12.2.2. Резонаторные системы

На сверхвысоких частотах анод магнетрона представляет собой периодическую структуру, с пространственными гармониками которой взаимодействует электронный пучок. Поскольку система является замкнутой, то в ней могут существовать только волны тех частот, длины которых укладываются целое число раз на длине замкнутого контура.

Рис. 12.4. Различные структуры магнетронных анодов: а — резонаторы типа щель — отверстие; б - щелевые резонаторы; в — лопастеобразные резонаторы.

Замедляющая структура магнетрона может быть стержневой [133, 135, 166, 168, 169], но обычно в качестве нее используется полосковая линия либо волновод, последовательно нагруженный штырями, как это показано на рис. 12.4. Аксиальное изменение поля в передающей линии равно нулю, а распределение поля в волноводе соответствует полупериоду синусоиды. Из радиальных видов колебаний наиболее важным является тот, при котором у конца штыря изменение поля составляет четверть периода.

Виды колебаний вдоль замедляющей структуры имеют более сложный характер, и при числе резонаторов N количество периодов изменения поля может принимать значения Все виды колебаний, кроме имеют двукратное вырождение, что означает возможность распространения волны в обе стороны. Вид колебания, соответствующий невырожден и в любом случае представляет собой стоячую волну. Высшие пространственные гармоники приводят к дополнительной периодической зависимости

поля. В общем случае число периодов определяется формулой

где целое число, положительное или отрицательное, а также и нуль.

Отрицательные значения соответствуют волнам, распространяющимся в направлении, противоположном основному.

Рис. 12.5. Виды колебаний в магнетроне: --- магнитное поле; электрическое поле. (См. [88].)

Если, например, N равно 8, то сдвиги фаз для основных видов колебаний и 4 равны соответственно . Все эти виды колебаний показаны на рис. 12.5, где анодная структура приводится в развернутом виде [88]. Для представлена также пространственная гармоника, соответствующая

Практическое вычисление резонансных частот затруднительно, и точные результаты были получены только для бесконечно протяженных анодов [23, 167]. Разность частот, соответствующих, например, колебаниям вида и нежелательному виду колебаний.

может быть увеличена с помощью связок. Связки состоят [49, 215] из тонких проволочек или полосок, соединяющих различные сегменты, и, как видно из рис. 12.6, имеют много разновидностей. Обычные симметричные виды связок — это кольцевые, ступенчатые и двойные кольцевые. Связки типа и связки с пропусками являются несимметричными [275].

Рис. 12.6. Виды связок в магнетронах: а — одинарное кольцо; б - двойное кольцо; в — ступенчатые связи; г - связки типа УВ.

При видах колебаний, отличных от , по связкам протекают токи и индуктивности связок расстраивают контур. Частота колебаний вида изменяется незначительно и практически в известных пределах может быть подобрана регулировкой связок. Из табл. 12.1 видно, как изменяются частоты различных видов колебаний в -резонаторном магнетроне за счет одинарных и двойных кольцевых связок.

Разделение видов колебаний при частотах выше проще достигнуть с помощью видоизменения замедляющей системы. Один из способов [158, 191] состоит в чередовании больших и малых резонаторов. Типичный пример -резонаторного анода, известного

под названием «восходящее солнце», показан на рис. 12.7, а. Резонансные длины волн такой структуры приведены на рис. и, как видно, распадаются на две группы. Если отношение длин больших и малых резонаторов увеличивается так, что при этом длина волны колебания вида я остается постоянной, то длины волн колебаний с номерами видов от 1 до 4 увеличиваются, а от 5 до 8 уменьшаются.

Рис. 12.7. Разнорезонаторный магнетрон типа «восходящее солнце»; а — структура -резонаториого анода; б - отношение длин воли видов колебаний с различными и колебаний вида функции Величина поддерживается постоянной путем выбора и

Пучность напряжения теперь имеет место внутри больших резонаторов, и радиальное распределение поля искажается под влиянием вида колебаний в связи с чем оптимальное отношение длин приближенно равно двум. При большом числе резонаторов характеристики можно улучшить с помощью частичного или полного закрытия концевых областей анодного блока [131].

Таблица 12.1 Влияние связок на частоты колебаний -резонаторпого анодного блока

Другим типом анодной структуры [87], использующим колебания вида является коаксиальный резонатор, концентрический с внутренним резонатором. В задних стенках чередующихся резонаторов прорезаны щели для связи. Анодный блок настраивается по частоте с помощью расположенных в связанном волноводе плунжеров; такая структура пригодна для частот порядка

Была предложена также конструкция магнетрона, в которой анод катод являются концентрическими тороидами [36], постоянное электрическое поле направлено по радиусу, а силовые линии магнитного поля охватывают катод. Электроны движутся вдоль катода перпендикулярно силовым линиям электрического и магнитного полей. Волна, возбуждаемая электронами в контуре, распространяется в том же направлении, и анод снабжен поэтому поперечным и резонансными шлейфами. Во всех этих конструкциях анодов связь [269] с внешним волноводом или передающей линией осуществляется при помощи зонда, петли или щели.