книги / СВЧ-энергетика. Генерирование. Передача. Выпрямление

лизовать пространственный заряд электронного пучка, для фокусировки требуется меньшее магнитное поле. Наконец, процесс взаимодействия в этой лампе не сильно зависит от размеров пучка, что позволяет реализовать пучки с большим поперечным сечением и получить более высокие уровни мощности.

На одном из первых вариантов плазменно-лучевого усилителя была получена мощность несколько десятков киловатт в импульсе при гаком же значении к. п. д., что и у усилительных клистронов. Усиление на единицу дли­ ны оказалось очень большим, а полоса ВЧ-взаимодейст- вия в плазме очень широкой, даже несмотря на то, что использовавшиеся устройства связи клистронного типа ограничивали мгновенную полосу экспериментального прибора. Если удастся разрешить две основные проблемы плазменно-лучевого усилителя, а именно разработать широкополосное и эффективное устройство связи и полу­ чить устойчивый плотный столб плазмы, то этот прибор сможет занять важное место среди других приборов СВЧ.

VI. Приборы магнетронного типа как генераторы шумов

Кроме широкополосного усилителя, на базе прибора магнетронного типа с прямой волной можно разработать мощный генератор шумов. Для этого пространство взаи­ модействия конструируют с высоким коэффициентом пространственного заряда, что приводит к сильному возрастанию шумов в пучке. Шумовые генераторы были разработаны из усилителей магнетронного типа как с замкнутым цилиндрическим потоком и распределенной эмиссией, так и с инжектированным потоком. При этом использовались очень широкополосные замедляющие си­ стемы и были построены генераторы шумов, мощность которых в непрерывном режиме достигала нескольких сот ватт в полосе частот шириной в октаву.

VII. Триоды как источники энергии СВЧ

Разработка сеточных ламп с улучшенной тепловой и механической устойчивостью, а также катодов с вы­ соким средним значением плотности тока позволила на-

накачка молекулы С02, которая затем дает лазерное из­ лучение. Весьма возможно, что еще какое-нибудь откры­ тие в этой быстро развивающейся области электроники приведет к дальнейшему увеличению мощности и к. п. д. лазера. Высокий к. п. д. новых лазеров и очень острая направленность лазерного пучка повышают вероятность использования этой техники в будущем для передачи энергии на расстояние.

Лазерные пучки, характеризующиеся очень большой плотностью мощности, в настоящее время находят широкое применение для прецизионной резки, сварки и сверле­ ния, в точных оптических измерительных приборах и в прецизионной оптической хирургии. Многие электрон­ ные системы, работа которых ранее целиком зависела от электровакуумных приборов СВЧ, сейчас могут оказать­ ся потесненными лазерами в оптической локации, даль­ номерах и связи. Лазерная техника позволяет увеличить дальность систем подводного видения, особенно если источник излучения работает в импульсном режиме, а фотоприемник стробируется синхронно с источником. Нельзя недооценивать и важность использования лазера как нового прецизионного инструмента для научных ис­ следований. Среди других важных областей применения следует отметить голографию и распознавание образов.

Лазер является относительно новым прибором, но его техническое совершенствование протекало так бы­ стро, что привело к широкой реализации возможностей его применения. Обычно разработка систем на много лет отстоит от момента создания нового электронного при­ бора, однако быстрые темпы разработок лазеров и уси­ лия, направленные на их применение, позволяют надеять­

8.М а 1 ш а п Т. Н., ЗИтиЫес! орИса1 гасПаИоп \п гиЬу, ЫЫиге^ 187, рр. 493—494 (Аи^. 1960).

2.2. МАГНЕТРОНЫ КАК ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ СВЧ

Когда в 1921 г. Хелл предложил конструкцию'пер­ вого магнетрона, он, безусловно, и не думал об исполь­ зовании таких приборов для установок нагрева энергией СВЧ. До второй мировой войны многие исследователи изучали поведение электронов в скрещенных полях, и в частности исследовали магнетроны, работавшие в режиме отрицательного сопротивления. Возможности использо­ вания магнетронов к началу войны уже стали очевидными, а во время войны магнетроны после введения в них свя­ зок, позволивших осуществить управление видами коле­ баний в резонаторной системе, стали применять на прак­ тике. Можно считать, что после этого усовершенствова­ ния магнетрон действительно стал мощным генератором СВЧ, имеющим высокий полный к. п. д.

С того времени суммарная энергия, выработанная магнетронами, намного превысила энергию, полученную от любых других генераторов СВЧ. Когда появились первые радиолокаторы, в передатчиках станций почти во всех случаях работали магнетроны. Применения магне­ трона в военной технике не ограничивались только типич­ ными радиолокационными функциями, выполняемыми при бомбометании, наведении и навигации на. местности. Магнетроны стали также основными источниками СВЧэиергии для мощных радиомаяков, допплеровских нави­ гационных систем и средств радиопротиводействия.

Для средств радиопротиводействия во время второй мировой войны была создана группа магнетронов непре­ рывного генерирования мощностью от 200 до 1000 впг. Эти магнетроны непрерывного генерирования являются прямыми предшественниками магнетронов, используемых в настоящее время в плитах СВЧ для приготовления продуктов питания. Опытом, накопленным при работе с магнетронами, применяемыми в военной технике, могут непосредственно воспользоваться те разработчики при-

боров СВЧ, которые намерены применить их в новых об­ ластях.

От магнетронов, предназначенных для простейших военных применений, не требуется высокой когерентности колебаний. Обычно достаточно бывает, чтобы прибор имел большую мощность и’высокий^к. п. д. при сравни­ тельно малых размерах. Когерентность несущественна и для тех магнетронов массового гражданского примене­ ния, от которых важно получить тепловой эффект. Оче­ видно, однако, что применение таких магнетронов в уста­ новках очень высокой энергии нецелесообразно из-за отсутствия когерентности.

Процессы нагрева энергией СВЧ обычно делят на .иве группы: непрерывные процессы и процессы обработки партиями.

К непрерывным относятся такие процессы, в которых свойства материалов при обработке меняются не очень сильно, или же процессы, проводимые на конвейерных установках, где систему облучателей можно регулировать во времени и пространстве таким образом, чтобы измене­ ния характеристического сопротивления обрабатываемых изделий не отражались на характеристиках магнетронов. Конвейерные системы, в которых использовалось 10 или большее число магнетронов, удавалось регулировать так, что коэффициент стоячей волны по напряжению (к. с. в. н.) на выходе магнетрона не превышал 1,5.

При обработке партиями нагреваемые материалы в ре­ зультате изменений температуры или агрегатного состоя­ ния значительно меняют свою диэлектрическую прони­ цаемость в' или коэффициент потерь е". Такие значи­ тельные изменения свойств изменяют в широких преде­ лах нагрузку, на которую должен работать магнетрон. В отличие от военной практики даже в хорошо согласо­ ванных и экономичных установках для нагрева энергией СВЧ значение к. с. в. и. может превышать 4. Способ­ ность магнетрона работать на нагрузку с такими боль­ шими значениями к.-с. в. н. объясняется тем, что син­ хронные с электромагнитной волной сгустки пространст­ венного заряда длительно остаются в пространстве взаимо­ действия, пока их энергия преобразуется в энергию элек­ тромагнитной волны. В приборах же с модуляцией по

скорости (клистроны и др.) сгруппированные пакеты электронов выходят из взаимодействия после каждого отдельного акта преобразования. Именно благодаря этой способности работать на нагрузки с очень высоким к. с. в. н. в ограниченном частотном диапазоне магнетро­ ны для СВЧ-иагрева отличаются от своих предшествен­ ников, применяемых в военной технике, и превосходят все другие источники энергии СВЧ. При изготовлении ка­ тодов используют те лее материалы и методы, что и в случае приборов военного назначения, обеспечивая тем самым большой срок службы. Для решения вопросов отвода тепла и работы в циклическом режиме молено непосредственно воспользоваться опытом, накопленным по магнетронам военного назначения. Также обстоит дело и с вопросами магнитных систем. Однако многие другие требования, обусловленные применением в воен­ ной технике, в нашем случае не имеют значения. Множе­ ство конструкций магнетронов, которые существуют на данном этапе, являются одним из доказательств высокого уровня развития этих приборов..I

II. Основные характеристики магнетронов

, Первые магнетроны коммерческого назначения ((^К- 707А, Ь-3189; ставились в СВЧ-плиты в ресторанах, а ино­ гда в квартирах. По мере совершенствования этих при­ боров область их применения распространялась и на не­ которые виды промышленного оборудования. Уровень надежности достигает 99% и выше, долговечность в циклическом режиме измеряется тысячами часов. Маг­ нетрон типа 7090 также относится к старым образцам и рассчитан главным образом на диатермическую аппара­ туру. Приборы 709 Ь'и 7292 (новые обозначения УЛ160

иУЛ162)7были разработаны специально для СВЧ-печей

иработали с выходной мощностью до 2 кет. Несколько позднее появились приборы СЬ-6787, Р-1122 и Р-И12,

55125, УЛ080, Ь-3858, МВ-25Ё и ЕМ-15Ь5, которые также можно отнести к приборам первого поколения.

При таком сравнительно большом числе типов магне­ тронов для нагрева и термообработки (табл. 1) естествен­ но разделить их на три группы. В первую отнесем те,