книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот
..pdfИмеется критическая длина передающей линии,, ко торая не может быть превышена во избежание эффекта длинной линии.
. Критическая длина линии без учета потерь в линии,, выраженная в метрах, определяется следующим прибли женным выражением [6, 8]:
^ки— Д/Ъ(**_ 1) * |
(3-2) |
где X и — длина волны в свободном пространстве и волноводе;
Рис. 3.4. Вид |
нагрузочных характеристик импульсных магнетро |
ho начальному |
фазовому углу (в заштрихованных областях имеет |
162
AFH— затягивание |
частоты |
в Мгц |
при КСВ=1,5; |
к — КСВ нагрузки; |
~ 45. |
|
|
А — коэффициент, равный |
|
||
Эффект длинной линии не имеет места для импульс |
|||
ных магнетронов при условии [4] |
|
||
|
1 > 4- |
|
(3.3) |
где т — длительность импульса, сек\ |
электромагнитной |
||
v — скорость |
распространения |
||
волны в линии, м1сек. |
|
ч ^
г
S)
нов в полярной системе координат, имеющих различное смещение место неустойчивая работа магнетронов).
103
Это условие имеет практическое значение при корот ких длительностях импульсов (менее 0,03 мксек).
Из вышесказанного следует, что наиболее целесооб разно располагать магнетрон как можно ближе к на грузке (антенне) или ставить развязывающие, напри мер ферритовые, устройства-
Рис. 3.5. Нагрузочные характеристики импульсных магне тронов в прямоугольной системе координат.
Следующей важной характеристикой магнетронов яв ляется накальная характеристика, представляющая со бой зависимость необходимой величины напряжения на кала от подводимой мощности при постоянной темпера туре катода (рис. 3.7,а). В некоторых случаях накаль ную характеристику представляют как зависимость на пряжения накала от скважности (рис. 3.7,6).
Накальная характеристика дает возможность пра вильно определить величину напряжения накала магне-
104
трона в динамическом режиме |
работы при |
известной |
|
средней мощности |
магнетрона: |
|
|
|
г |
|
|
Р с » = |
- f ~ j* Р п ы п ( 0 |
d t z z . Pttмп-у - , |
(3.4) |
|
о |
|
|
где Л,мп — мощность в импульсе; |
|
||
Т — период |
следования |
ВЧ импульсов; |
|
т — длительность ВЧ импульсов. |
|
Неправильно выбранная величина напряжения на кала может привести к резкому сокращению срока служ бы магнетрона. Следует обратить внимание на следую щее важное обстоятельство, связанное с включением магнетрона и поддержанием его напряжения накала:
Рис. 3.6. Зависимость частоты / от изменения положения меха низма настройки а для передающей линии длиной L > L Kp.
для запуска магнетрона -необходима определенная вели чина первичной эмиссии, что заставляет разогреть катод до установившегося значения температуры путем пода чи напряжения накала номинальной величины.’ Продол жительность разогрева катода составляет от десятков секунд до единиц «минут. Спустя это .время, можно по дать (плавно, ступенями или сразу полное) высокое анодное напряжение. При этом величина напряжения
105
накала должна быть понижена до нуля или величины, согласно накальной характеристике, так как наличие об ратной бомбардировки и ВЧ нагрев катода в динамиче ском режиме могут привести к чрезмерному разогреву катода и понижению срока службы магнетрона. Превы-
Рис. 3.7. Накальные характеристики маг нетронов.
шепня температуры оксидного катода на 50— 100° С но сравнению с номинальной величиной приводят к сокра щению срока службы в 2—3 раза [4].
Характер процессов в магнетроне при включёнии имеет вид, показанный на рис. 3.8. (а — нормальный случай; б — высокое напряжение включено преждевре менно, катод еще не успел разогреться).
106
|
|
|
а |
Рис. 3.8. Кривые |
изменения темперадрык а т о д у |
||
отдаваемой мощности и частоты генерируемых *10 |
|||
на при |
различном -времени разогр |
^ |
ппх кр„ Воя № |
а —катод разогрет; б — катод не полностью раз гр |
, |
,1астоты. |
|
точками |
показаны хаотические изменении |
|
Ю7
Из опыта й кривых, представленных на рис. 3.8,6, следует, что при наличии 'недостаточно разогретого ка тода могут иметь место иакрения, пробои, срывы коле баний. Эти отрицательные явления 'приводят -.к разруше нию катода и 'более продолжительному установлению стабильной работы магнетрона.
Существенное значение для работы устройства СВЧ имеет выбег частоты, магнетрона в процессе разогрева, который в общем виде определяется выражением
f = f . ( |
(3.5) |
где [о— установившееся значение |
частоты; |
а — постоянная; |
|
/ — время. |
|
Требования к величине выбега частоты Af взаимоза висимы с выбранной схемой приемно-передающего устройства аппаратуры и допустимым временем выбега частоты At
Согласно выражению (3.5) связь этих величии может быть определена следующим приближенным выраже
нием: |
|
|
|
|A f|« f0( l - e * 0 . |
(3.6) |
Для систем без автоподстройки требования в отно |
||
шении А/ достаточно жестки и определяются |
величиной |
|
1—2 Мгц вместо |
10—<20 Мгц для систем |
с автопод |
стройкой. |
|
|
Устойчивость магнетрона к механическим воздейст |
||
виям может быть |
оценена по вибрационной |
характери |
стике, представляющей собой зависимость ширины спектра или ухода частоты генерируемых колебаний от частоты вибрации при постоянных значениях ускоре ния (рис. 3.9).
Эта характеристика должна учитываться при экс плуатации магнетронов в условиях больших механиче ских перегрузок, если не допускается ухудшение (рас ширение) спектра генерируемых колебаний, обусловлен ное перемещениями катода в пространстве взаимодей ствия или смещением элементов механизма перестройки.
Важное значение имеет правильная установка маг нетрона не только -с точки зрения его ориентации отно
сительно |
магнитов и включения подогревателя |
(высоко |
вольтный |
конец должен подключаться непосредственно |
|
к специально обозначенному выводу катода, а |
не через |
•подогреватель), а также исключение жестких соедине ний вывода энергии с линией передачи и высоковольт ного ввода от модулятора, где это допустимо.
В процессе установки и крепления магнетрона осо бое внимание должно уделяться защите магнитов от механических ударов и соприкосновения с ферромаг нитными материалами, которые вызывают размагничи вание магнитов и ухудшение работы магнетрона.
&Р,Мгц
К
в
to
4
= юп г го зо |
io soso so too |
wo |
|
Я,ги |
|
Рис. 3.9. Вибрационная характери |
|
|
стика импульсных |
магнетронов. |
|
Поэтому при установке магнитов следует пользо ваться инструментом из диамагнитных материалов, не располагать магнетроны вблизи элементов из ферро магнитных материалов (особенно трансформаторов), а также хранить магнетроны при расположении их меж ду собой на расстояниях, не менее указанных в техниче ских условиях.
Во избежание пробоев в выводе ВЧ энергии и через вводы катода для большинства магнетронов оговари вается требование по высотности. При использовании аппаратуры на высотах свыше 3,5—7,5 тыс- м над уров нем моря (в зависимости от мощности мапнетронов) не обходимо применять общую или локальную герметиза цию магнетрона.
Это средство улучшает тепловой режим магнетрона и повышает влагостойкость системы, тем более если имеются быстрые изменения температуры и давления (условия характерные, например, для самолетной аппа ратуры).
109
Конструктор, разрабатывающий аппаратуру, Должен знать указанные выше параметры и характеристики выбранного типа магнетрона и .соблюдать необходимые предосторожности при использовании магнетрона, по черпнув их из справочников и технической документа ции (общих и частных технических условий). При этом важно знать пределы изменения параметров при изме нении режима работы, условий внешней среды и в те чение срока службы.
Следует отметить, что аппаратура будет правильно разработана, если ее конструктор будет исходить из воз можностей существующего .магнетрона. В тех случаях, когда потребности аппаратуры не удовлетворяются маг нетроном или его необходимо установить в предельный режим, необходимо выбрать другой тип прибора или по ставить вопрос о разработке нового типа магнетрона.
Несоблюдение указанных рекомендаций по примене нию и правил эксплуатации может нанести большой ущерб эксплуатационной надежности аппаратуры.
Для более объективного и полного решения вопро сов, связанных с применением импульсных магнетронов, необходимо рассмотрение технических данных вы пускаемых мапнетронов и других современных мощных генераторов и усилителей СВЧ. Задачи повышения экс плуатационной надежности магнетронов и в целом ап паратуры, в которой используются магнетроны, требуют специального рассмотрения стабильности работы и тем пературных режимов работы импульсных магнетронов, о чем и пойдет речь ниже.
3.2.ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНЕТРОНОВ
Сначала бурного развития .радиолокации (в 1943— 1945 гг.) по настоящеевремя разработано и выпускается,
по данным, опубликованным в различных странах, свы ше 500 типов многорезонаторных магнетронов для раз личных диапазонов длин волн на разные уровни мощно сти, рассчитанных для работы в разнообразных усло виях. Основные тенденции в развитии магнетронов свя заны с наращиванием уровней мощности, укорочением длины волны, увеличением срока службы, повышением стабильности и надежности.
ПО
Приведем некоторые обобщенные данные, характери зующие современные импульсные магнетроны промыш ленного выпуска, рекламируемые зарубежными фирма ми. Наиболее показательными являются зависимости
Рис. 3.10. Диаграмма распределения импульсных магнетронов по уровню выходной мощности и к. п. д.
в диапазоне СВЧ.
выходной мощности и к. п. д. от длины волны генери руемых колебаний (рис. 3.10).
Эти зависимости построены по данным около 400 про мышленных типов магнетронов по состоянию на 1962 г., из числа которых около 300 типов относятся к магнетро-
m