Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Самсонов, Д. Е. Основы расчета и конструирования магнетронов. (Настройка. Стабилизация. Вывод энергии. Холодные измерения)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

12.52 Mб

Скачать

☆

1 / 331 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Д. Е. С А М С О Н О В

ОС Н О В Ы Р А С Ч Е Т А

ИК О Н С Т Р У И Р О В А Н И Я

МА Г Н Е Т Р О Н О В

(Настройка. Стабилизация. Вывод энергии. Холодные измерения)

МОСКВА «СОВЕТСКОЕ РАДИО> 1974

УДК 621.385.642.3

С а м с о н о в	Д . Е . Основы	расчета	и конструирования магнетронов.
(Настройка . Стабилизация . Вывод		энергии.	Холодные измерения) . М., «Сов.
р а д и о » , 1974, 328	с.

Рассматривается круг вопросов, связанных с собственно кон струированием магнетронов разных типов и назначений. Излагаются способы механической, электрической и электронной настройки гене

раторов магнетронного типа.	Описываются	вопросы	асимметричной
и симметричной настройки и	стабилизации	частоты	магнетронных

генераторов полым резонатором. Значительное место отводится ме тодам расчета и конструирования выходных устройств. Особое вни мание уделяется теоретическому обоснованию и описанию методов

измерения параметров магнетронов — методов	«холодных» измере
ний, вошедших в практику. Рассмотренные	методы	могут	быть
использованы при конструировании как магнетронов,		так и	других
классов ЭВП СВЧ (клистронов, ЛБВ и др.).

Книга представляет интерес для инженеров-конструкторов, тех нологов и научных работников электровакуумной промышленности, разрабатывающих и изготавливающих высокостабильные и надеж ные генераторы и усилители магнетронного типа. Она будет полезна преподавателям и студентам старших курсов электровакуумных и радиотехнических вузов и техникумов.

147 рис., 14 табл., 189 назв. библ.

Редакция литературы по электронной технике

30407-011 с 046(01)-74 59-73

Предисловие

В о п р о с ы, относящиеся к расчету, конструированию и технологии производства колебательных систем маг нетронов, были рассмотрены нами раньше [1]. К на

стоящему	времени накопился		большой	информационный
материал	по	расчету и р а з р а б о т к е		н а с т р а и в а е м ы х
(механически		и электрически)	стабилизированных и не-

стабилизированных магнетронов, по расчету и кон


струированию выходных				устройств,	а	т а к ж е по	методике
«холодных»		измерений		п а р а м е т р о в		магнетронов,		кото
рый	р а з б р о с а н по различным,				р а з о б щ е н н ы м			м е ж д у
собой	источникам.		Ц е л е с о о б р а з н о		поэтому осветить его
в отдельной		книге.
Д а н н а я		книга	состоит из восьми глав .				В	первой
главе	рассмотрены		общие вопросы		проблемы		настройки

и стабилизации магнетронных генераторов. В после дующих трех г л а в а х описаны конструкции и приведены характеристики магнетронных генераторов с механиче

ской, электрической	и	электронной	перестройкой	часто
ты. В пятой и шестой		г л а в а х книги	рассмотрены	вопро
сы асимметрично^	и	симметричной	настройки и	стаби

л и з а ц и и частоты магнетронных генераторов полым


резонатором .		С е д ь м а я г л а в а		посвящена	проблеме рас
чета и конструирования			выходных устройств. В восьмой
главе	описаны методы		измерения п а р а м е т р о в				магне
тронов	(«холодные» и з м е р е н и я ) . Б о л ь ш а я					часть	содер
ж а щ е г о с я в		книге м а т е р и а л а		публикуется		впервые.
Основные		расчетные	соотношения		в	книге	даны

всистеме единиц С И , а вспомогательные расчетные

соотношения и	графики приведены в наиболее удобном
д л я практического использования виде.
Во второй	книге, к а к и в	(1], автор	стремился про
а н а л и з и р о в а т ь	и м а к с и м а л ь н о	обобщить	накопившийся

за последние 25 лет опыт расчета и конструирования магнетронов и приборов магнетронного типа.

В этой трудной з а д а ч е автору была о к а з а н а неоце нимая помощь большими коллективами инженеров и научных работников различных организаций мини-

стерств электронной			промышленности				и	высшего		обра
з о в а н и я	С С С Р .	В	связи	с	этим	автор		считает		своим
приятным	долгом выразить				б л а г о д а р н о с т ь				и н ж е н е р а м
В. К. Кетлерову, В . П .				Еремину,		Г.		И.	Бродуленко,
Г. Б . Тайковой,		Ю. Л . О б р а з с к о м у ,				А.	П.		Быкову;	кан
д и д а т а м	техн.	наук	А.	И.	К а р н а у х у ,			К.	В. Д и т м а н у ,

В. М. Л о м а к и н у , Л . В . П а н ч е н к о , Э. Д . Ш л и ф е р у , Л . И. Кишеневскому, М. А. Фурсаеву, И. Н . Хлебникову,

М. Ф.	Воскобойнику,	В. И. И н д ы к у ,	Г. Л .	Соболеву,
В. Ф. Н а г а е в у , А. Л . Булычеву, Г. Я. Левину,				И. М. Виг-
дорчику, Ю. А. Вецгайлису, П. И. Мосьпану,				А. П .	Оги-
евской,	Л . А. Семенову; д о к т о р а м техн. наук			В . П.	Са
зонову,	Р . А. Силину,	М. Б . Цейтлину,	М. И.	Кузнецову

и М. И. Хворову за предоставление ценного экспери

ментального	м а т е р и а л	а ,	полезное		обсуждение	работы,
критические	з а м е ч а н и я	и советы.
Особую	признательность			автор	в ы р а ж а е т	профессо
р а м И. В.	Л е б е д е в у и С.		И.	Бычкову за б о л ь ш у ю ра

боту, проделанную при рецензировании первой и второй

книг,		а к а д е м и к у Н . Д .		Д е в я т к о в у за	постоянное внима
ние	к	работе	автора, а	т а к ж е инженеру Г. А. Груниче-
вой	за помощь		в оформлении рукописи		книги.

Г л а в а I

Н А С Т Р О Й К А М А Г Н Е Т Р О Н Н Ы Х Г Е Н Е Р А Т О Р О В

1.	Общие	замечания
П о д настройкой	любого	генератора п о д р а з у м е в а ю т

процесс, при котором в результате внешнего или внут

реннего	воздействия	на	колебательный контур		генера
тора осуществляется		переход		из одного колебательного
р е ж и м а	в другой. П р и		этом	всегда стремятся	получить

л и ш ь перестройку частоты генерируемых колебаний,

сохранив	неизменными	все	другие	п а р а м е т р ы	и	х а р а к
теристики	колебательного		р е ж и м а	(мощность, к.		п. д.,
стабильность и др.)-		Последнее,		однако,	не	всегда

удается выполнить. Внутреннее воздействие на колеба

тельный	контур	генератора		достигается	воздействием
электронных потоков, д в и ж у щ и х с я в					пространстве
взаимодействия,		на	э к в и в а л е н т н ы е п а р а м е т р ы колеба
тельной	системы.		Внешнее	воздействие	м о ж е т быть

осуществлено введением в к о л е б а т е л ь н у ю систему ге

нератора комплексных	нагрузок,	изменением объемов
колебательных полостей	(в том	числе т о р ц е в ы х ) , вве

дением в пространство взаимодействия или в колеба


тельную систему дополнительных					электронных	потоков,
а т а к ж е	изменением		связи колебательной			системы
с внешними	резонансными полостями .
С а м ы е общие соотношения, учитывающие						внутрен
ние и внешние воздействия на колебательный						р е ж и м
«идеального»		(без потерь)		полого резонатора, приве
дены в работе		[2]. Из	этих	соотношений применительно
к а н а л и з у	м е х а н и з м а		настройки		магнетронных	генера-

торов

п р е д с т а в л я ю т

интерес

следующие

два:

(1.1)

ш2 =

Г ( Я 2 —

£ 2 ) d V '

(1.2)

s i*

»;

Здесь

со — у г л о в а я

частота колебаний

системы,

свя

занной с

внешними

н а г р у з к а м и ;

— собственная

угло

в а я частота

колебаний

вида

идеальной

(без

потерь)

системы;

— собственная

у г л о в а я

частота

колебаний

вида

реальной

(с

потерями)

резонаторной

системы

отсутствие

связи

нагрузкой;

ео —

д и э л е к т р и ч е с к а я

проницаемость

в а к у у м а ;

Е — н а п р я ж е н н о с т ь

электриче

ского

поля;

Еа

— нормированное

высокочастотное

элек

трическое поле резонаторной системы колебаний

вида а;

На

— нормированное

высокочастотное

магнитное

поле

резонаторной

системы

колебаний

вида

J — плотность

полного тока в пространстве взаимодействия; Qa — соб


ственная		( н е н а г р у ж е н н а я ) добротность					резонаторной
системы	при		к о л е б а н и я х	вида	a; Qm	а п ~	внешняя	до
бротность		резонаторной		системы	при к о л е б а н и я х вида а
д л я волны		типа п, р а с п р о с т р а н я ю щ е й с я					в передающей
линии;	Zn—комплексное			сопротивление			нагрузки	д л я
волны типа			п и частоты	е>; Zan	— так	н а з ы в а е м ы й		«не

резонансный» (медленно и з м е н я ю щ и й с я с изменением частоты) член функции входного сопротивления резо

наторной системы, п о р о ж д а е м ы й				наличием в	полости
других	видов	колебаний	(кроме вида а), высших типов
волн в	месте	соединения	системы	с п е р е д а ю щ е й	линией

и нескомпенсированной реактивности у элементов связи .

При выводе в ы р а ж е н	и я (1.1) в работе [2]	допуска
лось, что распределение	электромагнитного	поля при

к о л е б а н и я х вида а в резонаторной системе с потерями

сохраняется		т а к и м	ж е , как	и в	идеальной		(без потерь)
системе.
Интегрирование			в левой	части в ы р а ж е н и я				(1.1) ве
дется по всему объему V резонаторной системы, а сум
мирование по л в			правой	части	этого	в ы р а ж е н и я — по
всем	типам	волн,	р а с п р о с т р а н я ю щ и х с я				в	различных
выходных устройствах . Н а				в ы р а ж е н и и		(1.1)		базируется
теория	генераторов		сверхвысоких		частот.

Д е й с т в и т е л ь н о,

л е в а я

часть этого

в ы р а ж е н и я

может

быть

интерпретирована

как отношение

эквивалентной

комплексной проводимости

электронного

п р о м е ж у т к а

волновой

проводимости

резонаторной

системы

Yc.

В этом случае, как известно, качественный

а н а л и з и

расчет

колебательных

р е ж и м о в

сверхвысокочастотного

генератора

могут

быть

проведены

методом

эквивалент

ных схем [2—8].

Теория электронной перестройки частоты магнетрон - •

ного

генератора,

осуществляемой

изменением

р е ж и м а

его

работы

(анодного

тока,

анодного

н а п р я ж е н и я ) ,

так

ж е

базируется на

соотношении

(1.1).

то

ж е

в р е м я

теория

механической перестройки

частоты

магнетронно-

го

генератора,

осуществляемой

изменением о б ъ е м а

резонансных

полостей

резонаторной

системы,

базирует

ся

на

в ы р а ж е н и и

(1.2).

Действительно,

из

в ы р а ж е н и я

(1.2)

видно,

что

соб

ственная частота со резонатора с деформированной

оболочкой в ы р а ж а е т с я	собственной	частотой	соа коле
баний вида а резонатора с недеформированной			оболоч
кой и интегралом £ (ff*	— Е*) dV,	взятым по	объему

деформированной части резонатора . Так, при смещении

оболочки внутрь		полости		собственная				частота		резона
тора увеличивается,			если	в	месте		смещения			оболочки
п р е о б л а д а е т магнитное				поле,		и	уменьшается,				если
в месте	смещения	оболочки			п р е о б л а д а е т				электрическое
поле.
В следующей г л а в е на				основе		ф о р м у л ы			(1.2)		описы
вается	простейшая		методика		оценки			д и а п а з о н а			меха

нической настройки частоты магнетронов с различными

типами элементов		настройки .
П р о б л е м а настройки магнетронных				генераторов	на
столько	с л о ж н а ,	что осветить	все в о з н и к а ю щ и е в связи
с этой	проблемой	вопросы в	одной или	двух г л а в а х	не
представляется		в о з м о ж н ы м .	П о э т о м у	целесообразно

сосредоточить основное внимание на вопросах конструи

рования стабильно			и	н а д е ж н о р а б о т а ю щ и х магнетронов
с перестройкой		частоты.
С у щ е с т в у ю щ и е способы настройки							магнетронов	мож
но р а з д е л и т ь		на	три		категории	по	следующим	при
з н а к а м :
1. П о	х а р а к т е р у			м е х а н и з м а		настройки, осущест
в л я ю щ е г о	перестройку				частоты, — на		механические и

электрические. Специфическими свойствами электриче


ской настройки		я в л я ю т с я	безынерциопность действия					и
м а л ы й д и а п а з о н		настройки		(от долей	процента		до	не
скольких процентов при			средних и		больших	уровнях
м о щ н о с т и ) .	М е х а н и ч е с к а я			настройка	более	медленна,
но позволяет	получить у ж е			з а м е т н ы е	д и а п а з о н ы		пере

стройки частоты (от нескольких единиц до нескольких

десятков

процентов) .

П о

х а р а к т е р у

связи

элементов

настройки

с резо-

наторной

системой — на

симметричные

асимметрич

ные *.

При

асимметричной

настройке

н а б л ю д а ю т с я

нару

шение симметрии

В Ч

поля

процессе

перестройки

частоты,

непропорциональность

перестройки

собствен

ных

частот

видов колебаний

(изменение

р а з д е л е н и я ви

дов

по

частоте)

и изменение

нагруженности

видов

колебаний

по д и а п а з о н у

перестройки.

частности,

настройка магнетрона м о ж е т осуществляться через его выходное устройство.

С и м м е т р и ч н а я				настройка		и з б а в л е н а		от	первого		не
достатка, но не всегда от второго и третьего.
3.	П о	х а р а к т е р у влияния				элементов		настройки			на
эквивалентные			п а р а м е т р ы резонаторной						системы — на
настройку изменением собственных							п а р а м е т р о в			резона
торной системы и при помощи дополнительных										полых
резонаторов .
Основными			свойствами настройки полым резонато
ром	я в л я ю т с я		наличие		дополнительных				резонансных
частот		(частот	с в я з и ) , нелинейного				хода		перестройки
частоты		и э ф ф е к т а		стабилизации частоты.
Н а с т р о й к а			изменением		собственных			п а р а м е т р о в			си

стемы свободна, вообще говоря, от первого и второго недостатков . Она осуществляется изменением одновре


менно	у всех резонаторов			либо	емкости, либо		индуктив
ности, либо того и другого.
О д н а к о		в этом случае		элементы настройки практи
чески	не	о к а з ы в а ю т с т а б и л и з и р у ю щ е г о				действия		на
колебательный			р е ж и м магнетрона .
'Повышенная			стабильность		частоты	генерируемых
колебаний		автоматически		осуществляется			л и ш ь	при
настройке		магнетрона полым резонатором .

* Имеется в виду симметричность или асимметричность по коль цу анодного блока, т. е- настройка всех или одного резонатора,

П ри настройке полым		резонатором,	асимметрично}
связанным с	резонаторпой	системой, с т а б и л ь н а я рабо
та магнетрона	м о ж е т быть	р е а л и з о в а н а	в сравнительно

узком д и а п а з о н е перестройки частоты (5 — 7%) , вслед

ствие чего данный способ настройки не нашел						широкого
применения.
Н а п р о т и в , при симметричной настройке						магнетрона
полым резонатором (например,				в	к о а к с и а л ь н ы х		магне
тронах)	м о ж е т	быть	достигнут		достаточно	большой
диапазон	перестройки		частоты	(более 10%)		при	высо
кой стабильности		колебаний (в			несколько р а з		превы

ш а ю щ е й стабильность колебаний в обычных магнетро

нах) и достаточно высоком к. п.	д. (50%	и в ы ш е ) .
По своей физической природе	способы	механической

настройки магнетронов принципиально отличаются от

способов	электрической	настройки	их. П о э т о м у	все
вопросы,	связанные с	проблемой	электрической	на

стройки магнетронов, целесообразно выделить в отдель

ные	главы .	(Эти	вопросы р а с с м а т р и в а ю т с я в	третьей и
четвертой главах			настоящей работы.)
В	свою	очередь, механические способы		настройки

частоты целесообразно подразделить на способы, при которых реактивные элементы (металлические стержни,

кольца, коронки и т. д . ) ,				о с у щ е с т в л я ю щ и е		перестройку
частоты,	з а п а с а ю т в		себе	небольшие доли			реактивной
энергии	по	сравнению	с энергией,		з а п а с а е м о й		в резона
торпой системе, и способы, при которых							реактивные
элементы		(дополнительные		полые	р е з о н а т о р ы ) ,			осуще
с т в л я ю щ и е		перестройку частоты,			з а п а с а ю т	в	себе	боль

шие доли энергии по сравнению с энергией в резонаторной системе.

В с е	вопросы,	с в я з а н н ы е с		настройкой магнетрона
полым	резонатором,		р а с с м а т р и в а ю т с я		поэтому в от
дельных	главах	книги	(в пятой	и шестой	г л а в а х ) .

2.О критериях оценки настраиваемых

истабилизированных генераторов


Очень	часто	на практике		возникает необходимость
сравнивать	различные		типы	н а с т р а и в а е м ы х		генерато
ров, в том	числе	магнетроны,		по	эффективности		пере
стройки частоты тем или иным					способом. П р и		таких
сравнениях	обычно отвлекаются от оценки генераторов
по другим	выходным		п а р а м е т р а м		(выходная	мощность,

1 / 331 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ