif direnç.

Şekil 33

Çizgiler f = const yakın, ama aynı değil, çizgilere X = sabit sabit reaktans. [G] = 0.2'de (SWR = 1.5) yansıma katsayısının fazı 0'dan 2p'ye değiştiğinde meydana gelen frekanstaki değişime, yükün çektiği frekans derecesi () denir.

Magnetronlar için 10 cm aralığı 10-15 MHz, 3 cm aralığı 15-20 MHz. Sıkıştırma derecesi doğrudan dış kalite faktörü ile ilgilidir.

Magnetronların kullanımı.

Magnetronlar tarafından verilen güç:

1W-10kW - sürekli

50kW-10MW - darbeli modda.

Ana uygulamalar:

1. Darbe radarı ve radar işaret vericileri

2. Karıştırıcılar

3. Doğrusal elektron hızlandırıcılarına güç sağlamak için darbe üreteçleri.

4. Endüstriyel ısıtma için sürekli mod jeneratörleri.

5. Ev tipi mikrodalga fırınlar.

Mikrodalga enerjisinin doğru akım enerjisine dönüştürülmesi.

Edebiyat

Kuchumov, A.I. Elektronik ve devre: Ders Kitabı / A.I. Kuchumov. - E.: Helios ARV, 2011. - 336 s.

Lapinin, Yu.G. Elektrik mühendisliği ve elektronik üzerine kontrol malzemeleri: Orta mesleki eğitim kurumları için ders kitabı / Yu.G. Lapinin. - M.: Bilişim Akademisi, 2011. - 128 s.

26. Laçın, V.I. Elektronik: Ders Kitabı / V.I. Laçın, N.S. Savelov. - Rn / D: Phoenix, 2010. - 703 s.

Manaev, E.I. Radyo elektroniğinin temelleri / E.I. Manaev. - E.: LİBROKOM, 2013. - 512 s.

Marchenko, A.L. Elektroniğin Temelleri: Liseler İçin Ders Kitabı / A.L. Marchenko. - M.: DMK Press, 2013. - 296 s.

Milovzorov, O.V. Elektronik: Lisans / O.V. Milovzorov, I.G. Pankov. - E.: Yurayt, 2013. - 407 s.

Mişkoviç, V.I. Elektrik mühendisliği ve elektronik: Üniversiteler için ders kitabı / V.V. Kononenko, V.I. Mişkoviç, V.V. Mukhanov [ve diğerleri]; Ed. V.V. Kononenko. - Rn / D: Phoenix, 2010. - 784 s.

Morozova, N.Yu. Elektrik mühendisliği ve elektronik: Orta mesleki eğitim kurumlarının öğrencileri için bir ders kitabı / N.Yu. Morozov. - M.: Bilişim Akademisi, 2013. - 288 s.

Moskatov, E.A. Güç elektroniği. Teori ve tasarım / E.A. Moskova. - M.: Korona-Vek, MK-Press, 2013. - 256 s.

Nevolin, V.K. Elektronik cihazlarda kuantum taşımacılığı / V.K. Nevolin. - M.: Teknosfer, 2012. - 88 s.

Nemtsov, M.V. Elektrik mühendisliği ve elektronik: Öğrenciler için ders kitabı. Eğitim vermek. orta kurumlar. Prof. eğitim / M.V. Nemtsov, M.L. Nemtsov. - M.: Bilişim Akademisi, 2013. - 480 s.

Nefov, A.V. Güç elektroniği / A.V için diyotlar, transistörler ve modüller Nefedov. - M.: Radyo ve iletişim, 2012. - 312 s.

Novozhilov, O.P. Elektrik mühendisliği ve elektronik: Lisans / O.P. Novozhilov. - E.: Yurayt, 2013. - 653 s.

Opadchy, Yu.F. Analog ve dijital elektronik (tam kurs): Üniversiteler için ders kitabı / Yu.F. Opadchy, O.P. Gludkin, A.I. Gurov. - M.: Gör. hat-Telekom, 2007. - 768 s.

Partala, O.N. Dijital elektronik / O.N. Parçala. - E.: Nauka, 2001. - 224 s.

Pikhtin, A.N. Kuantum ve Optik Elektronik: Ders Kitabı / A.N. Pikhtin. - E.: Abris, 2012. - 656 s.

Platt, C. Yeni Başlayanlar için Elektronik / C. Platt; Başına. İngilizceden. B. Bondarenko. - St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2013. - 480 s.

Pokotilo, S.A. Elektrik mühendisliği ve elektronik el kitabı / S.A. Pokotilo. - Rn / D: Phoenix, 2012. - 282 s.

Poleshchuk, V.I. Elektronik üzerine görev kitabı: Öğrenciler için atölye çalışması. ort. Prof. eğitim / V.I. Poleshchuk. - M.: Bilişim Akademisi, 2011. - 160 s.

Pryanishnikov, V.A. Elektronik: ders / V.A. Pryanishnikov. - St.Petersburg: KORONAprint, 2000.

Rekus, G.G. Elektrik mühendisliği ve endüstriyel elektroniğin temelleri üzerine laboratuvar atölyesi: Ders Kitabı / G.G. Rekus. - M.: Daha yüksek. okul, 2007. - 255 s.

Rozum, T.T. Elektrik mühendisliği ve elektronikteki problemlerin toplanması: Ders Kitabı / Yu.V. Bladyko, T.T. Rozum, Yu.A. Kuvarzin; Toplamın altında ed. Yu.V. Bladyko. - Mn.: Lise, 2012. - 478 s.

Sidorov, I.N. Evde ve bahçede elektronik / I.N. Sidorov. - M.: Radyo ve iletişim, 2001. - 144 s.

Tanım. Çok boşluklu magnetronlar, bir elektron ışını oluşumunun ve bir dizi salınımlı rezonatör devresinin alternatif elektrik alanlarıyla etkileşiminin, sabit çapraz elektrik ve manyetik alanlarda meydana geldiği elektronik cihazlardır. Manyetronlar, milimetreden metreye kadar dalga aralığında sönümsüz salınımların üreteçleri olarak hizmet eder.

Cihaz. Çok boşluklu magnetronun anot bloğu (Şekil 5-1), silindirin eksenine paralel bir dizi deliğe sahip düşük bakır bir silindirdir. Bu delikleri merkezi olana bağlayan yuvalarla birlikte boşluk rezonatörleri oluştururlar. Bu nedenle, anot bloğu, bağlı devrelerin bir sistemidir. Anot bloğunun iki bitişik yuva arasında kalan kısmına segment denir. Merkezi delikte, yan yüzeyi bir oksit tabakası ile kaplanmış, silindir şeklinde bir katot vardır. Katot ile anot bloğu arasındaki boşluğa etkileşim alanı denir. Burada, katottan anoda hareket eden elektronların akışı, salınım sistemlerinin yuvalarının yakınında yoğunlaşan alternatif elektrik alanlarıyla etkileşime girer. Rezonatörlerden biri, yüksek frekanslı salınımların enerjisinin magnetrondan uzaklaştırıldığı bir bağlantı döngüsüne sahiptir. Kural olarak, magnetronun anot bloğu topraklanır ve katoda yeterince yüksek bir negatif potansiyel verilir.

Magnetron, kutupları anot bloğunun uç yüzeylerinin yakınında bulunan kalıcı bir mıknatıs tarafından oluşturulan sabit bir manyetik alana yerleştirilir. Bu nedenle, etkileşim uzayındaki elektronların hareketi, eksenel bir manyetik alana yerleştirilmiş silindirik elektrotlar sistemindeki elektronların hareketine benzer (Şekil 4-5). Bununla birlikte, bir magnetrondaki elektronların yörüngeleri daha karmaşıktır, çünkü sabit elektrik ve manyetik alanlara ek olarak, etkileşim alanında elektronların hareketini etkileyen alternatif bir elektrik alanı vardır.

Çalışma prensibi. Magnetronda sönümsüz salınımların meydana gelme mekanizması, herhangi bir kendi kendine osilatörle aynıdır. Magnetron rezonatörlerindeki ilk salınımlar, elektron ışınındaki dalgalanmaların bir sonucu olarak ortaya çıkar. Genel durumda bu salınımların frekansı, salınım sistemlerinin doğal rezonans frekansından biraz farklıdır, çünkü magnetronun anot bloğu karmaşık bir şekilde bağlı devreler sistemi oluşturur. Salınımlar, sabit bir elektrik alanı tarafından hızlandırılan ve rezonatör yuvalarının yakınında alternatif bir elektrik alanı ile etkileşime giren bir elektron akışının yardımıyla dalga alanına aktarılan anot-katot sabit voltaj kaynağının enerjisi tarafından desteklenir. Elektron akışı belirli bir fazın alternatif bir elektrik alanı ile etkileşirse, bilindiği gibi böyle bir yönlendirilmiş enerji transferi gerçekleştirilebilir. Bunu yapmak için, elektron ışını demetler halinde gruplandırılmalıdır, geçiş süresi rezonatör yarığının yakınında gerekli fazda oradaki alanın var olma süresiyle çakışacaktır.

Elektronların magnetrondaki katottan anoda hareketi, tüm azimut yönlerinde aynı şekilde gerçekleşmez. Anoda elektron akışları, yalnızca etkileşim alanının bazı alanlarında yaratılır ve sözde elektron konuşmacılarını oluşturur (Şekil 5-2, a). Tel sayısı, yüksek frekanslı salınımların doğasına bağlıdır ve magnetronun en yaygın çalışma modunda, rezonatör sayısının yarısına eşittir. Tellerdeki elektronlar, hareketlerinin doğası sabit ve alternatif elektrik alanlarının ve sabit bir manyetik alanın toplam etkisi tarafından belirlendiğinden, karmaşık döngü benzeri yörüngeler boyunca anoda doğru hareket eder.

Teller, alternatif bir elektrik alanının uygulanması nedeniyle şu anda daha pozitif bir potansiyele yüklenen anotun bu bölümlerine karşı uzanan katod bölümlerinin yakınında oluşturulur (Şekil 5-2, b) . Anot segmentlerindeki yükün işareti, salınımların fazındaki değişiklikle değiştiğinden, konuşmacıların yakınında oluştuğu katot bölümleri de değişir. Teller, etkileşim alanında, iki komşu rezonatörün alanları için salınım frekansına ve faz ilişkilerine bağlı bir hızda döner.

Tellerin dönme hızı, elektronların rezonatörlerin yarıklarına yakın geçiş anları, her zaman oradaki alanın gerekli fazının varlığının anlarıyla çakışacak şekildedir. Başka bir deyişle, konuşmacıların dönüşü, yüksek frekanslı salınımların fazındaki değişiklik ile senkronize edilir.

Telde katottan anoda karmaşık bir hareketle, elektronlar her dönüşte alana aktarılan potansiyel enerjilerinin bir kısmını kaybederler.

Enerjilerini alana vermiş olan elektronlar sürekli olarak anoda gider ve konuşmacılar katot tarafından yayılan yeni elektronlarla doldurulur. Bu, genel anlamda, çok boşluklu bir magnetronun çalışma prensibidir.

5-2. Bir magnetrondaki salınım türleri

Olası salınım türleri. Olarak Şekil l'de görülebilir. Şekil 5-1'de, magnetronun anot bloğu, bir halka şeklinde katlanmış bir N boşluklu rezonatör zinciridir. Genel olarak konuşursak, böyle bir bağlı rezonatör sisteminde, N farklı türde salınım ortaya çıkabilir. Bununla birlikte, kapalı bir N rezonatör sisteminde, yalnızca anot bloğunun çevresi etrafında dönerken toplam faz farkının eşit olduğu salınımlar vardır:

Ф = 2πn, (5-1)

burada n = 0, 1, 2, ..., N, anot bloğunun çevresi boyunca uyan yüksek frekanslı salınımların tam periyotlarının sayısını belirler.

Başka bir deyişle, anot bloğunun bir noktasındaki dalga faz ψ ile karakterize edildiyse, o zaman rezonatör zinciri boyunca yayılırken, aynı faz ile bu noktaya geri dönmelidir. Aksi takdirde, girişim sonucunda dalga yok edilecektir.

Bu nedenle, komşu rezonatörlerdeki salınımların faz farkı şuna eşit olmalıdır:

Formülden (5-2), N'den büyük n tamsayı değerleri için, faz kaymalarının olası değerlerinin 0 için φ değerlerini tekrar edeceğini görmek kolaydır.

Çok boşluklu bir magnetrondaki ana salınım türü, n = N/2 ve φ = π'ye karşılık gelen π salınımları veya antifaz salınımlarıdır. Bu tür salınım bir çifte sahip değildir ve gösterileceği gibi, diğer türlere göre daha düşük anot voltajlarında ve manyetik alanlarda meydana gelir.

(5-2)'den de görülebileceği gibi π-tipi salınımlar magnetronda sadece çift N sayısı ile meydana gelebilir. Bu nedenle, çok boşluklu magnetronların anot blokları zorunlu olarak çift sayıda rezonatör içerir.

Bir magnetrondaki alanlar. Şek. Şekil 5-3, farklı n değerleri için bir magnetrondaki alternatif elektrik ve manyetik alanların modellerini göstermektedir. Netlik için, magnetronun anot bloğu genişletilmiş biçimde gösterilmiştir (Şekil 5-3, a). Aşağıda, anot bloğunun süpürmelerinde, alternatif manyetik alanın kuvvet çizgileri, devredeki maksimum akıma karşılık gelen zaman anı için noktalı bir çizgi ile gösterilmiştir. Bloğun taramaları altında, anot yüzeyi boyunca yüksek frekans potansiyelinin dağılım eğrileri gösterilmektedir. Döngüdeki akım sıfır olduğunda alternatif elektrik alanının kuvvet çizgileri solda gösterilmiştir.

5-3. Elektronların alternatif bir elektrik alanıyla etkileşimi

Elektronik konuşmacıların oluşumu. Çok boşluklu bir magnetronda yoğunluk değişkenli bir elektron akısının - elektron konuşmacılarının - oluşumu, elektronların değişken homojen olmayan bir elektrik alanı ile etkileşimi nedeniyle, tüm M tipi cihazlarda olduğu gibi gerçekleştirilir. Bölüm'de tartışılan bu etkileşimin altında yatan fiziksel süreçler. 4 çok boşluklu magnetron için de geçerlidir.

Magnetronda salınımların yokluğunda, katodu sıfır hızla terk eden elektron episikloidal bir yörünge boyunca hareket eder (Şekil 5-4, a). Rezonatörlerin yuvalarının yakınında salınımlar meydana geldiğinde, homojen olmayan elektrik alanları oluşur.

Pirinç. 5-4. Homojen olmayan bir elektrik alanı ve elektron yörüngelerinin resimleri. a - titreşim yokluğunda; b - çalışmayan bir elektronun yörüngesi; c - "çalışan" elektronun yörüngesi

Bölümde tartışılanın aksine. 4 düz elektrot durumunda, magnetrondaki elektronların hareketi, alternatif elektrik alanının radyal ve teğet bileşenleri ile etkileşimi dikkate alınarak düşünülmelidir. Ancak, genel resim değişmiyor. Alanın radyal bileşeninin etkisi, düz elektrotlar durumunda enine bileşenin etkisine benzer ve alanın teğet bileşeni, uzunlamasına olanla aynı şekilde hareket eder. Şek. Şekil 5-4, b ve c, homojen olmayan bir elektrik alanının modellerini, alanın çeşitli noktalarındaki kuvvet vektörlerinin bileşenlerini ve elektronların hareketinin doğasını, eşit bir aralıkla ayrılmış iki farklı zaman anı için gösterir. salınım süresinin yarısı.

İlk durumda, bir episikloid yayı tanımlayan katot yüzeyinden kaçan bir elektron, alanın teğet bileşeninin vektörü, elektron hızı vektörünün yönüne zıt olduğu anda rezonatör alanında bulur. bobinin üst kısmı. 5 noktasındaki toplam elektrik alanı, radyal yönden sola sapan ε σ 5 vektörü ile karakterize edilir. Sonuç olarak, üretici dairenin yuvarlanan yüzeyi bükülür ve bobini tanımlayan elektron, katot ile çarpıştığında ısı şeklinde dağıttığı belirli bir miktarda enerji ile katot yüzeyinde bulunur. Böylece, alanı dikkate alınan faz ile karakterize edilen rezonatörlere karşı katottan yayılan elektronların çoğu katoda çıkarılır. Bir istisna, yalnızca ilk hızları etkileşim uzayında kalmalarına izin verecek olan elektronlar olabilir. Bu elektronların radyal bileşenle etkileşimi, alanın bu bölgesindeki elektron akı yoğunluğunun azalmasına yol açar. Gerçekten de, 4. noktadaki bir elektronun hızı azalır ve 6. noktada, 5. noktada bulunan merkezi elektronun hızına göre artar (bkz. § 4-2). Elektronların gruplaşması meydana gelir.

Alanın zıt fazına düşen elektronların hareketi farklı bir karaktere sahiptir (Şekil 5-4, c). Radyal bileşenin etkisi altında, 1. noktadaki elektron teğet yönde ek bir hız kazanır ve 3. noktadaki elektron hızı azalır. Elektronlar, 2. noktada bulunan elektronun etrafında bir demet halinde gruplanmıştır. Elektron akışının faz odaklaması meydana gelir.

Homojen olmayan alanın ε τ 2 teğet bileşeninin vektörünün ve sabit elektrik alanının ε vektörünün eklenmesinin bir sonucu olarak, toplam vektör ε σ 2 sağa sapar. Üreten dairenin yuvarlanan yüzeyi, katot yüzeyinin üzerine çıkar. Bir elektronun yörüngesi, katottan anoda giden belirli bir eğri yüzey boyunca yuvarlanan bir daire üzerindeki bir noktanın yörüngesi olarak yaklaşık olarak temsil edilebilir. Yörüngedeki "döngülerin" sayısı ve üretici yüzeyin "dikliği", anot voltajının büyüklüğüne, manyetik indüksiyona ve ayrıca alternatif elektrik alanının yoğunluğuna bağlıdır.

Bu nedenle, yalnızca elektronlar anoda koşar, döngü benzeri yörüngeleri tanımlar ve katodun belirli bir anda elektronları yavaşlatan alternatif bir elektrik alanının olduğu bölümlerini terk eder: magnetronda elektron telleri oluşur. Antifaz salınım modunda bu tür konuşmacıların sayısı, rezonatörlerin sayısının yarısına eşittir (bkz. Şekil 5-2, a).

Elektronik konuştu hareketi. Her yarım periyotta, segmentlerdeki yüksek frekans potansiyellerinin işaretleri tersine döndüğünden (homojen olmayan alan, olduğu gibi, cihazın ekseni etrafında döner), elektronik konuşmacılar da alandan sonra hareket eder. Aşağıda göreceğimiz gibi, konuşmacıların istenen açısal dönüş hızını sağlamak için, anot ve katot arasındaki potansiyel farkın belirli bir değeri gereklidir. Alan yer değiştirmesi ile senkronize olan elektronik tellerin böyle bir dönüşü, yalnızca tellerdeki elektronların sürekli sıkıştırılmasını değil - faz odaklanmasını değil, aynı zamanda elektronlar ve mikrodalga alanı arasında gerekli enerji alışverişi modunu da sağlar.

Elektronlardan alana enerji aktarımı. Konuşmayı oluşturan elektronlar, dönme hareketi ile aynı anda episikloidin dönüşlerini tanımlar, katottan yükselir ve yavaş yavaş anoda gider. Tel döndükçe, katodun yeni bölümlerinden elektronlar yenilenir. Böylece tellerdeki elektronlar katottan anoda doğru sürekli olarak radyal yönde hareket ederler. Elektronların hareketinin bu bileşenine potansiyel enerjilerinde bir azalma eşlik eder.

Elektronların enerjisi, elektrik bileşeniyle etkileşimi elektronların düşünülen hareketinin nedeni olan elektromanyetik alana aktarılır.

Elektronların radyal hareketini sağlamak ve ayrıca konuşmacıların dönme hareketi için, anot-katot potansiyel farkının ve manyetik alan gücünün belirli değerleri gereklidir.

5-4. Magnetronun çalışma modu

Önceki paragraflarda, çalışan elektronların döngü benzeri yörüngeler boyunca hareketini, radyal yönde hareket etmelerini ve konuşmacıların istenen açısal dönüş hızını elde etmelerini sağlamak için, kuvvet ε arasında belirli ilişkilerin gerekli olduğuna dikkat çekilmiştir. sabit elektrik alanı ve manyetik indüksiyon B. ε ve B'nin uygun değerlerinin seçimi, çalışma magnetron modunu belirler.

kritik mod parabol. Magnetronun anot voltajı kritik olandan daha büyükse, elektronlar tarafından yüksek frekanslı alana enerji aktarımı koşulları karşılanmaz. Aslında, U a > U a.kr olduğunda, eğrisel yörüngeler boyunca hareket eden elektronlar (bkz. Şekil 4-7) anoda doğru koşarlar. Bu durumda, yüksek frekanslı salınımlar, ortaya çıkmış olsalar bile, döngüleri tanımlamayan ve pratik olarak rezonatörlerin yuvalarının yakınında alternatif bir elektrik alanıyla etkileşime girmeyen elektronların enerjisi nedeniyle korunamaz. Bu nedenle, anot voltajlarının çalışma değerleri, denklem (4-38) ile açıklanan kritik mod parabolünün (Şekil 4-6) altında olmalıdır.

senkronizasyon potansiyeli. Bununla birlikte, magnetronun normal çalışması için elektronların döngü benzeri yörüngeler boyunca hareketi yeterli değildir. Mikrodalga salınımlarının fazındaki değişiklikle eşzamanlı olarak, konuşmacıların belirli bir açısal frekansla dönmesini sağlamak da gereklidir. Eşzamanlılık koşulu, konuşmacıların açısal dönüş hızının farklı değerlerinde yerine getirilebilir. Gerçekten de, π biçimindeki salınımlar için, iki komşu rezonatör arasındaki ispitin hareketinin süresi tc sadece yarım periyoda değil, aynı zamanda herhangi bir tamsayı yarım periyoda da eşit olabilir:

burada p = 0, 1, 2, 3...

Çeşitli p değerlerinde π tipi salınımlar için elektronların hareketinin grafikleri, Şekil 1'de noktalı düz çizgilerle gösterilmiştir. 5-5.

Pirinç. 5-5. π-modu salınımları sırasında alternatif bir elektrik alanının resmi ve elektronların hareketinin grafikleri

Grafikte, zaman y ekseni boyunca çizilir ve anot bloğunun altında, periyodun her çeyreğinde yüksek frekans potansiyelinin dağılım eğrileri gösterilir. Tüm zaman boyunca, stres düğümleri yuvaların ortasında kalır. p'nin bir tamsayı olduğu tüm durumlarda, elektronlar kendilerini her rezonatörün yakınında bir geciktirici alanda bulurlar. p'ye bağlı olarak, sadece elektron dönüşünün açısal hızı ω 0 değişir. ω 0'ın maksimum değeri, t c = T/2 olduğunda p = 0'a karşılık gelir.

Elektronların açısal dönüş hızını karakterize etmek için, elektronun tüm rezonatörlerden geçtiği ve başlangıç ​​noktasına döndüğü periyotların sayısına eşit bir k parametresi eklemek uygundur. Daha sonra, T periyodunun kesirleri olarak ifade edilen bitişik rezonatörler arasındaki elektron hareketinin süresi, ilişki ile belirlenir.

π salınımları durumunda, ifade (5-3) şu şekli alır:

Bu oranı diğer titreşim türleri için genelleştirerek şunları elde ederiz:

k parametresini kullanarak, her türden salınım için elektron dönüşünün açısal hızı için bir ifade elde etmek kolaydır:

burada λ = cT magnetrondaki salınımların dalga boyu ve c ışık hızıdır.

Açısal dönme hızını sağlamak için, anot yüzeyine yakın ispitte bulunan elektronun teğetsel bir hıza sahip olması gerekir.

Bir elektron, U a potansiyel farkı tarafından belirlenen sabit bir elektrik alanı nedeniyle bir magnetronda kinetik enerji elde eder. Anot yüzeyinde (r = r a), elektron enerjisinin en yüksek değeri:

E K = eU a . (5-9)

Senkron hareket koşulları altında, anot yüzeyindeki elektron enerjisi şöyle olmalıdır:

(5-9) ve (5-10) eşitleyerek, elektronların senkron dönüşünü sağlamak için gereken anot voltajının değerini elde ederiz:

Senkronizasyon potansiyeli olarak adlandırılan bu değer, elektronik ispitlerin senkron dönüşünün mümkün olduğu anot voltajının en küçük (belirli bir k için) değerini belirler.

(5-11) tüm sabitlerin sayısal değerlerini değiştirerek ve U c'yi volt olarak ifade ederek şunu elde ederiz:

Bu ifade, elektronun anot yüzeyine eş eksenli bir daire boyunca ve rа'ya yakın bir yarıçapla hareket ettiği varsayımıyla elde edilmiştir. Gerçekte, elektronlar magnetron içinde karmaşık ilmek benzeri yörüngeler boyunca hareket eder ve hızlarının teğetsel bileşeni hem dairenin genel merkezinin taşınabilir hareketinin hızına hem de elektronun kendisinin göreceli hızına bağlıdır. bu merkeze.

Eşik gerilimi. Anot yüzeyine yaklaşan ve enerjisinin önemli bir kısmını alana aktaran elektron, etkileşim alanından çıkarılmalıdır. Aksi takdirde, böyle harcanmış, yavaş hareket eden bir elektron, jant telinin gerisinde kalacak ve alternatif alandan enerji alacaktır. Harcanan elektronların anoda ulaşması ve elektronların gerekli teğetsel hızını sağlamasının yanı sıra, döngü benzeri eğriler boyunca hareketlerini dikkate alarak, senkronizasyon potansiyelinden biraz daha yüksek bir anot voltajı gereklidir U c .

Magnetronun merkezinden uzaktaki bir elektrona r mesafesindeki ve cihazın ekseni etrafında ω 0 açısal hızıyla dönen üç kuvvet etki eder (Şekil 5-6): sabit bir elektrik alanının kuvveti Fe yönlendirilir anoda doğru yarıçap boyunca; Sağ el kuralına göre bir elektron manyetik alan çizgilerini geçtiğinde ortaya çıkan Lorentz kuvveti F m katoda doğru yönlendirilir; ve son olarak, üçüncü, merkezkaç kuvveti F d, F e kuvveti ile aynı doğrultudadır.

Bir elektronun anoda ulaşması için, radyal yöndeki hareketinin kinetik enerjisi sıfırdan büyük olmalıdır ve bu nedenle, Fe ve F d kuvvetlerinin işi, işten büyük veya en azından eşit olmalıdır. kuvvetin F m.

Bu düşüncelerden [L. 2] eşik voltajı, yani harcanan elektronların anoda kaldırıldığı en düşük anot voltajının değeri:

Burada (5-7) formülünü ω 0 ile değiştirerek ve voltajı volt olarak ifade ederek şunu elde ederiz:

Bu, harcanan elektronların anoda çıkarılması için belirlenen koşulları sağlamak için, anot voltajının senkronizasyon potansiyelinden daha büyük olması gerektiğini ve U c'nin değeri manyetik alan kuvvetine bağlı değilse, o zaman eşiğin Voltaj V değeriyle orantılı olarak artar.

Çalışma Modu Şeması. Bu nedenle, magnetronun normal çalışması için bir dizi koşulu göz önünde bulundurduk ve denklemler elde ettik: kritik potansiyel (4-38), senkronizasyon potansiyeli (5-12) ve eşik anot voltajı (5-14) için. .

Bu bağımlılıkların üçü de Şekil 1'de gösterilmektedir. 5-7. Kritik modun parabolü, B - U a (gölgeli) düzleminde çalışmayan alanı ayırır. Bu bölgedeki herhangi bir nokta için B ve U a değerleri için magnetrondaki elektronlar ilmek benzeri yörüngeleri tanımlamaz ve salınım yoktur. Senkronizasyon potansiyelinin değeri (5-12), V'ye bağlı değildir, ancak k'ye bağlı olarak değişir. 5-7, U c çizgisi sadece π-salınım modu için çizilir (n = 4; p = 0; N = 8). Diğer k = n (p = 0) için, senkronizasyon potansiyeli kritik mod parabolündeki noktalarla işaretlenir.

Çeşitli k(p = 0)'daki eşik voltaj çizgisi (5-14), B - U düzleminde, bu tür salınım için senkronizasyon potansiyelinin değerine karşılık gelen noktalarda kritik mod parabolüne teğet düz çizgiler olarak gösterilir. . Kritik potansiyelin (4-38) değeri (5-14) ifadesinde ikame edilirse, bunun geçerliliğini doğrulamak kolaydır.

Böylece, π-tipi salınımlar için, çalışmayan bölge aynı zamanda düzlemin doğrudan eşik voltajının (k = 4) altında kalan kısmıdır. U a ve B'nin bu değerleriyle, ya konuşmacıların senkron hareketi koşulu karşılanmaz (U a

5-5. Magnetron anot bloğu

Anot bloğunun eşdeğer devresi. Magnetron rezonatörlerinin en yaygın biçimleri, Şek. 5-8, burada zaten bilinenlere ek olarak, kısa devreli dalga kılavuzları segmentlerinden oluşan rezonatörler de gösterilir. Bununla birlikte, herhangi bir rezonatör konfigürasyonu için anot bloğu, karmaşık bir şekilde bağlı devreler sistemidir. Magnetronun devreleri, komşu rezonatörlerin akımları anot bloğunun segmentinin yüzeyi boyunca aktığı için öncelikle iletken olarak birbirine bağlıdır. Ek olarak, anot bloğunun segmentleri ve katot yüzeyi tarafından oluşturulan kapasitanslar aracılığıyla komşu rezonatörler arasında kapasitif bir bağlantı da vardır. Ve son olarak, bitişik rezonatörler endüktif olarak birleştirilir (rezonatördeki alternatif manyetik alanın kuvvet çizgileri bitişik deliklerden kapatılır).

Bir veya başka bir bağlantı tipinin baskınlığı, anot bloğunun tasarımı ve özellikle yüksekliği h ile belirlenir. Küçük bir h değerinde, bireysel rezonatörler arasında endüktif kuplaj hakimdir ve anot bloğunun h yüksekliğindeki bir artışla, kapasitif kuplaj giderek daha önemli bir rol oynar. Büyük h ile bir magnetronun anot bloğunun olası eşdeğer devrelerinden biri Şekil 2'de gösterilmiştir. 5-9. L 0 ve C 0 değerleri, sırasıyla rezonatörün eşdeğer endüktansı ve kapasitansıdır. Rezonatörler iletken olarak ve kapasitanslar C a-k anot - katot aracılığıyla birbirine bağlanır.

Böyle bir eşdeğer devrenin analizi şunu gösterir [L. 2] üretilen salınımların dalga boyunun hem reaktif parametrelere hem de n sayısına bağlı olduğunu:

Magnetronlarda C a-k / C 0 oranı genellikle 0.1-0.4'tür.

Sekiz rezonatörlü bir magnetron için bağımlılık (5-15), Şek. 5-10 (eğri 1). Benzer bir bağımlılık burada da çizilmiştir (eğri 2), ancak magnetronda endüktif kuplajın baskın olduğu durum için. i tipi salınımların dalga boyunda komşu modların salınımlarından biraz farklı olduğu eğrilerden görülebilir. Rezonatör sayısı ve dolayısıyla n sayısı arttıkça, bu fark küçülür ve küçülür. Ek olarak, komşu modların salınımlarından π salınımlarının frekansındaki küçük fark nedeniyle, magnetron jeneratörünün çalışması kararsız olabilir.

Güç kaynağı modundaki bir değişiklik, yükün doğası ve diğer nedenlerle, magnetronda π salınımları yerine farklı türde salınımlar (frekans sıçraması) meydana gelebilir. Aynı zamanda π tipi ve komşu tipteki salınımların eşzamanlı varlığı da mümkündür. Bu durumda, yüksek frekanslı alanın dağılımı bozulur, senkronizasyon durumu yetersiz karşılanır ve magnetronun gücü ve verimliliği düşer. Bu nedenle, özellikle kısa dalga boylarında önemli olan salınımların gücünü artırmak için rezonatör sayısını artırmak mümkün değildir.

Demetler kullanarak titreşim modlarının ayrılması. Magnetronlardaki kararsızlıkları gidermek için özel önlemler alınır. En basit durumda halka şeklinde olan özel demetler iyi bir etki sağlar (Şek. 5-11). Halkalardan biri anot bloğunun dört çift parçasına, diğeri dört tek parçaya kaynaklanır. Demetler, magnetronun salınım sistemine ek kapasitans ve endüktans sağlar. Girilen kapasitans, yalnızca demetlerin boyutu ve anot bloğunun yüzeyinden uzaklıkları ile değil, aynı zamanda iki halka arasındaki yüksek frekans potansiyellerindeki farkla belirlenir. Endüktans, hem demetlerin boyutuna hem de demetlerden geçen akımlara bağlıdır.

Antifaz salınımları ile halkaların her biri aynı potansiyel altındaki blok segmentlerine bağlanır. Böylece, iki bağlama halkasının yüksek frekans potansiyellerinin faz farkı π'ye eşittir ve demetlerin kapasitif etkisi çok önemlidir. Aynı zamanda, her bir halka aynı potansiyele sahip segmentlere kaynaklandığından ve demetlerdeki dengeleme akımları sıfıra yakın olduğundan, π salınımları sırasında demetlerin endüktif etkisi minimumdur. Sonuç olarak, π-salınımları sırasında kasnakların ortaya çıkan etkisi kapasitif bir karaktere sahiptir. Demetlerin rezonatörlere verdiği kapasitans, kendi kapasitanslarına paraleldir. Sonuç olarak, toplam kapasitans artar ve π salınımları sırasında dalga boyu artar.

Diğer türdeki salınımlarda, halkaların her birine bağlı bölümlerin yüksek frekanslı potansiyelleri aynı değildir ve bu nedenle demetler arasındaki ortalama potansiyel fark, antifaz salınımlarından daha azdır. Sonuç olarak, demetler tarafından verilen kapasitans azalır ve aynı halkaya bağlı iki segmentin yüksek frekans potansiyellerindeki fark nedeniyle, içindeki akımları eşitlediğinden, eklenen endüktans artar. Ligamentlerin ortaya çıkan etkisi endüktiftir. Girilen endüktans, rezonatörlerin öz endüktansına paraleldir; toplam endüktans azalır ve salınımların dalga boyu da azalır.

Çeşitli tipte demetler kullanıldığında salınımların dalga boyundaki n değerinden değişiklik, Şek. 5-10 (eğri 5 - bağlar için Şekil 5-11, a ve eğri 4 - bağlar için Şekil 5-11, b).

Bu eğrilerin eğri 1 ve 2 ile karşılaştırılmasından, demetlerin kullanımının π-titreşimlerinin ve komşu modun frekanslarındaki farkı önemli ölçüde artırmayı mümkün kıldığı görülebilir. Magnetronun kararlı çalışması için, n = N/2-1 şeklindeki salınımların frekansının, antifaz salınımlarının frekansından en az% 4 farklı olması gerekir. Genellikle frekans aralığının %10-15 düzeyinde olmasını sağlarlar.

Magnetronun antifaz salınım modunda çalışmasının stabilitesinde bir artış, asimetrik bağların, örneğin bir boşluğu olan halkaların kullanılmasıyla da kolaylaştırılır. Asimetrik demetlerin kullanımı, antifaz dışındaki salınımlardan kaynaklanan yüksek frekanslı alanların yönelimini ihlal eder ve bu nedenle görünümlerini daha da karmaşık hale getirir. Ayrıca, demetlerin kullanımına bağlı olarak π-mod salınımlarının dalga boyundaki bir artışın, üretilen salınımların gücünde ve verimliliğin artmasıyla birlikte eşik voltajında ​​karşılık gelen bir azalmaya yol açtığına dikkat edilmelidir. magnetron.

Ligament kullanımının bazı dezavantajları da vardır. Örneğin, demetler tarafından oluşturulan ve azimut açısından bağımsız olan yüksek frekanslı bir alan, etkileşim alanındaki elektrik alanını bir dereceye kadar bozar ve magnetronun çalışmasını bozar. Ek olarak, demetlerin eklenmesi, üretilen salınımların dalga boyunun kısalmasıyla değeri artan yüksek frekanslı kayıpları arttırır. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için demetler, anot bloğundaki özel oluklara yerleştirilerek blendajlanır.

Çok boşluklu anot bloğu. λ = 3 cm ve daha kısa dalga boylarında çalışan magnetronlarda, başka bir frekans ayırma yöntemi kullanılır - farklı rezonatörlere sahip bir anot bloğu.

Çok rezonatörlü bir anot bloğunda, her bir ikinci rezonatörün boyutları, geleneksel bir anot bloğundaki boyutlara kıyasla bir şekilde artar; rezonatörlerin ikinci yarısının boyutları azalır (Şekil 5-12). Görünüşe göre, biri kısa dalgaya, diğeri daha uzun olana ayarlanmış iki rezonatör sistemi ortaya çıkıyor.

Çok rezonatörlü bir sistemde n'nin farklı değerlerine karşılık gelen salınımların dalga boylarını belirlemek için, anot bloğunun iki farklı sistemden oluştuğunu varsayarak (5-15) formülünü kullanabilirsiniz: büyük (hb) ve küçük (hm) ) rezonatörler. Bu dalga boylarını hesaplarken λ 0 yerine sırasıyla büyük veya küçük bir rezonatörün rezonans dalga boyunu değiştirmeniz gerekir. Ancak sistemdeki aynı rezonatörlerin sayısı, toplam N rezonatör sayısının yarısı olduğundan, her bir aynı rezonatör sistemi için, değeri N / 4'ten fazla olamayacak olan kendi n" numaralarını sunarlar.

Şek. Şekil 5-13, çok boşluklu bir magnetrondaki (N = 18) n değerine bağlı olarak dalga boyundaki değişimi (3. eğri) göstermektedir. Bu eğrinin n = 4'e kadar olan üst dalı, büyük ve küçük rezonatörlerdeki salınımlar arasında sıfır faz kayması olan ilk uzun dalga boylu salınım grubuna karşılık gelir. Buradaki dalga boyundaki değişimin doğası, demetleri olmayan (eğri 1) geleneksel bir magnetronla aynıdır: n'deki artışla dalga boyu azalır.

n = 5'ten n = N/2 = 9'a kadar olan eğrinin alt dalı, ikinci kısa dalga salınım grubuna karşılık gelir. Burada n arttıkça dalga boyu azalır. Şek. 5-13 ayrıca demetleri olan bir magnetron için karşılaştırma eğrisi 2'yi de gösterir.

Farklı n'deki frekans aralığı, artışıyla artan h b / h m (Şekil 5-12) oranına bağlıdır. Bununla birlikte, h b / h m'nin önemli değerlerinde, azimut açısından bağımsız olan ve elektron ışınının yüksek frekanslı alanla etkileşimini kötüleştiren yüksek frekanslı alan bileşeninin etkisi artar.

Çoklu rezonatör sisteminin demetleri olan bir anot bloğuna göre avantajı, öncelikle anot bloğunun yüksekliğinin frekans ayrımını etkilememesi gerçeğinde yatmaktadır. Ek olarak, çok boşluklu anot bloğundaki yüksek frekans kayıpları çok daha küçüktür, bu da magnetronun verimliliğini artırmayı mümkün kılar.

5-6. Manyetronların parametreleri ve özellikleri

Çok boşluklu magnetronlar, diğer elektronik cihazlar gibi, çalışma, sınırlayıcı, iklimsel ve diğer çalışma modlarını belirleyen bir dizi parametre ile karakterize edilir.

Elektrik Modu Parametreleri. Referans verileri, kural olarak şunları şart koşar: U n geriliminin büyüklüğü veya I n akımının parlaması ve bunların izin verilen sapmaları, genellikle ± %10'u aşmaz; nominal anot gerilimi U a ve bu değerin izin verilen üst sınırı; akımın nominal ve izin verilen üst ve alt değerleri I a; manyetik alanın gücü veya indüksiyonu. Darbeli modda çalışan magnetronlar için, referans kitabı, anot voltaj darbelerinin süresinin nominal ve izin verilen değerlerini, görev döngülerini ve cephelerin dikliğini gösterir - bunlar tarafından üretilen salınımların spektrumunu büyük ölçüde belirleyen miktarlar. magnetron.

Üretilen salınımların gücü. Çok boşluklu magnetronlar genellikle darbeli veya sürekli modda güçlü mikrodalga salınımlarının jeneratörleri olarak kullanılır. Bu nedenle bu cihazların en önemli parametresi üretilen güç miktarıdır.

P çıkış \u003d ηI bir U a, (5-61)

burada η magnetronun toplam verimidir. Bu nedenle, Pout'un değeri yalnızca magnetronun elektriksel çalışma moduna değil, aynı zamanda başka bir önemli parametreye de bağlıdır - cihazın verimliliği.

Yeterlik magnetronun gücü, mikrodalga salınımlarının gücünün, anot devresindeki sabit bir voltaj kaynağından magnetrona sağlanan güce oranı ile belirlenir.

Sabit bir elektrik alanından enerji alan elektronlar, onu rezonatörlerin yüksek frekanslı alanına tamamen aktarmaz. Bazı elektronlar, enerji transferi mekanizmasına hiç katılmazlar, çünkü en başta, ek hızlanma aldıktan sonra, katoda geri dönerler ve onu ısıtırlar, yüzeyi ile çarpışma üzerine kalan enerjiden vazgeçerler. Telleri oluşturan ve yüksek frekanslı alanla tekrar tekrar etkileşime giren çalışan elektronlar, çoğu durumda enerjilerini tamamen harcamadan anoda ulaşır ve geri kalanını anoda aktararak çarpma anında ısıtır. Böylece, elektronların sabit bir elektrik alanından aldığı enerjinin bir kısmı gereksiz yere harcanır. Bu enerji tüketimine elektronik kayıplar denir. Elektron akışından yüksek frekanslı alan tarafından alınan enerjinin, sabit bir elektrik alanı tarafından elektronlara verilen toplam enerjiye oranına magnetron ηel'in elektronik verimliliği denir. Bu değer, elektron demetinin alternatif bir elektrik alanı ile etkileşiminin verimliliğini karakterize eder. Yüksek frekanslı salınımların enerjisi aynı zamanda rezonatörlerin kendisinde (aktif direncin neden olduğu kayıpları telafi etmek için), enerji çıkış cihazlarında, dielektriklerde vb. de tüketilir. Bu kayıplar, salınım sisteminin verimliliği ile belirlenir η k. magnetronun verimi şuna eşittir:

η = η el η k (5-17)

Magnetronun elektronik verimliliğinin değeri, büyük ölçüde çalışma moduna bağlıdır. ηel'i belirlemek için, yalnızca sabit bir elektrik alanından elektronun aldığı enerjiyi değil, aynı zamanda elektron tarafından tüketilmeyen enerji miktarını da (elektronun anoda ulaştığı kinetik enerji) bilmek gerekir. Senkronizm koşullarını yerine getirmek için elektron, anot yüzeyinin yakınında U c'den az olmayan bir hızla hareket etmelidir. Bu nedenle anoda ulaşan bir elektronun kinetik enerjisi eU c'den az olamaz. Bu nedenle, magnetronun elektronik verimliliği şuna eşittir:

Ancak bu formülden hesaplanan elektronik verimin deneysel değer olan ηel'den daha yüksek olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu, anoda çarpan bir elektronun kinetik enerjisinin aslında eU c değerinden çok daha büyük olması gerçeğiyle açıklanır. Elektronlar etkileşim uzayında hareket eder ve döngü benzeri yörüngeleri tanımlar. Anot voltajı eşik voltajına yakınsa, elektronlar katottan anoda yavaşça yükselir ve kural olarak "döngünün" tepesinde olmak üzere anoda düşer. Üreten dairenin ekseninin teğetsel hızı (senkronizm koşulundan) U c ise, elektronun katoda göre teğetsel hızı yaklaşık 2 kat daha fazladır ve kinetik enerjisi kabul edilen değerden 4 kat daha fazladır. . Çalışma modunda, magnetrondaki anot voltajı genellikle U p'den büyüktür ve elektronlar daha dik bir döngü benzeri yörünge boyunca anoda yükselir. Hem döngünün tepesindeki hem de elektron hızının sıfıra yakın olduğu başlangıcında anoda ulaşabilirler. Bu nedenle, yüzeye yakın kinetik enerjinin ortalama değeri, eU c değerinden yaklaşık 2 kat daha fazladır. Modern çok boşluklu magnetronlarda elektronik verimin değeri %50-70 veya daha fazlasına ulaşır.

Çalışma dalga boyuλ 0 veya salınımların çalışma frekansı ω 0, § 5-5'te gösterildiği gibi, rezonatörlerin parametreleri ve anot bloğunun tasarımı ile belirlenir. Konvansiyonel tasarıma sahip çok boşluklu magnetronlarda, rezonatörlerin kapasitansını veya endüktansını değiştiren özel cihazlar kullanılarak çalışma frekansında küçük sınırlar içinde bir değişiklik elde edilebilir (aşağıdaki § 5-7'ye bakın).

Çok boşluklu magnetronlara dayalı jeneratör cihazları tasarlarken, salınım frekansının stabilizasyonuna özel önem verilir. Bu amaçla, yukarıda belirtildiği gibi demetler kullanılır, farklı rezonatör anot blokları kullanılır, vb. Bununla birlikte, magnetronun çalışma frekansı, yükün doğasına ve magnetronla bağlantı yöntemine önemli ölçüde bağlıdır. Yükün etkisi altındaki frekans değişiminin derecesi, elektronik frekans kayması, frekans çekme vb. parametrelerle karakterize edilir. Bu fenomenler, magnetronun sözde yük özelliği ile en iyi şekilde gösterilir. Magnetronun gerçek koşullarda çalışması "Radyo ileten cihazlar" dersinde ayrıntılı olarak ele alınmaktadır ve bu nedenle bu konuların tartışılması bu kitabın kapsamı dışındadır.

Magnetronların çalışma özellikleri. B, P out, η ve ω 0 sabit değerlerinde U a = f(I a) bağımlılıkları magnetronların çalışma özellikleri olarak alınır. Genellikle, B, P out ve η'ın sabit değerlerinin çizgileri aynı grafikte I a - U a koordinatlarında gösterilir. Bu eğri aileleri, çok boşluklu magnetronların çalışma özellikleri olarak adlandırılır.

Şek. 5-14, aşağıdaki parametrelerle bir magnetronun çalışma özelliklerini gösterir: çalışma modu - darbeli, rezonatör sayısı N = 8, katot yarıçapı r k = 0,3 cm, anot yarıçapı r a = 0,8 cm, anot blok yüksekliği h = 2 cm, frekans (π salınımları modunda) f = 2800 MHz, çalışma anot voltajı U a = 16 kV, çalışma modunda manyetik alan gücü H = 128000 a / m, çalışma anot akımı (darbede) I a = 20 A , k. p.d. η \u003d %42, üretilen güç (darbede) P out \u003d 35 kW.

Düşük anot voltajlarında ve buna bağlı olarak daha düşük V'de, magnetronun verimliliği düşüktür. Bu nedenle, düşük anot voltajlarının kullanılması mantıklı değildir. Anot voltajındaki önemli bir artış, verimlilikte ve üretilen güçte bir miktar artışa eşlik etmesine rağmen, ek olarak manyetik alan kuvvetinde bir artış gerektirir. Çok büyük U a ve B değerleri ile çalışmak ciddi teknik zorluklarla karşılaşmaktadır; Ua'daki bir artışla önce hızlı ve sonra yavaş yavaş artan verimlilikteki bir artışla gerekçelendirilmezler.

Düşük anot akımlarında magnetron kararsız çalışır. Elektronların çoğu katoda döner, verim ve üretilen güç yüksek değildir. Akımdaki aşırı artış da istenmez, çünkü bu durumda anot bloğu çok sıcaktır, katot aşırı yük ile çalışır ve Ua'da daha fazla artış gereklidir.

Bu nedenlerden dolayı, her magnetron tipi için U a ve I a'daki değişiklikler için çalışma limitleri vardır. Anot voltajı ve akımının seçilen değerlerindeki diğer parametreler (V, η, P out), çalışma özellikleri ile benzersiz bir şekilde belirlenir.

Bir eğri ailesi düşünün B = const. Belirli bir V değeri için ve Ua'daki bir artışla, anot akımı başlangıçta küçüktür ve yavaş büyür. Eğrilerin bu kısmı, eşiğin altındaki anot voltajlarına karşılık gelir. Elektronların çoğu anoda çarpmaz, ancak Fm kuvvetinin etkisi altında katoda geri dönerler. U a'da daha fazla bir artışla, anot akımı keskin bir şekilde artar ve U a = f(I a) eğrileri, apsis ekseni ile küçük bir açı oluşturan neredeyse düz çizgilerin parçalarıdır. Karakteristiklerin bu çalışma kısmı, U a > U p değerlerine karşılık gelir.

V'deki bir artışla, aynı I a değerini elde etmek için, anot voltajının büyük değerleri gereklidir ve Şek. 5-14'te, aynı B artışları aynı Ua artışlarını gerektirir (eşit artışlarla B = const satırları birbirinden aynı uzaklıkta bulunur). Başka bir deyişle, anot voltajı, eşik voltajı için formül (5-14) ile tamamen tutarlı olan manyetik alan kuvveti ile orantılıdır. Buradaki U p değeri, B = const özelliklerinin doğrusal kısmını y ekseni ile kesişime genişleterek grafiksel olarak belirlemek kolaydır.

İkinci ailenin eğrileri (P outx = const) hiperboliktir. Magnetrondaki salınım gücü, P out = ηI a U a ifadesi ile belirlenir. Verimlilik, I a ve U a'ya bağlı olarak değişir. Bu nedenle, P vyx = const doğruları düzenli hiperboller değildir.

Şek. 5-14 I a \u003d const olduğu ve U a'daki bir artışla magnetronun veriminin arttığı görülebilir. Bunun temel nedeni, Ua ve B'deki bir artışa, üreten dairenin yarıçapındaki bir azalmanın ve sonuç olarak, elektronların anoda girme hızındaki bir azalmanın eşlik etmesidir. Anot akımındaki bir artışla (V = const'ta), η önce biraz artar ve sonra azalır.

Çok düşük anot akımlarında küçük η değeri, büyük elektronik kayıplarla açıklanır. Ek olarak, rezonatörlerdeki salınımların düşük yoğunluğu nedeniyle, alternatif elektrik alanının odaklama etkisi önemsizdir. Elektronlar, parmaklıklar halinde zayıf bir şekilde gruplandırılmıştır ve senkronizasyon koşulu, elektronların yalnızca küçük bir kısmı için karşılanmaktadır. I a'daki belirli bir artışla, bu nedenlerin etkisi zayıfladığı için verimlilik artar. Akımdaki ilave bir artışa, anottaki kinetik enerjinin radyal bileşenindeki bir artış ve ayrıca konuşmacılardaki elektronların karşılıklı itilmesi nedeniyle η'da bir düşüş eşlik eder.

5-7. Çok boşluklu magnetronların tasarım özellikleri

Magnetronun çalışma koşulları, yalnızca geleneksel vakum tüplerinin değil, aynı zamanda diğer mikrodalga cihazlarının çalışma koşullarından farklıdır. Katot tarafından yayılan elektronların önemli bir kısmı geri döndürülür. Bu elektronlar, belirli bir miktarda kinetik enerji ile katoda çarparak onu ısıtır ve katot yüzeyinden ek ikincil emisyona neden olur. Magnetronda harcanan toplam gücün yaklaşık %5'i katotta serbest bırakılır. İkincil emisyon tarafından üretilen elektron akışı, katot tarafından yayılan elektron akışının önemli bir bölümünü oluşturur. İkincil emisyon akımının büyüklüğü, magnetronlar açıldıktan sonra filaman devresi açılırsa genellikle normal çalışmaya devam edecek şekildedir. Bu nedenle, magnetron katot, yalnızca dahil edildiği anda önemli termiyonik emisyon sağlamalıdır. Güçlü bir elektrik alanı, bir magnetrondaki katodun çalışmasının özelliklerine de atfedilmelidir, çünkü genellikle anot potansiyeli birkaç kilovolttur ve güçlü magnetronlarda onlarca kilovolttur, anot-katot mesafeleri ise birkaçını geçmez. santimetre.

Magnetron içindeki katot, yüksek yoğunluklu bir termiyonik akım sağlamalıdır. Ayrıca aşırı ısınmaya ve güçlü elektrik alanlarına karşı dayanıklı olması ve emisyonu zaman içinde sabit tutması gerekir.

Çoğu zaman, magnetronlarda, 40 A/cm2'ye kadar bir akım yoğunluğu elde etmeyi mümkün kılan ve 70 kV/cm2'ye kadar elektrik alanlarında çalışabilen ısıtılmış oksit katotlar kullanılır. Bu katotların ikincil emisyon katsayısı birkaç on'a ulaşır. Magnetronlar ayrıca %96 tungsten ve %4 toryum oksit içeren bir tozdan sinterlenmiş tungsten-toryum katotları kullanır. Bu katotlar çok dayanıklıdır, gaz zehirlenmesine karşı dirençlidir ve kıvılcım çıktıktan sonra orijinal emisyonu geri yükler. Bölme metal süngeri ve emprenye edilmiş katotlar 80 A/cm2'ye kadar akım yoğunluğu sağlayabilir ve 20 kV'a kadar voltajlarda kararlı şekilde çalışabilir.

Magnetronun çalışmasında önemli bir rol, sabit bir manyetik alan tarafından oynanır. Yüksek verim elde etmek için, manyetik alan indüksiyonu 0,3-0,6 Wb/m 2 mertebesinde olmalıdır. Böyle güçlü bir manyetik alan, özel bir şekle sahip güçlü kalıcı mıknatıslar tarafından oluşturulur (Şekil 5-15). Özellikle güçlü manyetik alanların gerekli olduğu durumlarda, ferromanyetik malzemeden yapılmış kutup parçalarının anot bloğunun uç duvarları olarak işlev gördüğü yığın magnetronlar kullanılır. Paket magnetronlarda, kutuplar arasındaki hava boşluğu önemli ölçüde azaltılır, bu da manyetik alan gücünü artırmayı veya genellikle magnetronun kendisinden çok daha ağır ve daha büyük olan kalıcı mıknatısın ağırlığını ve boyutlarını azaltmayı mümkün kılar.

Magnetrondaki salınım frekansı, metal pimler - rezonatörlerin deliklerine daldırılmış pistonlar veya bloğun uç yüzeyindeki oluklarda bulunan özel metal halkalar kullanılarak salınım sisteminin endüktansı veya kapasitansı değiştirilerek ayarlanabilir. Bu yöntemlerin her ikisi de magnetron frekansını rezonans frekansının %5-7'sinden fazla değiştirmemeyi mümkün kılar. Frekansın ortalama değerden daha büyük bir sapması ile, faz dışı salınım modunu komşu modlardan ayırma koşulları kötüleşir.

5-8. mitron

Tanım. Bir mitron, çok boşluklu bir magnetron prensibi üzerinde çalışan, ancak salınım sistemi ve katot yayan elektronlar cihazında ondan farklı olan, frekansı ayarlanabilen bir cihazdır.

Cihaz Mitron, Şek. 5-16, a. Anot bloğu, birbirine doğru yönlendirilmiş bir dizi pime (segment) sahip iki disk şeklinde bir sistemdir (Şekil 5-16, b). Etkileşim alanının ortasına, çok boşluklu magnetronun aksine elektron emisyonu için tasarlanmamış bir metal silindir yerleştirilir. Soğuk katot veya negatif elektrot olarak adlandırılan bu silindir, pimlerle birlikte bir salınım sistemi oluşturur. Elektronlar yayan bir tungsten spirali şeklindeki katot, etkileşim boşluğundan çıkarılır ve ortasında bir delik bulunan kesik bir koni şeklinde bir kontrol elektrotu ile çevrilidir. Disk uçlarının yardımıyla, anot bloğu, konfigürasyonu farklı olabilen harici bir salınım sistemine bağlanır. Şek. Şekil 5-16c, kısa devre yapan bir piston kullanılarak uzunluğu değiştirilebilen dalga kılavuzunun kısa devreli bir parçası şeklinde bir salınım sistemini göstermektedir. Dalga kılavuzunun diğer kısmı, içinden mitrona bir besleyicinin yüke gittiği bir dalga empedans transformatörüdür.

Soğuk katodun disk uçları, kontrol elektrotu ve anot bloğu seramik silindirlerle elektriksel olarak ayrılmıştır.

Kuvvet vektörü magnetronda olduğu gibi cihazın eksenine paralel olan manyetik alan, harici mıknatıslar tarafından oluşturulur.

Anot salınım sistemi genellikle topraklanır, katoda bir negatif voltaj uygulanır ve ayrıca kontrol elektroduna bir negatif voltaj uygulanır, ancak bu biraz daha küçük bir değerdedir, böylece katot ile bu elektrot arasında bir hızlanan alan oluşur.

Çalışma prensibi mitron, çok boşluklu bir magnetronun çalışma prensibi ile pratik olarak aynıdır. Mitron, kural olarak, π salınımları modunda da çalışır; Tıpkı bir magnetronda olduğu gibi, etkileşim alanında elektron konuşmacıları oluşur, yüksek frekanslı alanla eşzamanlı olarak döner, elektronların alanla aynı enerji etkileşimi süreçleri meydana gelir, bunlarda dalgaya potansiyel enerji verirler.

Fark, etkileşim alanından çıkarılan yayan katot ve ek bir harici düşük kaliteli salınım sisteminin kullanılmasıyla sağlanan magnetrondan biraz farklı elektrik rejiminde yatmaktadır. Bu farklılıklar, anot voltajı değiştiğinde salınım frekansını elektronik olarak kontrol etmeyi mümkün kılar. Bu nedenle, mitron bazen literatürde voltaj ayarlı bir magnetron olarak anılır.

Mitronda, magnetron ile karşılaştırıldığında, salınım sisteminin kalite faktörü Q önemli ölçüde azalır. Bu, karşı pimler gibi bir geciktirme sistemi, magnetrondaki kapalı bir boşluk rezonatörleri zincirinden daha geniş bir bant genişliğine sahip bir sistem kullanılarak ve ayrıca örneğin bir dalga kılavuzu segmenti şeklinde bir harici salınım sistemi bağlanarak elde edilir. . Q'daki bir azalmaya, doğal olarak, devrede depolanan enerji seviyesindeki bir azalma ve sonuç olarak, yüksek frekanslı salınımların genliğinde bir azalma ve özellikle önemli olan, devrenin reaktif bileşeninde bir azalma eşlik eder. akım. Devredeki yüksek frekans alanının genliğinde, yani pimler arasındaki boşlukta bir azalmanın, etkileşim alanındaki hacim yük yoğunluğunda bir azalma gerektirdiği oldukça açıktır, çünkü aksi takdirde oluşum ve faz süreci konuşmacıların odaklanması verimsiz olacaktır. Mitronda, etkileşim uzayındaki uzay yükündeki azalma, esas olarak katot düzeneğinin tasarımından dolayı elde edilir. Etkileşim alanına giren elektronların sayısı, kontrol elektrotunun potansiyel U.e'si tarafından düzenlenir. Deneysel çalışmalar göstermiştir ki [L. 7] uzay yükü yoğunluğundaki bir azalmayla, elektron ışınının yoğunluk modülasyon derecesinin arttığını. Diğer bir deyişle, etkileşim alanına giren elektronların sayısındaki azalma, esas olarak çalışmayan elektronların sayısında bir azalmaya yol açar; konuşmacılardaki hacim yük yoğunluğu çok daha az azalır. Mitronun optimal çalışma modu, kontrol elektrotundaki delikten elektronların akışı nedeniyle anot akımının değeri akımın yaklaşık üçte biri olduğunda elde edilir.

Etkileşim alanında uzay yükünün böyle bir oluşum modunda anot akımının değerinin sınırlı olması çok önemlidir. Başka bir deyişle, anot voltajındaki bir artış, anot akımında önemli bir artışa yol açamaz.

Mitrondaki anot voltajının değerindeki bir değişiklikle, magnetronda olduğu gibi, mikrodalga alanının ve elektron tellerinin dönüşünün senkronizasyonu için koşullar ihlal edilir. Elektrik alanı ile elektron akımı arasında bir faz kayması meydana gelir ve reaktif elektronik iletim meydana gelir. Faz dengesini yeni bir U a değerinde gerçekleştirmek için, rezonatörün reaktif iletkenliği de değişmelidir. Bu değişiklik doğal olarak salınım frekansında bir değişiklik gerektirecektir. Ancak, yüksek kalite faktörü nedeniyle rezonatörün rezonans akımının elektron akımının reaktif bileşeninden çok daha büyük olduğu magnetronda, bu frekans değişikliği küçüktür. Düşük kaliteli bir salınım sistemine sahip bir mitronda, frekans değişiminin önemli olduğu ortaya çıkıyor.

Ek olarak, mitrondaki akım sınırlaması nedeniyle, anot voltajındaki ve salınım frekansındaki değişime, magnetronda olduğu gibi (bkz. Şekil 5-14), güçte keskin bir değişiklik eşlik etmez.

Performans ve parametreler. Mitronun temel özellikleri olarak, bağımlılıklar Pvyx = f(Uа); Ben bir \u003d φ (U a) ve ω \u003d ψ (U a) (Şek. 5-17).

Elektronik frekans ayarının bant genişliği Δω, cihazın tasarımına bağlıdır ve farklı mitron türleri için ortalama çalışma frekansına göre %15'ten bir oktav (ω maks / ω min ≈ 2) ve daha fazlasına kadar değişebilir. Δω bandının genişlemesine kaçınılmaz olarak çıkış gücü P çıkışında ve verimlilikte bir azalma eşlik eder.

Bu nedenle, nispeten dar bantlı mitronlarda, çıkış gücü, frekans ayarlama aralığındaki P çıkış değerinde 2-3 dB'den fazla olmayan bir değişiklik ve% 40'a varan bir verimlilikle birimler veya onlarca watt olarak ölçülür. .

Δω bandının bir oktava genişletilmesiyle çıkış gücü 0,5-3 W'a düşer ve verim %15-25'e düşer.

Mitrondaki çıkış gücünün büyüklüğü, kontrol elektrodundaki U y.e gerilimi kullanılarak ayarlanabilir. Bununla birlikte, U y.e'deki bir artışla, üretilen salınımların sıklığı kaçınılmaz olarak değişir (Şekil 5-18).

U a ve U y.e voltajındaki bir değişiklikle frekans değişikliğinin derecesi farklı değildir. ω = ψ(U a) eğrisinin S eğimi 0,5-5 MHz/v'dir ve S y.e eğimi 0,9 MHz/v'yi geçmez. Mitronlar çoğunlukla düşük güçlü yerel osilatörler olarak kullanılır. Kendi gürültü seviyeleri açısından, şu anda yansıtıcı klistronlardan ve O-tipi geri dalgalı lambalardan daha düşüktürler.